Solares Bauen im BestandSanierung und Nachrüstung bestehender Heizungsanlagen mit Solarthermie-Systemen

Mit mehr als 35% des Energieverbrauchs in Europa bieten Raumwärme und Warmwasser ein beachtliches, wirtschaftlich erschließbares Einsparpotenzial. Nicht zuletzt deshalb hat das Bundeskabinett beschlossen, dass sich der Anteil Regenerativer Energien an der Wärmebereitstellung bis 2020 von derzeit rund 6 auf dann mindestens 14% erhöhen soll.
Seit etwas mehr als einem Jahr gilt bundesweit das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG). Und das besagt: Wer einen Bauantrag einreicht, muss sein Gebäude teilweise mit Erneuerbaren Energien heizen und kühlen. Besonders Solarthermieanlagen profitierten von den neuen Vorschriften. Denn damit erfüllen Bauherren die Anforderungen des EEWärmeG, wenn bei einem Wohnhaus mit maximal zwei Wohneinheiten die Einstrahlfläche der Anlage mindestens 0,04 m² je m² Gebäudenutzfläche beträgt. Bei einem Haus mit 150 m² Wohnfläche reicht also eine Kollektorfläche von 6m² auf dem Dach. Und die wird meist auch noch finanziell gefördert.

SCHWERPUNKT MODERNISIERUNG
Eines ist klar: Nur über effiziente Systeme im Neubau lässt sich das ehrgeizige Ziel von Bundesregierung und EU nicht erreichen. Schon seit Jahren kommt der Neubaubereich aus der Talsohle nicht heraus. Nach vorläufigen Zahlen waren es im Jahr 2009 nur etwa 160.000. Zur Erinnerung: 1994 lag der Höchststand bei 713.000 Wohnungen.
Demgegenüber sind in Deutschland 24 Mio. Wohnungen von insgesamt 37 Mio. energetisch nicht auf dem aktuellen Stand der Technik. Das Durchschnittsalter der 17 Mio. installierten Heizungsanlagen liegt bei 16 Jahren. Öl-Niedertemperatur-Heizkessel weisen im Schnitt ein Alter von 19 Jahren und Gas-Niedertemperatur-Heizkessel eines von etwa 17 Jahren auf. Allein in Deutschland gibt es über 3 Mio. Heizkessel, die älter als 24 Jahre sind. Der Austausch dieser Altanlagen würde unmittelbar zu gravierenden Einsparungen beim Energieverbrauch und den CO₂-Emissionen führen sowie gleichzeitig die laufenden Heizkosten der Verbraucher nachhaltig reduzieren: Das Ersetzen eines Standardkessels (vor 1978) durch einen Gas-Brennwertkessel plus Solarthermie zur Warmwassererzeugung und Heizungsunterstützung verringert den CO₂-Ausstoß um rund 60%. Insgesamt könnten laut BDH mehr als 30% des Energieverbrauchs in Gebäuden eingespart werden, ebenso 30% der CO₂-Emissionen des Heizungsbestands.

ERWEITERUNGSPOTENZIAL
Dennoch scheuen sich vereinzelt Fachbetriebe immer noch, das lukrative Solar-Geschäft in manchen Altbauten anzupacken. Sicherlich ist die Integration einer thermischen Solaranlage im Bestand nicht ganz so einfach wie wenn die Solaranlage schon in der Planungsphase des Neubaus integriert wurde. Dennoch ist ihr Einsatz fast immer möglich. Und das meist mit einfacheren Mitteln als gedacht.
Grundsätzlich gilt es zu unterscheiden, ob die Heizungsanlage komplett erneuert werden muss oder ob die Solaranlage als Ergänzung zur vorhandenen Anlage installiert werden soll. Ebenso gilt zu beachten, ob ihr Einsatz vorgesehen war - also schon ein bivalenter Speicher vorhanden ist - oder ob ein Speicher (Größe, Bauart etc.) nachgerüstet werden soll. Und ein wesentlicher Punkt ist die Frage, ob die thermische Solaranlage nur zur Warmwasserbereitung oder auch zur Heizungsunterstützung dienen soll.

Bild 1: Korrekturfaktor zur schnellen Berechnung der Kollektorfläche bei Südabweichungen. Diese können zwar eine genaue Planung nicht ersetzen, helfen aber als Faustformel zur Kalkulation.

