Was man über die Kennzahlen eines Sonnenhauses wissen sollte

Vom zugigen Altbau zum perfekten Sonnenhaus und was dahinter steckt

Vor einiger Zeit landete in meinem Mailpostfach die Pressemeldung über das Wohnhaus der Familie Birner, das eine unglaubliche Metamorphose vom zugigen Altbau zum hocheffizienten Sonnenhaus hinlegte. Heute deckt es gut 80 Prozent seines Wärmebedarfs für Heizung und Warmwasser aus Solarthermie. Die Pressemeldung ist dicht mit Daten bepackt, und deshalb habe ich genauer nachgefragt – und zwar bei Helga Meinel, Energieberaterin und Architektin dieses Vorzeigeprojekts in Sachen Solarisierung. Für ihre Aufklärungsarbeit bin ich wirklich dankbar.

Charmanter Altbau aus den Vierzigern wird zum Sonnenhaus

Das Haus wurde 1942 als Teil einer Militärsiedlung gebaut und steht im oberbayerischen Ainring, Berchtesgadener Land – also im tiefen Süden, wo laut Doreen die meisten Sonnenhäuser beheimatet sind. Es hat eine steile Dachneigung und ist nach Südwesten ausgerichtet. Bauherr Dr. Thomas Birner erkannte das enorme Potential des Altbaus für die Solarisierung und ließ es bei der Gelegenheit gleich erweitern. Für den überzeugten Solarfan kam nur ein Sonnenhaus in Frage, denn:

“Die Wunschliste für unser Wohnhauses war lang. Unser primäres Anliegen: wir wollen zukünftig unabhängig von Energielieferanten und damit auch von Rohstoffpreisen sein. Darüber hinaus wünschen wir uns ein durch und durch warmes Haus, das tatsächlich CO2-neutral und somit ökologisch ist und das Ganze mit einer einfachen und wartungsarmen Technik”,

sagt Thomas Birner. Das Wohnhaus mit hohem solaren Deckungsgrad erfüllt diese Wünsche. Nur in Zahlen lässt sich das Ganze offenbar nicht so einfach fassen – beziehungsweise können die auf den ersten Blick (siehe Tabelle unten) doch etwas verwirren.

Charmant, aber energetisch nicht mehr zeitgemäß: Das Wohnaus der Familie Birner vor dem Um- und Anbau

Charmant, aber energetisch nicht mehr zeitgemäß: Das Wohnaus der Familie Birner vor dem Um- und Anbau

 

Verwirrende Zahlenspiele erschweren den Nachweis

Es geht schon los bei den Flächen: Die EnEV berechnet die Energiebezugsfläche “Nutzfläche AN” aus dem beheizten Gebäudevolumen, indem sie es mit 0,32 multipliziert. Je nach Geschosshöhe ist das ein mehr oder weniger fiktiver Wert. Im Fall des Sonnenhauses Birner ist die Energiebezugsfläche 195 m² (alt) bzw. 379 m² (neu)… Reine Rechenwerte, wohlgemerkt. In Wirklichkeit leben die Birners aktuell auf 195 m², was gegenüber den früheren 100 m² fast eine Verdoppelung ist.

Dämmung erreicht KfW-Standards

Weitere Zahlenakrobatik ist auch beim KfW-Standard gefragt. Im Zuge der Solarisierung wurde das Haus gedämmt, um den Energiebedarf zu senken. Die U-Werte der Altbau-Wände sanken dadurch auf 0,18 W/m²*K, sodass dieser Gebäudeteil einem KfW-Effizienzhaus 70 entspricht. Der neue Anbau kommt auf einen KfW-Effizienzhaus 55-Standard. Der Nachweis, erzählt Frau Meinel, war gar nicht so einfach: Denn so eine Altbausolarisierung ist eine individuelle Sache und lässt sich nicht ohne Weiteres in das Berechnungsschema der EnEV pressen. Und dass ein Haus 80 % seines Wärmebedarfs allein mit Solarthermie deckt, können sich selbst manche Sachbearbeiter bei der KfW-Bank offenbar nicht vorstellen.

Dass Photovoltaik und Solarthermie sich ergänzen, gehört zum Konzept des Sonnenhauses.

Dass Photovoltaik und Solarthermie sich ergänzen, gehört zum Konzept des Sonnenhauses.

