Archiv der Kategorie: Solarenergie

Wärmepumpe im Altbau?

„Ein schlecht gedämmter Altbau, eine Öl- oder Gasheizung, alte Heizkörper, eine hohe Vorlauftemperatur des Heizwassers. Die Heizung muss ausgetauscht werden. Kann hier eine Wärmepumpe angeraten werden?“

Eine Frage, die uns auch zum Thema „Wandflächenheizung“ führt, aber fangen wir vorne an: Pauschal ist die Frage eher ungenügend zu beantworten, wie meistens bei Altbauten. Sicher wäre es am besten zuerst alle möglichen Dämmaßnahmen auszuschöpfen. Gehen wir hier aber davon aus, dass es gute Gründe gibt dies nicht zu tun. Denkmalschutz der Fassade könnte ein solcher Grund beispielsweise sein.

Eine Wärmepumpe benötigt eine möglichst geringe Vorlauftemperatur des Heizkreislaufs, um optimal zu funktionieren. Inzwischen gibt es zwar effizientere Wärmepumpen, die auch bei höheren Vorlauftemperaturen eingestzt werden können, dennoch bleibt es grundsätzlich beim gesagten. Auch bietet sich das Einbinden einer thermischen Solaranlage dann an.

Wandheizung aus VPEC-Rohr über Schilfrohrputzträger vor dem Verputzen mit Lehmunterputz neben Lehmtrockenbauplatten

Wie können niedrige Vorlauftemperaturen im Altbau erreicht werden? Ja richtig, durch Wärmedämmung. Das hatten wir jedoch bereits ausgeschlossen. Es bleibt die Möglichkeit, die Heizflächen zu vergrößern, also anstatt von verhältensmäßig kleinen, warmen Heizkörpern möglichst große Heizflächen einzusetzen. Gleichzeitig wird der Strahlungswärmeanteil durch diese Art der Heizflächen erhöht. Konvektion wird reduziert, weniger Staub wird im Raum verwirbelt.

Strahlungswärme wird vom Körper deutlich besser aufgenommen als warme Luft. Es ist behaglicher, einen Raum mit relativ kühler Lufttemperatur bei gleichzeitig hohem Anteil an Wärmestrahlung zu beheizen, als umgekehrt. Letztlich geht es darum zu verhindern, dass die Körper der Nutzer eines Raumes die Wände, Boden, Decke und Möbel anstrahlen, sondern einen ausgeglichenen Strahlungshaushalt zu erreichen. Das „Kalte-Füße-Syndrom“ im Erdgeschoss eines Jahrhundertwendehauses beschreibt, wie es nicht sein soll, oder auch das „Kalter-Hintern-Syndrom“, wenn sich auf einen Ledersessel niedergelassen wird.

Große Heizflächen lassen sich mittels Fußboden-, Wand- und Deckenheizflächen erreichen. Die Fußbodenheizung kennt ja im Prinzip jeder: Im Estrich des Bodens befinden sich Heizwasser führende Rohre. An Wänden und Decken gilt analog das gleiche, nur umschließt hier, an Stelle des Estrichs, Wand- bzw. Deckenputz die Rohre.

Wieder VPEC-Rohr, hier vor gestapelten Lehmsteinen (sommerlicher Wärmeschutz)

Die Rohre bestehen entweder aus VPEC (einlagige Kunststoff „Schläuche“), aus Verbundmaterial (Kunstoff-Metall-Kunststoff) oder aus Kupfer. Letzteres wird eher selten verwendet.

Als Putz kommen gut wärmeübertragende Mörtel zum Einsatz, die gleichzeitig die Wärmespannungen der warmen und kalten Phasen der Heizung gut verkraften können. Das sind Lehm- und Kalkputze (ohne Zementzusätze!). Solange keine besonderen, weiteren Anforderungen an den Putz gestellt werden, wie zum Beispiel in Spritzwasserbereichen von Duschen, sind Lehmputze die richtige Wahl und nicht zu schlagen.