MONTAGE NAHEZU ÜBERALL MÖGLICH
Um einen möglichst hohen solaren Ertrag zu erzielen, spielt die Ausrichtung und die Neigung der Kollektoren eine wichtige Rolle. Eine Südausrichtung ist ideal aber nicht zwingend erforderlich. Je nach Anwendung sind Abweichungen von bis zu 45° nach Westen oder Osten zu tolerieren. In diesem Fall sind die Ertragseinbußen von rund 5% zu vernachlässigen. Größere Abweichungen (>45°) und damit verbundene Ertragseinbußen können durch eine Vergrößerung der Kollektorfläche kompensiert werden (Bild 1).
Außer Hausdächern eignen sich für die Montage auch Garagendächer, Wintergärten, Fassaden, Balkonverkleidungen oder Freiflächen. Für Flachdächer gibt es spezielle Befestigungssysteme. Mit diesen ist es möglich, geringe Dachneigungen auszugleichen und die Kollektoren so aufzustellen, dass ein ganzjährig günstiger Einstrahlwinkel der Sonnenstrahlen erreicht wird. Eine Kollektorneigung zwischen 40 und 50° ist ideal. Sollte der Neigungswinkel nicht ausreichen, kann dies ebenfalls durch eine etwas größere Kollektorfläche ausgeglichen werden (Bild 2).

Bild 2: Korrekturfaktoren zum Ausgleich eines ungünstigen Neigungswinkels. Ganzjahresbetrieb steht in diesem Zusammenhang für Anlagen zur Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung, Sommerbetrieb für Anlagen zur Warmwasserbereitung und Winterbetrieb für Anlagen, die hauptsächlich für die Heizungsunterstützung geplant werden. Auch diese Faktoren ersetzen keine genaue, auf das Objekt bezogene Planung.

Auch für die Installation der Solarleitungen stehen heute unterschiedliche Montagemöglichkeiten zur Verfügung. Angeboten werden vorkonfektionierte Solarleitungen mit zwei Well- oder Kupferrohren in unterschiedlichen Dimensionen, wetterbeständiger Isolierung und einem integrierten Fühlerkabel. So ist eine Montage denkbar einfach. Führt man die Leitungen in freien oder stillgelegten Kaminzügen oder in Fallrohren, kommt man den optischen Ansprüchen des Hausbesitzers entgegen.

Bild 3: Bei der Komplettsanierung können wie im Neubau Kombigeräte mit aufeinander abgestimmten Systemkomponenten genutzt werden.

VARIANTEN DER TRINKWASSERERWÄRMUNG
Wird eine Solaranlage im Rahmen der kompletten Modernisierung der Heizanlage installiert, entspricht dies im Wesentlichen der Situation im Neubau. Alle Anlagenteile können optimal aufeinander abgestimmt werden. Hier empfiehlt es sich, vorkonfigurierte und auch regeltechnisch aufeinander abgestimmte Komplettsysteme zu verwenden (Bild 3). Sie enthalten Wärmeerzeuger, Solarspeicher zur Trinkwassererwärmung sowie die gesamte Solartechnik. Bei den sogenannten Kombigeräten sind in einer Einheit die Komponenten zur solaren Warmwasserbereitung enthalten (Bild 4). Gerne wird die Solartechnik hier mit einem Gas-Brennwertgerät, Umwälzpumpe(n), der Sicherheitsgruppe, Verbindungsteilen sowie der Regelung kombiniert.

Bild 4: Komplettsysteme enthalten Wärmeerzeuger, Solarspeicher zur Trinkwassererwärmung sowie die gesamte Solartechnik.

Sollte der vorhandene Kessel noch den aktuellen Anforderungen entsprechen, kann auch eine Teilsanierung sinnvoll sein. Die einfachste Möglichkeit ist die Montage einer Solaranlage zur Warmwasserbereitung. Dabei kann weitestgehend auf den Anlagenbestand zurückgegriffen werden. Die Solaranlage wird mit einem zusätzlichen Speicher als eine Art Vorwärmstufe vor das bestehende System montiert (Bild 5). Sobald der Vorwärmspeicher durch die Solaranlage beladen wurde, wird das warme Wasser in den bestehenden Warmwasserspeicher umgeladen. Die Umladung wird über den Solarregler gesteuert und erfolgt bei Zapfung oder wenn im Vorwärmspeicher eine größere Temperatur zur Verfügung steht als im bestehenden Speicher.

