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Speicher kann durch Bauteilaktivierung kleiner werden

Forscher stellen Heizkonzept für Sonnenhäuser vor

11.06.2013, 09:00

3-D-Darstellung Sonnenhaus mit Solarkollektor und Speicher
Sonnenhäuser brauchen bislang riesige Speicher. © Sonnenhaus Institut

Sonnenhäuser werden bislang mit riesigen Pufferspeichern versehen, um ausreichend Wärme für die kalte Jahreszeit zu bunkern. Ein Team des Institus für Solarenergieforschung (ISFH) in Hameln gemeinsam mit der Helma Eigenheimbau arbeitet an Bauteilaktivierung als Alternative. Das Konzept haben sie auf der Otti-Tagung Solarthermie vorgestellt.

„Die treibende Kraft bei unseren Überlegungen ist eine Reduzierung der Kosten“, berichtet Christoph Büttner vom ISFH. Ein wesentlicher Kostenfaktor bei Sonnenhäusern ist bislang der Pufferspeicher, dessen Volumenbei einem Einfamilienhaus in der Regel bei mindestens 10 Kubikmetern liegt. Auch der Platzbedarf ist enorm, meist steht der Speicher mitten im Haus und geht über mehrere Stockwerke. Ziel sei eine Kostensenkung um 25 Prozent, so Büttner.

Die Idee: Bauteilaktivierung von Bodenplatten und Zwischendecke. Das bedeutet, dass die Betonbauteile selbst als Speicher genutzt werden. Der Speicher kann bei Bauteilaktivierung um 80 Prozent kleiner ausfallen und muss nur noch die Hälfte der Sonnenwärme puffern. Mehr als 1100 Kilowattstunden pro Jahr (kWh/a) bringt die Speicherung in der Bodenplatte, noch einmal mehr als 2000 kWh/a in der Zwischendecke. Die Speicherwärmeverluste sollen sich laut Simulation halbieren.

Zur Aktivierung der Bauteile benötigen die Hamelner laut Simulation 200 Meter Rohrschlange pro Etage. Die Rohre werden während der Bauphase in einem Abstand von 50 Zentimetern verlegt, ein Nachrüsten in der Sanierung ist nicht mit vertretbarem Aufwand möglich. Durch die Rohrschlangen der Bauteilaktivierung fließt die Flüssigkeit aus den Solarkollektoren.

„Wir hatten auch überlegt, ein anderes Medium zu verwenden als die Solarflüssigkeit, aber dann wäre ein Wärmetauscher notwendig“, so Büttner. Außerdem habe das jetzige Verfahren den Vorteil, dass auch relativ geringe Solarerträge im Winter ausreichen, um Wärme für das System abzugreifen. Bei Wasser wären mindestens 40 Grad notwendig gewesen. Luft als Medium hätte den Nachteil höherer benötigter Querschnitte der Rohre. „Außerdem bietet sich Flüssigkeit an, weil wir ja zusätzlich auch den Wasserspeicher beladen“, erklärt Büttner weiter.

Genutzt wird die Bauteilaktivierung nur in der Heizsaison. Dann soll sie eine Grundlast von bis zu 35 Prozent abdecken. Die Kerntemperatur der Bauteile liegt dann bei 28 Grad, die der Oberfläche bei maximal 24 Grad. Der Rest der Heizlast wird über eine Zentralheizung und Heizkörper abgedeckt, die mit unterschiedlichen Systemen gefüttert werden können.

In der Pilotanwendung, die das Hamelner Institut entwickelt hat, übernimmt eine Solewärmepumpe mit einem Erdkollektor als Wärmequelle die Restheizung. „Wir können zusätzliche Kollektorerträge im Erdreich speichern. Außerdem haben wir den Vorteil, dass wir das Erdreich als kalte Senke zur Verfügung haben, um die Kollektoren vor Überhitzung und Stagnation zu schützen“, so Büttner.

Mit dynamischer Systemsimulation wird die Aufteilung der Kollektorleistung auf die verschiedenen potentiellen Abnehmer wie Bauteile, Speicher und Erdkollektor optimiert. Im Prinzip sind alle Heiztypen möglich, auch die Wahlmöglichkeit Pellet-Heizung könnte es geben. „Der nächste Schritt ist, dass wir ein reales Haus mit der geplanten Technik in Hannover erstellen werden und diese dort testen. Eine marktreife Lösung wird erst ab 2015 zur Verfügung stehen“, so Nicolas Rudolph von der Helma Eigenheimbau, die das Konzept in die Praxis umsetzen will.

Mehr als 1300 Sonnenhäuser gibt es bereits. 13 Prozent sind Gebäude mit mehr als drei Wohneinheiten. Passivhaus und Sonnenhaus arbeiten bei Architektur, Haustechnik und Nutzerkonzepten mit unterschiedlichen Ansätzen. Bei Passivhäusern hat die Verringerung der Verluste über die Gebäudehülle erste Priorität. Gute Dämmung und Lüftung mit Wärmerückgewinnung sind aus Sicht von Passivhaus-Planern die einfachsten Maßnahmen mit dem besten Kosten-Nutzen-Verhältnis.

Verfechtern von Sonnenhaus-Konzepten ist eine Optimierung der Gebäudehülle zu einseitig. Sie legen Wert auf einen hohen Anteil solarer Deckung. Über die Hälfte des Wärmbedarfs wird durch die Sonne gedeckt. Man könne für Gebäude, die einen höheren Heizwärmebedarf haben, dennoch einen geringeren Primärenergieverbrauch durch die Nutzung solarer Energiegewinne haben. Eine Besonderheit der Sonnenhäuser sind große Wasserspeicher. Lüftung mit Wärmerückgewinnung ist möglich, aber nicht notwendig. von Pia Grund-Ludwig

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