Hier wurde die Wandflächenheizung absichtlich von der übrigen Putzfläche abgesetzt

Aus gesundheitlicher Sicht wird zuerst die Wandheizung bevorzugt, weil hierbei die angestrahlte Fläche eines aufrechten Körpers größer ist als die der Fußsohlen, wenn die Wärme von unten kommt. Auch ist die Wärmeschichtung der Luft geringer (oben wärmer als unten), als sie bei einer Fußbodenheizung auftritt. Wie sollen denn jetzt Bilder aufgehängt werden und wo dürfen denn noch Schränke oder Bücherregale stehen? Mit ein paar einfachen Tricks und ein wenig Vorausschau ist auch das kein Problem.

Die Deckenheizung ist ins Spiel gekommen, seitdem man Wärmepumpen auch zum Kühlen einsetzt. In unseren Breiten halte ich es allerdings für einen Mangel der Architektur und der Wahl der Baukonstuktion, wenn Gebäude technisch gekühlt werden müssen. Ah, die Sommer werden immer Wärmer als Folge des Klimawandels. Da ist Kühlen doch angebracht. Soso, Raumkühlung als eine Folge des Klimawandels, der durch Energieverbrauch erzeugt wird, soll also mit weiterem Energieverbrauch kompensiert werden? Echt jetzt? Das ließe sich mit intelligenter Architektur (auch in der Altbausanierung), mit den richtigen Dämmstoffen und – nicht zu letzt – mit Haus- und Stadtbegrünung erreichen.

Also, um die Vorlauftemperatur der Heizung niedrig auslegen zu können, werden die Heizflächen vergrößert, durch Wand-, Fußboden- oder Deckenheizung beziehungsweise auch einer Kombination davon. Sollte das nicht ausreichen, kann mit einer, gegebenenfalls raumweisen, Innendämmung nachgeholfen werden.

Es lohnt sich unbedingt dieses Thema sorgfälltig zu durchdenken und die dadurch erreichbaren Fördergelder mit einzukalkulieren. Alles andere wäre kurzsichtig.

Altbau vs. Passivhaus

„Kann ich meinen Altbau so sanieren, dass er hinterher ein Passivhaus ist?“

Warum nicht? Wie immer kommt es auf das Haus an, aber das wissen wir ja. Richtig ist, das es falsch ist, zu behaupten, es sei grundsätzlich unmöglich. Hier ein schon einige Jahre altes Beispiel: ein Dreifamilienhaus, dessen Dach ausgebaut wurde, komplett neue Haustechnik mit thermischen Solaranteil, recht dicker Außendämmung und Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung erhalten hat – kurz, das volle Programm.

Mit Hilfe von Fördergeldern blieb die Fianzierung im Rahmen. Heute sind die Förderbedingungen deutlich besser als damals. Es lohnt sich sich hier gründlich zu informieren. Eine vernetzte, interdisziplinäre Planung ist bei solchen Vorhaben nötig. Es reicht sicher nicht aus, sich nur Handwerkerangebote einzuholen und einen Energiebrater für die Berechnungen für die Förderanträge zu beauftragen. Ein wenig mehr Enthusiasmus und Ergeiz ist von allen Beteiligten schon nötig. Warum sollte sich das nicht lohnen?

Wir können an dem Beipiel aber auch die Grenzen der Außendämmung sehen. Sie ist zwar gut gemacht, hat sich an das Original gehalten. Dennoch sind die Fensterleibungen nun schon recht tief. Bei einer anderen Architektur könnte man vertreten, die Leibungen etwas abzuschrägen. Hier wäre das zu fremd. Irgend einen Kompromiss muss man immer machen.

Was heißt das jetzt? Wieder einmal: Pauschalurteile sind wenig hilfreich. Ebenso, einfach irgend etwas machen ohne die Zusammenhänge zu betrachten. Man kann es nicht oft genug sagen. Allein die Perspektiven der Fördermöglichkeiten von kfw-Bank und bafa sind Motivation genug.

Solarwärme – Speicherwahl

Bleiben wir bei dem sommerlichen Wetter noch einmal bei dem Thema Solar-Wärme. Wenn eine Solaranlage „sich rechnen“ soll, muss sie lange zuverlässig arbeiten. Damit sie das kann,  wird sie regelmäßig gewartet. Entscheidend sind aber auch, die richtigen, langlebigen und reparaturfreundlichen Komponenten – reden wir über den Brauchwasserspeicher.

