Solaranlagen für Ein- und Zweifamilienhäuser

Dipl.-Ing. Wolfgang Rogatty*

Solarenergie liegt nach wie vor im Trend. So scheint der starke Rückgang der Solarthermie im Jahr 2002 um rund 40 Prozent nur eine vorübergehende Erscheinung gewesen zu sein. Denn schon im vergangenen Jahr hat sich der Solarmarkt wieder hervorragend erholt und ist auf den Wachstumskurs zurückgekehrt.

Dass der positive Trend sich auch in den nächsten Jahren fortsetzen wird, dafür sorgt besonders der Ein- und Zweifamilienhaus-Bereich. Denn steigendes Umweltbewusstsein, attraktive Förderbedingungen und die Möglichkeit Erdgas oder Heizöl zu sparen, bieten beste Voraussetzungen für die weitere Verbreitung der Solartechnik.

Bild 1: Das Potenzial ist groß: Erst 4 Prozent der Ein- und Zweifamilienhäuser verfügen über eine Solaranlage.

Die gängigste Anwendung - Trinkwassererwärmung

Rund 80 Prozent aller Solaranlagen in Deutschland dienen ausschließlich zur Erwärmung von Trinkwasser zum Baden, Waschen und Kochen. Die Planung und Ausführung solcher Anlagen ist deshalb heute in vielen Heizungsfachbetrieben eine Selbstverständlichkeit. Diese gängigen Solaranlagen bestehen im Wesentlichen aus Sonnenkollektor, Umwälzpumpe, bivalentem Speicher-Wassererwärmer sowie einer Solarregelung. Da Solaranlagen in unseren Breitengraden nicht in der Lage sind, in der Übergangszeit und im Winter die gesamte Energie für die Erwärmung des Trinkwassers zu liefern, muss ein zusätzlicher Wärmeerzeuger in die Anlage eingebunden werden (Bild 2).

Bild 2: Solaranlage zur Trinkwassererwärmung .

Solaranlagen zur Heizungsunterstützung

Der Anteil von Solaranlagen, die neben der Trinkwassererwärmung auch die Heizung unterstützen, liegt heute noch bei etwa 20 Prozent. Tendenz steigend, denn die Heizungsunterstützung macht den Anlagenbetreiber noch ein Stück unabhängiger von steigenden Gas- oder Heizölpreisen.

Die zeitliche Verfügbarkeit der solaren Wärme zur Raumbeheizung stellt sich zunächst ungünstig dar. Die Periode mit dem größten Sonnenenergieangebot ist gegenüber der Periode mit dem größten Heizenergiebedarf zeitlich versetzt. Während der Wärmeverbrauch für die Trinkwassererwärmung über das ganze Jahr relativ konstant ist, besteht zu Zeiten des größten Wärmebedarfs (im Winter) für die Raumbeheizung nur ein sehr geringes Sonnenenergieangebot. Jedoch kann eine Solaranlage den Heizkessel in der Übergangszeit und im Winter bei der Raumbeheizung unterstützen und so den Brennstoffverbrauch verringern.

An kalten Tagen und abends, wenn in der Regel eine Beheizung der Wohnräume gewünscht wird, steht nicht genügend Sonnenenergie für diesen Zweck zur Verfügung. Deshalb muss zu Zeiten hoher Sonneneinstrahlung möglichst viel Wärme gespeichert werden. Neben den für diesen Zweck üblicherweise verwendeten Heizwasser-Pufferspeichern sind Kombispeicher eine interessante Alternative, da sie eine Platz sparende und kostengünstige Kombination aus Pufferspeicher und Speicher-Wassererwärmer darstellen. Kombispeicher bevorraten ein großes Volumen an Heizwasser für die Heizungsunterstützung. Hydraulisch können Anlagen zur Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung durch Kombispeicher sehr einfach aufgebaut werden (Bild 3).

Bild 3: Bivalente Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung mit Kombispeicher.

Das Heizwasser wird durch die Solaranlage erwärmt, wenn zwischen Kollektortemperatursensor (2) und unterem Speichertemperatursensor (3) eine Temperaturdifferenz gemessen wird, die höher als der in der Regelung eingestellte Wert ist. Dann wird die Umwälzpumpe des Solarkreises (4) eingeschaltet und der Kombispeicher solar beheizt. Dabei kann die Temperatur im Kombispeicher durch die elektronische Temperaturbegrenzung der Regelung begrenzt werden.

Damit der solare Wärmeertrag möglichst hoch ausfällt, muss die Temperaturdifferenz zum Kollektor entsprechend groß sein. Die Lage des Solar-Wärmetauschers (7) im unteren Bereich des Kombispeichers und der ebenfalls unten im Speicher angebrachte Kaltwasser-Zulauf sorgen dafür, dass auch die bei geringer Sonneneinstrahlung entstehenden Wärmemengen genutzt werden.

Durch den Heizkessel wird das obere Speichervolumen dann erwärmt, wenn - wie bei den vorherigen Beispielen - am oberen Speichertemperatursensor (5) die eingestellte Solltemperatur unterschritten wird.