Bild 5: Solare Sanierung mit Vorwärmstufe: Der Vorwärmspeicher wird Solar beladen. Über eine Regelung wird die Umschichtung zwischen ihm und dem bestehenden Warmwasserspeicher gesteuert. Zusätzlich findet bei jedem Zapfvorgang eine Umschichtung statt.

Wenn der vorhandene Warmwasserspeicher schon ein bivalenter Solarspeicher ist oder im Rahmen der Modernisierungsmaßnahmen getauscht werden soll, ist das Nachrüsten einer Solaranlage noch einfacher (Bild 6). Für die Steuerung gibt es zwei Möglichkeiten: Es kann ein autarker Solarregler verwendet werden, der die solare Beladung des Warmwasserspeichers übernimmt. Die Heizkreise und die Beladung des Speichers durch den Kessel werden dann weiter vom bestehenden Heizungsregler gesteuert. Eine effizientere Lösung ist eine gleichzeitige Erneuerung des Heizungsreglers. Der übernimmt dann die aufeinander abgestimmte Regelung aller Systemkomponenten (Heizkessel, Heizkreisregelung und Solarkreisregelung), einschließlich vorhandener Anlagenkomponenten oder Fremdfabrikate.

Bild 6: Ergänzung einer bestehenden Anlage mit Kollektoren und Solarstation.

WENN DIE SONNE EINHEIZT
Selbstverständlich kann bei einer Heizungssanierung auch ein Solarsystem montiert werden, das zusätzlich zum Warmwasser das Heizungswasser solar erwärmt (Bild 7). Voraussetzung ist die Installation eines ausreichend bemessenen Heizungspuffer- oder Kombispeichers. Die Größe des Pufferspeichers richtet sich nach der zu beheizenden Wohnfläche. Zur Auslegung können folgende Erfahrungswerte verwendet werden: Je 10 m² zu beheizende Wohnfläche werden ca. 1 m² Flachkollektor und 50 l Puffervolumen benötigt.
Ein weiterer Aspekt ist bei der solaren Heizungsunterstützung nicht zu vernachlässigen: Ein effizientes System ist dann am ehesten möglich, wenn die Wärmeverteilung mit relativ niedrigen Temperaturen klar kommt. In der Praxis hieß das bisher, solare Heizungsunterstützung funktioniert am besten mit sehr großen Heizflächen wie z.B. Fußboden-, Wand- oder Deckenheizung. Deshalb sollte bei der Planung auf möglichst große Transmissionsflächen geachtet werden.

Bild 7: Solare Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung zum Nachrüsten einer bestehenden Anlage.

ZUSAMMENFASSUNG
Alles in allem sind thermische Solaranlagen heute zu jeder bestehenden Heizungsanlage kompatibel und sollten bei jeder Sanierung zum Einsatz kommen. Auch der Verbindung mit anderen Energieträgern wie Biomasse oder Geothermie steht nichts mehr im Wege. Hier bieten fast alle Hersteller auf das jeweilige System abgestimmte Komponenten an. Die politischen Rahmenbedingungen sind besser als jemals zuvor.
Zur Verfügung stehende Sparguthaben in die Sanierung einer bestehenden Heizungsanlage zu investieren, ist sicherer und verspricht häufig eine bessere Rendite als Investitionen in Geldanlagen. Beachtliche Fördergelder sind gesetzlich festgeschrieben, lassen sich ohne großen bürokratischen Aufwand beantragen und werden zeitnah ausgezahlt.
Die Energiepreise sind zwar momentan relativ niedrig, aber auch der letzte Zweifler dürfte inzwischen nicht mehr daran glauben, dass sie langfristig auf diesem Niveau bleiben. Im Gegenteil: Blendet man die größeren Schwankungen in den letzten Jahren einmal aus, sieht man eine drastische Energiepreissteigerung. Es stehen also alle Zeichen auf "Solar". Auch und gerade im Bestand und bei der Modernisierung.

Autor: Jens Trobisch, Produktmanager bei Bosch Thermotechnik GmbH (Junkers), Wernau

Bilder: Bosch Thermotechnik GmbH (Junkers)

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