Dieser Speicher (eines nahmhaften Herstellers) hat entscheidende Fehler, die nun dazu führten, dass er deutlich zu früh ausgetauscht werden muss.

Der Anschluss des Frischwasserzulaufs wurde undicht. Nach dem Entleeren des Speichers und dem Demontieren des Anschlusses kamen zwei Dinge zu Tage:

– Der am Speicher angeschweißte Anschluss des innen emailierten Tanks ist zur Hälfte weggerostet. Das abgelassene Frischwasser im Speicher sieht dem entsprechend aus.

– Die wärmedämmende Ummantelung des Metalltanks kann nicht demontiert werden ohne dabei zerstört zu werden. Folglich kann das Anschlussrohrstück am Speicher kann nicht gegen ein neuwertiges ausgetauscht werden. Die Reparatur kann nur provisorisch erfolgen.

Was bedeutet das nun in Bezug zum oben genannten Thema „Rechnet sich Solar-Wärme?“ ?

Die Amortisationszeit der Solaranlage zur Brauchwassererwärmung beträgt in diesem Fall 13 Jahre. Pünktlich im 13. Jahr ging einer der Solarkollektoren kaputt und konnte nicht repariert werden, weil es keine Möglichkeit gab ihn zu öffnen ohne ihn zu zerstören.Man hätte sonst den Absorger löten können. Und nun folgt der Speicher mit einem analogen Problem. Unterm Strich hat die klimafreundliche Nutzung der Sonnenergie zwar nichts gekostet, aber in dem Moment, in dem sie beginnt Geld zu verdienen, muss erneut Geld ausgegeben werden.

Das hätte vermieden werden können: Beim Kauf der Solaranlage hätte der Kunde über die unterschiedlichen Qualitäten der verschiedenen Speicherarten informiert werden sollen. Ein Edelstahlspeicher mit Edelstahlanschlüssen wäre zwar teurer in der Anschaffung gewesen, aber auch nicht durchgerostet. Ein reparaturfreundliches Gerät wäre eine weitere Option gewesen.

Und, hat sie die Solaranlage nun „gerechnet“? Ja, es war eine gute Entscheidung für die Solaranlage, denn sie war in der Lage ihre Kosten durch ihre Erträge wieder einzubringen. Eine Heizung dagegen erwirtschaftet keine Erträge. Sie benötigt laufend Geld für die Ressourcen, mit denen sie die gleiche Wärme produziert.

Am Ende ist es ein wirklich gutes Gefühl, mit Sonnen-Wärme zu duschen.

 

Thermische Solarenergienutzung

„Wie und wo wird Sonnenenergie für den Wärmebedarf im Haus nutzbar gemacht?“

Beginnen wir (wieder einmal) ganz vorne. Es wird unterschieden zwischen der „passiven“ und der „aktiven“ Solarenergienutzung. Die „passive“ ist ein architektonisches Thema. Hier wird das Gebäude so entworfen, dass es in den kühlen bis kalten Monaten angemessen viel Sonne einfängt, um den Einsatz einer Heizung so weit wie möglich unnötig zu machen. Im Sommer soll das nicht sein, damit auf eine Kühlung verzichtet werden kann.

Solararchitektur müsste im Neubau eigentlich längst Standard sein. Warum das nicht so ist, weiß ich wohl, kann ich aber nicht nachvollziehen. Im Altbau ist das eher etwas schwieriger, dennoch lohnt es sich auch hier, einen versierten Solararchitekten anzusprechen. Ok, jetzt haben wir ein Problem. Geben Sie Ihrem Architekten / Energieplaner das folgende Buch aus den 1960er Jahren, aktualisiert 2015, zu lesen. Da steht alles drin. Völlig richtig heißt der Titel nicht „Energiesparendes Bauen“, sondern „Klimagerechtes Bauen“.

 

Zurück zur Frage. „Aktive“ Solarenergienutzung ist prinzipiell an nahezu jedem Haus möglich. Hier ist gemeint, dass Sonnenwärme mittels eines wasser- oder luftführenden Kollektorsystems geerntet und nutzbar gemacht wird. Das kann sowohl für die Brauchwassererwärmung als auch für die Raumheizung sinnvoll sein. Schauen wir uns ein beispielhaftes Schema an. Hieraus lassen sich diverse, individuelle Varianten ableiten, bis hin zum Nullenergie-Haus (in Kombination mit der o.g. passiven Nutzung der Sonne.) Solare Brauchwassererwärmung hat regelmäßig einen Jahresdeckungsgrad von 75 %.