Das Trinkwasser wird in einem Kombispeicher im Durchlaufprinzip erwärmt. Bei Zapfbeginn steht sofort das erwärmte Trinkwasser zur Verfügung. Nachlaufendes kaltes Wasser wird beim Durchlauf vom Heizwasser erwärmt. Die Temperatur des Trinkwassers bleibt dabei über lange Zeit nahezu konstant. Bei hohem Warmwasserverbrauch kühlt sich das Heizwasser im Kombispeicher ab und über den Temperatursensor (5) wird der Heizkessel zugeschaltet.

Bild 4: Schichtlade-Kombispeicher: Ein multivalenter Heizwasser-Pufferspeicher mit Schichtladesystem und integrierter Trinkwassererwärmung.

Einen gegenüber herkömmlichen Kombispeichern um bis zu 10 Prozent höheren Jahresertrag der Solaranlage kann mit Schichtlade-Kombispeichern erreicht werden (Bild 4). Das vom gekapselten Solarwärmetauscher erwärmte Wasser steigt durch das Steigrohr nach oben und tritt erst im oberen Speicherbereich durch seitliche Öffnungen aus. So kann es sich auf dem Weg nach oben nicht mit dem kühleren Wasser der unteren Schichten vermischen und steht schnell für die Entnahme zur Verfügung. Die übliche Wartezeit bis zur vollständigen Erwärmung des Speicherinhalts entfällt und der Heizkessel muss seltener nachheizen.

Solare Heizungsunterstützung in der Praxis

Wie eine Solaranlage zur Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung in der Praxis aussieht, zeigt das Beispiel eines Einfamilienhauses im niedersächsischen Rinteln. In dem 2002 fertig gestellten Niedrigenergiehaus in Massivbauweise wohnt eine fünfköpfige Familie. Zehn Quadratmeter Flachkollektoren wurden auf das Falzdach aus Zinkblech montiert, das mit einer Dachneigung von 25 Grad nach Süden ausgerichtet ist. Somit ist für eine höchstmögliche Ausnutzung der solaren Energie gesorgt (Bild 5).

Da die gewonnene Wärme nicht nur für die Trinkwassererwärmung genutzt wird, sondern auch zur Heizungsunterstützung dient, wurde im Heizungsraum ein Kombispeicher mit 750 Litern Inhalt aufgestellt (Bild 6). Als weiterer Wärmeerzeuger dient ein Öl-Brennwert-Wandgerät. Solarthermie und Öl-Brennwertkessel versorgen gemeinsam 230 Quadratmeter Wohnfläche mit Heizwärme und besorgen die Warmwasserbereitung.

Bild 5: Jeweils zehn Quadratmeter solarthermische Kollektoren und Photovoltaik-Module nutzen die kostenlose Energie von der Sonne.

Arbeitshilfe für den Fachhandwerker

Ob eine thermische Solaranlage ausschließlich zur Trinkwassererwärmung eingesetzt wird, zusätzlich die Heizung unterstützen oder auch das Wasser eines Swimmingpools erwärmen soll - die Anwendungsmöglichkeiten der Solarthermie in Ein- und Zweifamilienhäusern sind so vielfältig wie das Angebot an unterschiedlichen Anlagen-Komponenten. Bei der Erfassung aller wichtigen Daten vor Ort und der anschließenden Ausarbeitung eines Angebotes unterstützt deshalb ein übersichtlicher Erhebungsbogen den Fachhandwerker. Damit werden keine für die Anlagenplanung wichtigen Informationen vergessen, was spätere Rückfragen, eventuelle weitere Besuche auf der Baustelle und somit wertvolle Zeit spart. Erhebungsbögen können, z.B. als DIN A4-Block, kostenlos bei einigen Anbietern von Solartechnik angefordert werden.

Bild 6: Im Heizungsraum: 750 Liter Kombispeicher und Öl-Brennwert-Wandgerät.

Fazit

Thermische Solaranlagen sind in der Lage, bis zu 60 Prozent des jährlichen Energiebedarfs zur Trinkwassererwärmung einzusparen und die Heizung wirksam zu unterstützen. Da etwa 30 Prozent der in Deutschland verwendeten Primärenergie für die Bereitstellung von Nutzwärme in Haushalten verbraucht wird, kann die Solarthermie in diesem Bereich erheblich zu einer umweltschonenden Energienutzung beitragen. Sie macht außerdem den Anlagenbetreiber ein Stück weit unabhängig von der preislichen Entwicklung der fossilen Brennstoffe Erdgas und Heizöl.

Bild 7: Erhebungsbogen zur Auslegung einer solarthermischen Anlage.

Trotz dieser unbestreitbaren Vorteile der Solarthermie verfügen erst etwa 4 Prozent der Ein- und Zweifamilienhäuser in Deutschland über eine thermische Solaranlage. Damit bietet dieser Bereich noch ein großes Absatzpotenzial für Solaranlagen. Für die Erschließung dieses Marktes stehen geeignete Anlagenkonzepte sowie nützliche Arbeitshilfen der Hersteller zur Verfügung.

Internetinformationen:
www.viessmann.com

*) Dipl.-Ing. Wolfgang Rogatty, Viessmann Werke GmbH, Allendorf.

B i l d e r : Viessmann Werke, Allendorf

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