Wärme fürs Haus von der Sonne
Bau- und Heizkonzept eines Sonnenhauses
Grafik: Sonnenhaus-Institut e.V.
Querschnitt durch ein Sonnenhaus: Der große Pufferspeicher (l.) und die Zusatzheizquelle, hier ein Kamin im Wohnzimmer, sind deutlich zu erkennen.
Solarthermie ist die mit Abstand natürlichste und nachhaltigste Form der Wärmeerzeugung. Aus dem Wunsch, sie zu nutzen, entstand die Idee für das Sonnenhaus. Mitte der 90er Jahre schlossen sich der Architekt Georg Dasch und der Ingenieur Wolfgang Hilz zusammen, um nach dem Vorbild des Schweizer Solarpioniers Josef Jenni einen Standard für Sonnenhäuser zu schaffen.
Gemeinsam gründeten sie im Jahr 2004 das Sonnenhaus-Institut e.V. (Näheres siehe Kasten) und entwickelten das solarthermische Bau- und Heizkonzept kontinuierlich weiter. Inzwischen sind über 1500 Sonnenhäuser nach den Prinzipien des Sonnenhaus-Instituts entstanden.
Ein Sonnenhaus deckt seinen Jahreswärmebedarf an Heizung und Brauchwasser mindestens zu 50 % mit einer thermischen Solaranlage. Eine solare Deckungsrate von 60 bis 70 % gilt als wirtschaftliches Optimum – möglich sollen bis zu 100 % sein. Das Konzept lässt sich sowohl beim Neubau von Ein- oder Mehrfamilienhäusern und Funktionsgebäuden verwirklichen als auch bei der Modernisierung von Altbauten.
Vier Komponenten für behagliche Wärme
Eine thermische Solaranlage besteht aus vier aufeinander abgestimmten Komponenten: Kollektoren auf einem möglichst steil geneigten, nach Süden ausgerichteten Dach sammeln die Wärme der Sonne und leiten sie in einen zentralen Pufferspeicher. Dieser speichert die Energie mithilfe von Wasser über mehrere Wochen oder gar Monate. Bei Bedarf gibt der Speicher die Wärme über eine Wandflächen- oder Fußbodenheizung an die Räume ab.
Ergänzt eine Solarstromanlage zur (teilweisen) Deckung des Bedarfs an Haushaltsstrom das solarthermische Heizkonzept, spricht man von einem Solaraktiv-Haus. Steigende Strompreise und eine sinkende Einspeisevergütung machen eine möglichst hohe Eigenstromversorgung interessant und sinnvoll. Sommerliche Energieüberschüsse können zur Kühlung, zur Einspeisung ins öffentliche Stromnetz oder zum Betanken eines eigenen Elektromobils verwendet werden.
Reicht die Kraft der Sonne in den kältesten und sonnenärmsten Monaten nicht aus, liefert eine Zusatzheizquelle, z.B. ein Stückholz- oder Pelletofen, die notwendige Energie. Neue Technologien erlauben es zukünftig, den Wärmespeicher in einem Sonnenhaus auch mit Solarstrom zu heizen.
Grafik: Sonnenhaus-Institut e.V.
Beispielschema für das Heizkonzept eines Sonnenhauses.
So funktioniert die Sonnenheizung optimal
Damit eine Sonnenheizung gut funktioniert, müssen die Solarkollektoren und das gesamte Gebäude optimal nach dem Stand der Wintersonne ausgerichtet sein. Nur so können sie das tatsächliche Strahlungsangebot der Sonne in den Wintermonaten nutzen.
Das Sonnenhaus-Institut empfiehlt, die Kollektoren steil anzustellen, z.B. auf einem Dach mit einem hohen Neigungswinkel. Im Winter können sie so die Strahlen der tief stehenden Sonne gut einfangen. Gleichzeitig bleibt kein Schnee darauf liegen, der das Sammeln der Sonnenenergie behindern würde.
Im Sommer hat die steile Neigung den Vorteil, dass die Kollektoren der Sonne weniger stark ausgesetzt sind. Dies vermeidet eine unerwünschte Überhitzung, die für das gesamte Solarsystem ungünstig wäre.
Der gut gedämmte Pufferspeicher oder Solartank lagert mithilfe von Wasser die über die Kollektoren gesammelte Wärme ein und kann sie dort über Wochen vorhalten, bis sie benötigt wird. Der Energievorrat im Solartank hängt außer von der Größe des Speichers und der darin vorhandenen Wassermenge auch von der nutzbaren Temperaturdifferenz ab.