Wie funktioniert das? Solarwärme wird in Sonnenkollektoren (S) gewonnen und in einem Pufferspeicher (P) gespeichert. Von dort wird die Wärme zur Raumheizung in die (Flächen-)Heizkörper (H) geleitet. Über eine, mit dem Pufferspeicher verbundene, Frischwasserstation (F) wird Brauchwasser für Bad und Küche hygienisch erwärmt. Fehlende Wärme wird durch eine Zusatzheizung (Z) dem Pufferspeicher zugeführt. Das zentrale Element der thermischen Nutzung von Sonnenenergie ist der Pufferspeicher.

Es gibt noch viel zum Thema zu sagen. Für heute soll das Prinzip der thermischen Solarenergienutzung ausreichend beschrieben sein.

Hier noch zwei verwandte Fragen und Antworten:
Was ist ein Sonnenkollektor?
Wie ist ein Sonnenkollektor aufgebaut?

 

Wie ist ein Sonnenkollektor aufgebaut?

„Im vorigen Beitrag wurde erklärt was ein Sonnenkollektor oder ein PV-Modul ist. Ist ein Sonnenkollektor nicht aufwendige, anfällige Hightech?“

Hightech ist eher die Herstellung, die Kollektoren selber nicht – was ich angenehm finde. Es gibt sehr effiziente Vakuumröhren-Kollektoren. Das sind Glasröhren in denen ein Vakuum herrscht zur Wärmeisolierung und den Absorber umschließt. Gleichzeitig gibt es gute Selbstbausysteme, deren Wirtschaftlichkeit keinen Vergleich zu scheuen braucht. Wir nehmen jetzt einen 15 Jahre alten industriellen Flachkollektor auseinander und schauen uns das Bild für Bild an:

  • Der Kollektor, wie wir ihn vom Dach geholt haben.
  • Das spezielle Solarglas ist entfernt und der Absorber wird sichtbar.
  • Er besteht aus je einem Verteiler- und einem Sammelrohr aus Kupfer,
  • dazwischen befinden sich die Absorber, also Kupferrohr mit Absorberblechen.

  • Unter dem Absorber ist eine temperaturbeständige, nicht brennbare Wärmedämmung plaziert.
  • Das Ganze wird in ein Gehäuse, hier eine Wanne aus ABS-Kunststoff, montiert.
  • Das Solarglas ist hagelfestes Sicherheitsglas.
  • In diesem Fall war das Glas mit dem Kunststoffgehäuse und einer Befestigungsschiene unlösbar verklebt. (Ich meine, es gäbe schlauere Bauweisen, bei denen das Glas keine tragende Aufgabe hat, so dass es demontierbar ist. Dadurch wäre es möglich den Kollektor (Absorber) zu reparieren.

Fazit: Ein Flachkollektor ist einfache Lowtech. Auch wenn wir diesen auseinander gebaut haben, hält so Sonnenkollektor in der Regel länger als 15 Jahre.

Es gibt im Ökobuch-Verlag ein klasse Buch, das sehr fundiert beschreibt, wie man eine Solaranlage zur Wärmegewinnung aufbaut. Es hilft auch industriell hergestellte Systeme zu beurteilen. Interessant sind die Hinweise zu Dachintegration. Meist sehen die aufgesetzten Sonnenkollektoren und Photovoltaik-Module architektonisch doch recht bedenklich aus. Das ging besser.

 

 

Was ist ein Sonnenkollektor?

