Das solarthermische Upgrade für Bestandsgebäude lohnt sich!

IKZ Haustechnik – das Magazin für Gebäude- und Energietechnik (Ausgabe 6/22) berichtete über die beiden solarthermischen Sanierungskonzepte für Bestandsgebäude, die wir entwickelt haben, um diese vor dem Hintergrund der dringend nötigen Wärmewende möglichst autark mit Wärme zu versorgen. Dass wir auch beim Heizen Treibhausgasemissionen (THG-Emissionen) effektiv und nachhaltig senken müssen, steht außer Frage. Im Gebäudebestand sehen wir als Hersteller von Sonnenheizungen großes Potential: Mit unseren Solarthermie-Anlagen bieten wir eine Lösung dafür, den Autarkiegrad von Ein- und Zweifamilienhäusern zu erhöhen und THG einzusparen. Doch schaut selbst, was das solarthermische Upgrade bringt!

Warum die Wärmewende ein Must-do ist

Lange Zeit fokussierten sich die Bemühungen um die Energiewende hierzulande vor allem auf die Sektoren Strom und Mobilität. Der Wärmewende wurde längst nicht die Aufmerksamkeit geschenkt, die ihr zusteht – gemessen am Endenergiebedarf von Einfamilienhaushalten, wie die Beispielrechnung zeigt:

Eine durchschnittliche Familie verbraucht in ihrem durchschnittlichen Einfamilienhaus (kein Altbau) mit ihrem durchschnittlichen LIfestyle etwa 40.000 Kilowattstunden (kWh) Energie pro Jahr.

• Davon gehen mit rund 4.000 kWh gerade mal zehn Prozent für Elektrizität (Strom) drauf.
• Die Mobilität schlägt mit etwa 12.000 kWh zu Buche, also weiteren 30 Prozent des Endenergiebedarfs.
• Die meiste Energie (rund 24.000 kWh, also 60 Prozent) wird zum Erzeugen von Wärme fürs Heizen und zur Warmwasserbereitstellung gebraucht.

Wir gehen davon aus, dass unser Rechenbeispiel für etwa 15 Prozent des Gebäudebestands steht.

Weitere 63 Prozent der Bestandsgebäude sind als Altbauten energetisch noch einmal deutlich schlechter gestellt: Bei ihnen nimmt die Wärmeerzeugung etwa zwei Drittel des Endenergiebedarfs ein.

Um sogar bei einem energetisch hoch qualitativen KfW-Haus hat der Wärmebedarf mit 10.000 kWh noch immer einen Anteil von mehr als einem Drittel (38 Prozent).

Wer als Energiewender nur an den Kauf eines E-Mobils oder die Installation einer Solarstrom-Anlage (Photovoltaik-Anlage) denkt und die Wärmeversorgung nicht energetisch optimiert, lässt das größte Sparpotential, sowohl die Emissionen als auch die Energie und daraus resultierende Kosten betreffend, liegen. Schade drum!

Kombinierer sparen mit Solarwärme mehrfach – so geht das solarthermische Upgrade

Sowoh im Neubau als auch im Bstand hat sich Solarthermie als verlässlicher Partner von Wärmeerzeugern bewährt.

Bestandsgebäude profitieren von der Solarthermie-Anlage, denn sie bringt als regenerativer Wärmeerzeuger eine Heizenergie- und Heizkostenersparnis. Die Kombi aus Holzpelletkessel und Solarthermieanlage (Holzwärme plus Solarwärme, tolle Praxisbeispiele findet ihr hier bei uns auf dem Solarthermieblog) gilt dabei als beste Investition fürs Klima. Holz als nachwachsender Rohstoff vebrennt CO₂-neutral, da es dabei nur so viel CO₂ freisetzt, wie die Bäume dem CO₂-Kreislauf während ihres Wachsens entnommen haben.

Bestandsgebäude profitieren  bestmöglich von besonders leicht integrierbare Solarthermie-Systemen. Die Hochleistungs-CPC-Vakuum-Röhrenkollektoren in unserem AquaSolar System verwenden deshalb Wasser pur als Wärmeträger. Das hat den Vorteil, dass beim solaren Upgrade kein separater Solarkreislauf benötigt wird. Der vorhandene Wärmespeicher kann deshalb oft weitergenutzt werden.

So groß sollte die Solarthermie-Anlage sein!

Früher dimensionierte man die Solarthermie-Anlage gemäß

• dem Wärmebedarf des mit Wärme zu versogenden Hauses
• und dem Zusammenspiel mit weiteren Heizungskomponenten.

