Heizen mit der Sonne richtig gemacht
SolarAktivHäuser speisen ihre Heizungen über Wärmekollektoren und Wasserspeicher selbst. Bislang fehlte jedoch eine neutrale Bewertung der Effizienz. Fraunhofer-Forscher untersuchten Sonnenhäuser, spürten Optimierungspotenziale auf und legten ein wissenschaftliches Fundament für das Hauskonzept. Eine Pressemitteilung aus Freiburg mit den Ergebnissen.
Inzwischen gibt es in Deutschland, der Schweiz und Österreich 1.700 Sonnenhäuser. Das Prinzip: Solarwärmekollektoren auf dem Dach erwärmen Wasser, das in einem größeren Wassertank gespeichert und später zum Heizen oder Duschen verwendet wird. 60 Prozent des Wärmebedarfs können typischerweise auf diese Weise gedeckt werden, da die Häuser gut gedämmt sind.
Solche SolarAktivHäuser sind wie geschaffen dafür, die Gebäude-Richtlinie der Europäischen Union zu erfüllen: Sie legt fest, dass Neubauten ab dem Jahr 2021 Niedrigstenergiehäuser sein müssen, also nur wenig Brennstoffe verbrauchen dürfen. Die Sonnenhäuser sind eine gute Alternative zu Passivhäusern, die hauptsächlich auf eine optimale Dämmung und eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung setzen. Allerdings kämpften die SolarAktivHäuser bislang mit einem Manko: Es fehlten systematische wissenschaftliche Untersuchungen und neutrale Bewertungen der Effizienz.
Die EU fordert in der Gebäuderichtlinie 2010 ab dem Jahr 2020 Niedrigstenergiegebäude (Nearly Zero-Energy Buildings) als Standard für Neubauten. Alternativ zu einer sehr starken Reduzierung des Gebäudewärmebedarfs können die primärenergetisch ungünstig bewerteten fossilen Energieträger auch durch einen erhöhten Anteil an erneuerbaren Energien ersetzt werden. SolarAktivHäuser sind Niedrigstenergiegebäude, in denen mehr als 50% der zur Raumheizung und Trinkwassererwärmung erforderlichen Wärme solarthermisch am Gebäude erzeugt wird. Im Projekt HeizSolar wurden neun, den aktuellen Markt repräsentierende SolarAktivHäuser messtechnisch umfassend untersucht und simulationsgestützt Optimierungspotenziale ermittelt.
Projekt Heizsolar: Neun Sonnenhäuser wissenschaftlich untersucht
Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg legten im Projekt Heizsolar nun erstmals eine solche wissenschaftliche Grundlage, gemeinsam mit ihren Kollegen der Solar- und Wärmetechnik Stuttgart, der Technischen Universität Ilmenau und des Sonnenhaus-Instituts. „Im Projekt Heizsolar haben wir neun SolarAktivHäuser über mehrere Heizperioden vermessen“, sagt Gerhard Stryi-Hipp, Gruppenleiter am ISE. „Damit konnten wir die Basis dafür legen, die Häuser zu optimieren und die Kosten zu senken. Wir erwarten daher, dass ihre Bedeutung künftig deutlich steigen wird.“ Das Projekt wurde vom Bundesumweltministerium und dem Bundeswirtschaftsministerium über den Projektträger Jülich mit 1,5 Millionen Euro gefördert.
Doch welche Möglichkeiten bieten die Gebäude? Generell ist es möglich, die komplette Raumheizung mit Solarwärme zu betreiben. Dennoch sind 100-Prozent-Sonnenhäuser bislang Exoten – sie sind teuer, und es gilt, im Haus viel Platz für den notwendigen Langzeitwärmespeicher zu opfern, der 50 000 Liter umfassen kann. „Ein guter Kompromiss liegt in SolarAktivHäusern, die etwa 60 Prozent der benötigten Wärme mit Solarwärmekollektoren erzeugen“, sagt Stryi-Hipp. „Im Frühjahr und im Herbst reicht die Leistung von 40 Quadratmeter-Solarwärmekollektoren sowie ein 5.000-Liter-Speicher im Einfamilienhaus völlig aus. Nur in den Monaten November bis Januar müssen über Gas- oder Holzheizkessel die fehlenden 40 Prozent zugeheizt werden.“
Die Planung der Sonnenhäuser basiert bisher vor allem auf der praktischen Erfahrung einiger Experten. Die Forscher untersuchten daher wissenschaftlich, wie sich die SolarAktivHäuser weiter optimieren lassen – und entwickelten ein entsprechendes Simulationsmodell. In welchem Rahmen kann man beispielsweise die Speichergröße reduzieren – und somit die Akzeptanz der Häuser erhöhen? „Das Verhältnis von Speichergröße und Kollektorfläche lässt sich variieren: In unserem 60 Prozent-SolarAktiv-Referenzhaus etwa kann man das Speichervolumen von 6.000 Liter auf 3.000 Liter reduzieren, wenn dafür die Fläche der Solarwärmekollektoren von 40 auf 60 Quadratmeter erhöht wird.“
Nachfolge-Projekt: SolarAktivHäuser mit Null- oder Plusenergiehäusern vergleichen
Sonnenhäuser halten auch Herausforderungen bereit. Einige davon lassen sich durch eine fundierte Planung einfach lösen – so das Ergebnis der Wissenschaftler. Ein Beispiel ist die Wärme, die die Speicher abstrahlen. Während diese im Winter willkommen ist, möchte man im Sommer vermeiden, dass die Temperaturen im bereits warmen Haus noch weiter nach oben klettern. „Stellt man den Speicher beispielsweise ins Treppenhaus, geht die Abwärme im Winter nicht verloren. Und im Sommer stört sie nicht weiter, wenn ein Fenster zur Abfuhr der warmen Luft eingebaut wird“, fasst Stryi-Hipp zusammen. Andere erfordern jedoch noch weitere Forschung. So etwa die Frage, wie sich die SolarAktivHäuser mit den Null- oder Plusenergiehäusern vergleichen lassen: Bei diesen erzeugen PV-Elemente Strom und treiben damit zum Teil Wärmepumpen an. Dies wollen die Forscher in einem Nachfolge-Projekt untersuchen – und den Nutzern verlässliche Bewertungskriterien bieten.
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