„Sonnenkollektor, Solarzelle, PV-Modul. Ist das das gleiche? Oder wo sind die Unterschiede?“

Lassen wir uns vorne beginnen. Sonnenenergie kann am Gebäude auf zwei Arten genutzt werden:

  • Zu einen „passiv„, das bedeutet, die Bauform, die Ausrichtung zur Sonne, die Größe und Lage der Fenster, die Zonierung der Grundrisse sind so gestaltet, dass in den Heizmonaten möglichst viel Sonnenwärme in das Haus eindringen kann und dort gehalten wird. Während „Passivhäuser“ besonders gut gedämmte Gebäude sind, die nur minimalen Heizbedarf haben, sind „Solarhäuser“ ebenfalls gut gedämmt, fangen aber gleichzeitigt möglichst viel Sonnenwärme ein. Natürlich muss man im Sommer für eine angemessene Verschattung sorgen. Diese kostengünstigen Chancen passiv Energie einzusparen werden regelmäßig vertan.
  • Zum andern „aktiv„, also mittels technischer Geräte. So kann Sonnenenergie zur Wärmegewinnung und zur Stromerzeugung genutzt werden.
  • Kombinationen von beiden wären das Ideal.

Zur Stromerzeugung werden Solarzellen, bzw. Photovoltaik-Module oder PV-Module eingesetzt. Hier wird Licht direkt in elektrischen Strom umgewandelt. Das ist heute recht weit verbreitet – naja, die meisten Häuser haben noch immer keine Solarzellen.

Die Wärmeerzeugung erfolgt in Sonnenkollektoren. Hier wird die Strahlungswärme der Sonne zur Erwärmung von Wasser (Wasser-Frostschutz-Gemsich) oder Luft genutzt. Diese Wärme wird dann für Brauchwasser, Heizung und Lüftung eingesetzt. Erstaunlicherweise hat sich diese Technik nicht durchgesetzt.

Dabei hat ist eine solare Brauchwassererwärmung in einem üblichen Investitionszeitraum von 10 bis max. 15 Jahren amortisiert. Sie hat bis dahin nicht unbedingt die großen Renditen abgeworfen, aber bitte, was ist das für ein Argument? Eine Heizung, für die kontinuierlich Gas öder gar Öl eingekauft werden muss, produziert konstant Kosten und CO2, ist vom Markt abhängig usw.. Welche Rendite bringt die? Die Solaranlage kostet nicht mehr, ist aber gut für unsere Umwelt – also doch eine Rendite.

Wo ich gerade dabei bin: Warum bei den heute vorgeschriebenen Be- und Entlüftungsanlagen nicht standardmäßig Solar-Luft-Kollektoren integriert werden, ist mir ein Rätsel. Konsequent wäre es dann, bei gut gedämmten Häusern direkt Luftheizungssysteme einzubauen anstatt wasserführender Technik. Sie gibt es seit den 1970er Jahren. Wir haben sie leider nur einmal einbauen dürfen.

Wenn es interssiert, schauen wir uns an wie ein Sonnenkollektor aufgebaut ist.

 

Solaranlage auf einem Jahrhundertwendehaus?

„Kann ich Solarenergie auch bei einem Jahrhundertwendehaus nutzen?“

Grundsätzlich ja. Die Antwort auf diese Frage gilt nicht nur für Jahrhundertwendehäuser, sondern im Prinzip für alle Altbauten, z.B. auch 30er-, 50er-, 60er- bis 70er-Jahre.

Es kommt dabei weniger auf das Alter der Häuser an, als – wie immer bei der Sonnenenergienutzung – auf die Himmelsrichtungen der Kollektorflächen, auf mögliche Verschattungen und den nötigen Platzbedarf für die Anlagenkomponenten an. In einigen Ortsteilen oder Gebäuden spielt auch der Denkmalschutz eine Rolle.

Während Photovoltaik-Systeme elektrischen Strom produzieren, dienen Sonnenkollektoren der thermischen Nutzung von Solarenenergie. Photovoltaik-Anlagen lassen sich in der Regel recht einfach installieren. Wenden Sie sich an einen Elektriker, Dachdecker oder reinen Solarspezialisten, um Ihr konkretes Projekt zu planen. Das ist längst Routine.

Für Sonnenwärme ist der Aufwand etwas größer, aber dennoch häufiger möglich als weithin angenommen. Schauen wir uns ein Beispiel an:

Es ist ein Jahrhundertwendehaus in einer Reihe von Häusern gleicher Bauzeit. Das Bild aus dem Januar diesen Jahres zeigt die sonnenbeschienene Seite des Blockinnenbereichs. Leider ist es das einzige Haus hier mit einer Solaranlage. Finden Sie es?