Das GEG fordert heute für Neubauten eine anteilige Wärmeerzeugung aus erneuerbaren Wärmequellen von 15 Prozent.

Aber: Angesichts der Klimakatastrophe, die uns bevorsteht, sollte diese vergleichsweise kleine Vorgabe kein Maßstab mehr sein. Stattdessen sollten die Solarerträge größtmöglich sein, um ein Maximum an CO₂ einzusparen.

Wobei anzumerken ist, dass dies nicht zwangsläufig mit einer Energieeinsparung verbunden ist. Ein Holzpelletkessel spart zwar viel CO₂ ein, ohne dass die Hausbewohner ihren Endenergiebedarf maßgeblich senken müssen. Doch erst die Solaranlage führt auch zu einer deutlichen Einsparung an Endenergie – die Rede ist hier von bis zu 50 Prozent und mehr! Anders ausgedrückt: Die gleiche Menge CO₂-neutraler Holzpellets langt dann nicht nur für ein Haus, sondern sogar für zwei.

Wir haben zwei Sanierungskonzepte für Bestandsgebäude entwickelt, um über einen möglichst hohen Autarkiegrad bei der Wärmeversorgung besonders hohe CO₂-Einsparungen zu erreichen:

• Im SonnenEnergieHaus deckt die Solarthermie 50 Prozent der jährlich benötigten Heizenergie.
• Im SonnenAktivHaus liegt der Autarkiegrad immerhin noch bei 30 Prozent.

Diese Autarkiegrade resultieren aus dementsprechend dimensionierten Solarthermie-Kollektorflächen.

Soll aus einem Bestandsgebäude mit 24.000 kWh Wärmebedarf ein SonnenEnergieHaus werden, sollte die Kollektorfläche 30 Quadratmeter (m²) betragen – kombiniert mit zwei 800 Liter (l) fassenden Pufferspeichern. Gut zu wissen: Unsere CPC-Vakuum-Röhrenkollektoren liefern auch bei diffusem Licht und an Wintertagen solare Erträge. Nach dem sogenannten Eimer-Prinzip heizt sich das Wasser in den Vakuumröhren auf und wird dann schwallweise in den Pufferspeicher geleitet.

So kommt man

• auf höhere Wärmeerträge
• auf höherem Temperaturniveau
• und das bei geringerem Pumpenstromverbrauch

als im sogenannten Durchlaufprinzip.

Für unsere beiden Sonnenhäuser-Konzepte haben wir den Bestand an Einfamilienhäusern in vier Kategorien unterschieden:

• KfW-Haus,
• Niedrigenergiehaus,
• Bestandshaus
• und Altbau.

Das heißt, acht Standard-Solarsysteme decken nahezu alle Anwendungsfälle für das solarthermische Upgrade.

Ausschlaggebend fürs Dimensionieren der Solaranlage mit dem Ziel: größtmöglicher Solarertrag ist die verfügbare Dachfläche. Im Mittel stehen bei den mehr als 15 Millionen Einfamilienhäusern, die sich mit einer Solaranlage (Solarthermie oder Photovoltaik) energetisch upgraden lassen, nur 22 m² Dachfläche zur Verfügung.

Das bedeutet, dass die Entscheidung, ob das Gebäude zum SonnenEnergieHaus oder SonnenAktivHaus ungegraded wird, nicht nur vom Eigentümerwunsch, sondern ebenso von den baulichen Gegebenheiten abhängigt.

Folgende Faustformel gilt für das solarthermische Upgrade des künftigen Solardachs:

• Auf kleinen Dächern mit weniger als 6 m² verfügbare Installationsfläche ist eine rein solarthermische Warmwasserbereitung sinnvoll.
• Auf Dachflächen zwischen 6 und 20 m² macht eine rein solarthermische Warmwasserbereitung plus Heizungsunterstützung Sinn.
• Ab einer freien Dachfläche von mehr als 20 m² gilt die Kombi aus Solarthermie zur Warmwasserbereitung plus Heizungsunterstützung und Photovoltaik als vorteilhaft. Dazu ist zu wissen, dass sich der eigens erzeugte Solarstrom – im Gegensatz zu erneuerbarer Wärme – ohne größere Verluste transportieren lässt. Das heißt, dass  sich bei der Stromerzeugung Erzeugungs- und Verbrauchsort besser voneinander entkoppeln lassen.

Von Vorteil: Solarwärmeerträge sichtbar und nachvollziehbar machen

Wer die Vorteile solarer Wärmeerzeugung sehen will, muss die Solarerträge sichtbar machen. Die Leistung unserer Solarthermie-Anlagen wird dank der von uns entwickelten Zweistrang-Solarstation STAqua II und dem Solarregler Systa Solar Aqua II transparent dokumentiert.