Flächenheizungen in Wand oder Fußboden leiten die gespeicherte Wärme in die Wohnräume. Sie sind für jeden Raum einzeln regelbar. Im Vergleich zu konventionellen Heizkörpern benötigen sie geringere Vorlauftemperaturen und ermöglichen dadurch eine bessere Ausbeute der Solarwärme. In den Räumen sorgen sie für eine angenehm gleichmäßige Wärmeverteilung.
Eine Biomasseheizung ergänzt das solarthermische Heizprinzip in Zeiten, in denen die Solaranlage nicht ausreicht. Das kann ein moderner Holzvergaserkessel für Stückholz oder Pellets im Keller sein oder ein Holzofen im Wohnraum, der die wohlige Wärme von sichtbarem Feuer verbreitet.
Die Wohnraumöfen sorgen mit der restlichen Abwärme zusätzlich für angenehme Temperaturen. Für welches Prinzip sich der Bauherr auch entscheidet, die Öfen sollten mindestens 80 % ihrer Leistung an das Wasser im Solartank abgeben, wo die Wärme dann wieder auf Vorrat gespeichert wird.
Ergänzt wird das Heizkonzept durch eine gute Dämmung des Gebäudes sowie große Fenster und Türen auf der Süd-, West- und Ostseite. Diese passive Nutzung der Sonnenwärme trägt zusätzlich zur Reduzierung des Heizwärmebedarfs bei. Mit rund 10 KWh/m2 und Jahr unterschreitet ein Sonnenhaus den nach der Energieeinsparverordnung (EnEV) zulässigen Primärenergiebedarf um mehr als 80 %.
Das Sonnenhaus-Institut
Das Sonnenhaus-Institut e.V. mit Sitz in Straubing wurde 2004 von Architekten und Ingenieuren aus der Solarbranche gegründet. Sein Ziel ist die Weiterentwicklung und Verbreitung des Bau- und Heizkonzeptes für weitgehend solar beheizte Häuser sowie der Ausbau des Instituts zu einem umfassenden Kompetenznetzwerk.
Zur Tätigkeit des Institutes zählen die Erfassung und Auswertung von Sonnenhaus-Daten, die praxisnahe Weiterentwicklung des Sonnenhaus-Konzeptes, die Öffentlichkeitsarbeit für solares Bauen und Heizen sowie die Schulung und Beratung von Architekten, Planern, Handwerkern und Bauherren. Von 2004 bis jetzt entstanden mehr als 1500 Häuser nach den Kriterien des Instituts.
Weitere Informationen: www.sonnenhaus-institut.de
Das Sonnenhaus-Konzept
Ein Merkmal eines Sonnenhauses ist das steil geneigte, nach Süden ausgerichtete Dach, auf dem Kollektoren die Sonnenstrahlung aufnehmen. Sie können Wärme liefern, wenn ihre Temperatur höher ist als im unteren (kältesten) Bereich eines Pufferspeichers. Eine aus Frostschutzmittel und Wasser bestehende Trägerflüssigkeit wird durch eine Pumpe im Solarkreis umgewälzt, erhitzt sich dabei um 10 bis 15 °C und gibt diese Wärme über den unteren Wärmetauscher an das Wasser im Speicher ab.
Der große Pufferspeicher bewahrt die Wärmeenergie mithilfe von Wasser. Die Entladung des Speichers über den Heizkreis wird durch einen Mischer so gesteuert, dass primär der untere Speicherbereich auskühlt. Nur wenn hier die Temperatur nicht mehr ausreichend hoch ist, wird auch der Heißwasservorrat aus dem oberen Bereich angezapft.
Der Warmwasserboiler befindet sich im heißesten Bereich des Speichers. Das unten einströmende Kaltwasser wird durch ein langes Rohr vorgewärmt, um die Temperaturschichtung nicht zu zerstören. Anstatt über den Innenboiler kann das Brauchwasser auch im Durchlauf mit einem sogenannten Frischwassermodul erhitzt werden.
Eine Flächenheizung gibt die Wärme an die Räume weiter. Für die kältesten und sonnenärmsten Wintertage bedarf es einer Zusatzheizquelle, z.B. eines Holzofens, der sich durch CO2-neutrale Verbrennung auszeichnet und bei Bedarf auch den Pufferspeicher nachheizt.
Dipl.-Ing. (FH) Wolfgang Hilz
Sonnenhaus-Institut e.V.