(Warum die Garagen im Vordergrund nicht begrünt sind, für eine besseres Kleinklima und damit besseren sommerlichen Wärmeschutz, bessere Regenrückhaltung etc., verstehe ich auch nicht. Es ist so nur häßlich anzusehen.)

Mit dem Ausbau des Dachgeschosses wurde die Form der Dachgaube so gewählt, dass innen der gewünschte Raum entstand und auf der Gaube die nötige Fläche für die Solaranlage, in diesem Fall drei Warmwasserkollektoren. Gleichzeitig wurde im Dachgeschoss Platz für die Heizung und den Wärmespeicher eingeplant. Da die Heizung erneuert werden musste und auch die Schornsteine nicht mehr zeitgemäß waren, erschien dies nahe liegend.

 

Die Solaranlage dient nun seit mehr als 15 Jahren der Warmwasserbereitung für einen vierköpfigen Haushalt. Da die Familie sparsam ist und in der Regel eine Jahreshälfte lang nicht nur die Raumheizung abschaltet, sondern auch die Zusatzheizung für die Warmwasserbereitung, erreicht der solare Deckungbeitrag bis zu 75 % der Jahresbilanz. Das bedeutet allerdings, dass auch im Sommer nicht immer alle Familienmitglieder jeden Tag duschen. Manchmal muss man sich absprechen. Wenn die Warmwasserbereitung nicht vollständig ausgeschaltet würde, wäre die solare Deckung hier etwa bei 60 – 65 %. Die genauen Deckungsbeiträge müssen für jeden Anwendungsfall individuell berechnet werden. Das Nutzerverhalten spielt in der anschließenden Realität immer eine große Rolle.

Die Solaranlage hier besteht aus drei Sonnenkollektoren, einem Warmwasserspeicher von 300 l, der Solarstation (Pumpe und Regelung) und dem Anschluss an die Heizung. Wenn die Kollektorfläche größer gewählt werden kann, wird auch der Wärmespeicher größer dimensioniert.

Bei einer Speichergröße von 400 bis 600 l ist dann auch eine Anbindung an die Raumheizung möglich. Das hängt natürlich auch vom Gesamtsystem der Raumheizung ab. Je niedriger die Vorlauftemperaturen der Heizung, desto günstiger wird die Solarunterstützung. In unseren Fall wären 600 l = rd. 600 kg/m² Gewicht für die Deckenkonstruktion zu schwer.

Anfang der 1990er Jahre habe ich solche Anlagen in Keller von Jahrhundertwendehäusern gebaut mit recht großen Heizkörpern. Später wurden es dann Wandflächenheiungen – eleganter und effektiver. Vielleicht finde ich noch Dias von damals.

 

Photovoltaik-Anlage ohne Stromanschluss

„Ich habe eine Wiese im Außenbereich mit einem Geräteschuppen. Einen Stromanschluss gibt es nicht. Dennoch möchte ich hier eine Solaranlage zur Stromerzeugung installieren. Wie geht das?“

Für Photovoltaik-Anlagen, die ohne Stromanschluss funktionieren sollen, gibt es sogenannte Inselanlagen. Sie werden in der Regel für Garten- oder Ferienhäuser genutzt oder für Wohnmobile, Schiffe etc.. Alle diese PV-Inselanlagen haben einen Stromspeicher, also einen Akku/Batterie. Hersteller gibt es viele und lassen sich einfach im Internet finden.

Wenn es sich aber bei dem Geräteschuppen nur um einen Abstellplatz handelt, an dem kein Strom verbraucht wird, gibt es ein Problem: Wofür soll der der produzierte Strom genutzt werden? Auch gespeicherter Strom will verbraucht werden. Man könnte sich also zwei Batterie-Sätze anschaffen und diese regelmäßig wechseln. Ob das vernünftig ist?

Fazit: Ob eine PV-Inselanlage richtig ist oder nicht, hängt von einer Reihe Bedingungen ab. Standartanwendungen sind oben genannt. Wenn es aber keinen Stromverbraucher gibt, macht eine Photovoltaik-Anlage in meinen Augen nicht wirklich Sinn.

Solarkraftwerke auf Wiesen oder Brachflächen haben einen Stromanschluss und speisen ihren produzierten Strom, analog zu Windrädern, ins Netz. Das wäre dann ein ganz anderes Thema.