Und so funktioniert das Ganze: Sensoren messen den im Solarkreis tatsächlich vorhandenen Volumenstrom, die Temperaturen von Solarvorlauf und -rücklauf sowie die Außentemperatur. Weil unsere Anlagen Wasser als Wärmeträger nutzen, lässt sich der Ertrag damit zuverlässig bestimmen. Eine integrierte Diagnosefunktion überwacht kontinuierlich das System. Kommt es zu Störungen, werden diese rasch erkannt und lassen sich behehen. 

Mit gemessenen Solarerträgen wurde belegt, dass sich der in Aussicht gestellte Autarkiegrad in einem  SonnenEnergieHaus praktisch sogar noch übertreffen lässt. Ein KfW-Haus 40+ in Umkirch kam mit 20 m² Kollektorfläche auf eine solare Deckungsrate von 70 Prozent des Jahreswärmebedarfs!

Typisch Winter: Was ist das Problem mit der thermischen Stagnation?

Große Kollektorflächen fordern ihre Besitzer im Sommer heraus: mit Überhitzung. Dazu muss man wissen, dass die sogenannte thermische Stagnation, ein Zustand, bei dem der Pufferspeicher voll ist und keine weitere Wärme puffern kann, ein normaler Zustand ist. Ihr müsst an einigen Sommertagen einfach damit rechnen!

Aber: Für eine top dimensionierte und technisch ausgereifte Solarthermie-Anlage ist das kein Problem! Die CPC-Vakuum-Röhrenkollektoren und zugehörigen Komponenten unseres AquaSolar-Systems kommen mit hohen Systemtemperaturen und überhitztem Dampf sehr gut zurecht – immer wieder. Und noch was: Dank des reinen Wassers, das durch unsere Anlagen strömt, erspart ihr euch das bei herkömmlichen Solaranlagen auftretende Cracken des Wasser-Glykol-Gemischs.

Macht euch klar, dass euch überschüssige Solarwärme im Sommer auch als Ressource für zusätzliche, kreative Anwendungen dienen könnte, zum Beispiel zum Trocknen eines feuchten Kellers. 

Und so funktioniert der Frostschutz im Winter in unseren Anlagen: Mit  Niedertemperaturwärme aus dem kalten Bereich des Puffers schützt sich unser AquaSolar-System selbstständig vor dem Einfrieren. Der Energieaufwand dafür lässt sich auf 1 bis 3 Prozent des Jahresertrags beziffern.

Typisch Sommer: Warmwasser dank der Sonne

Typisch Sommer ist: Heizwärme? Wird nicht gebraucht! Warmwasser dagegen schon. Das ist eine Aufgabe, die Solarthermie seit Jahrzehnten locker meistert. Wissen solltet ihr, dass unser AquaSolar-System sich mit fast jedem bestehenden, konventionellen Warmwasserspeicher upgraden lässt. Ihr braucht demnach keinen speziellen Solarspeicher! Für einen hohen hygienischen Standard macht es Sinn, einen Pufferspeicher mit Frischwasserstation zu nutzen.

Hohe solarthermische Deckungsraten? Machbar!

Solarthermie ist längst nicht mehr nur eine reine Ergänzung (Status: zweiter Wärmeerzeuger) für ein Heizungssystem. Unterstützt von einem konventionellen Wärmeerzeuger, beispielsweise einem Pelletskessel oder einer Umweltheizung (Wärmepumpe), avanciert die Solarthermie-Anlage mehr und mehr zu einem sehr effektiven und effizienten Heizsystem.

Solare Deckungsraten von 70 Prozent und mehr sind keine Zukunftsmusik, sondern machbar, vorausgesetzt, das Gebäudekonzept stimmt. Das heißt: Es muss nur noch ein kleiner Teil der Wärme aus anderen Quellen kommen.

Doch noch viel bedeutsamer als solche Spitzenwerte ist, dass der Gebäudebestand solarthermisch aktiviert wird. Mit dem Wechsel von fossiler  Heizwärme auf solare senkt ihr den Ausstoß von CO₂ ebenso wie den Brennstoffverbrauch.

Deckt ihr euren Restbedarf an Wärme dann noch mit regenerativen Holzpellets, ist der Schlag gegen den Klimawandel gleich doppelt stark – Schwäche können wir uns hier nicht leisten.

Foto (Titel) und Grafiken: Paradigma/Ritter Energie