 

Senkung des Heizwärmebedarfs um 90 %

Wegen des sehr schlichten Energiestandards vor dem Umbau ließ sich der frühere Heizwärmebedarf nur schätzen – auf ca. 80.000 kWh im Jahr, das entspricht einem Heizölverbrauch von rund 8.000 l jährlich! Dank Dämmung und Solarthermie konnte der Heizwärmebedarf auf knapp 7.000 kWh pro Jahr gesenkt werden, das entspricht einer Einsparung von über 90 % für das Objekt – und das bei einer Verdoppelung der Wohnfläche. Das heißt, die Einsparung pro Quadratmeter ist eigentlich noch viel größer – von exorbitant auf nahe Null, könnte man salopp sagen. Der spezifische (auf die Energiebezugsfläche von 379 m² bezogene) Heizwärmebedarf beträgt 18,39 kWh/m²*a. Damit unterschreitet das Haus deutlich die Anforderung des Sonnenhaus-Institutes von maximal 40 kWh/m²*a für den Heizwärmebedarf.

Was bedeuten die 12,6 kWh/m²a Primärenergiebedarf?

Der Primärenergiebedarf umfasst zusätzlich zum “eigentlichen” Energiebedarf auch die Energiemenge, die für die Gewinnung, Aufbereitung und den Transport des Energieträgers erforderlich ist. Bei Öl oder Kohle ist dieser Energieaufwand hoch. Der “Rohstoff” Erneuerbare Energie hingegen wird nicht angesetzt; Holz kommt so auf einen Primärenergiefaktor um die 0,2 und Sonnenenergie auf Null. Dazu kommt die Hilfsenergie wie der Strom für die Haustechnik (Pumpen, Steuerung etc.). Auf diese Weise ist der Primärenergiebedarf des Gesamtsystems aus Solarthermie, Nachheizung und Hilfsenergien mit 12,6 kWh/m²*a geringer als der Heizwärmebedarf von 18,39 /m²*a.

Hoher solarer Deckungsgrad macht’s möglich – wozu dann noch der große Holzofen?

Erreicht wird dies durch einen solaren Deckungsgrad von 78 %. D.h. über’s Jahr gesehen werden 78 % des Heizwärmebedarfs jetzt durch Solarthermie bereitgestellt (52 m² Flachkollektoren). Den restlichen Bedarf deckt ein Holzvergaserofen, der mit einer Nennleistung von 40 kW eigentlich überdimensioniert ist (er würde wahrscheinlich ausreichen, um das gesamte Haus ganzjährig und ausschließlich zu beheizen), aber der Bauherr hat ihn so groß gewählt, um größere Holzstücke in die Brennkammer laden zu können. Die Nachheizung braucht 3 – 4 Ster (Festmeter) Stückholz pro Jahr – rechnerisch. Denn in Wirklichkeit, berichtet Frau Meinel, spart die Familie Birner noch konsequenter Energie, als sich das rechnerisch erfassen lässt. Im vergangenen Winter verheizten sie gerade mal 1,5 Ster Holz, also Brennstoff im Wert von um die 150 Euro.

Terrasse, Teich und Treppe laden zum Verweilen ein

Terrasse, Teich und Treppe laden zum Verweilen ein

 

Strom- und Wärmegewinnung ergänzen sich perfekt

Auf dem Dach des Hauses (mittleres Foto) seht ihr die dunkleren Flachkollektoren; die hellen Bauteile außen herum sind eine 5 kWp – Photovoltaikanlage, die den Strombedarf decken hilft; der wurde minimiert, weil die Hausgeräte solarthermisch gewärmtes Wasser nutzen und nur dann laufen, wenn das Stromangebot groß ist. Dass sich Solarthermie und Photovoltaik sinnvoll ergänzen, gehört zum Sonnenhaus-Konzept.

Eine gelungene Solarisierung

Am meisten beeindruckt mich an dem Projekt, dass es eben kein Neubau ist, bei dem man von Anfang alles auf das Heizen mit der Sonne ausrichten konnte. Vielmehr wurde hier ein über 70 Jahre alter Bau aus der Kriegszeit perfekt solarisiert.

Das Sonnenhaus in Zahlen

 sanierter Altbau + AnbauAltbau 1942
Nutzfläche nach EnEV359 m²195 m²
Wohnfläche (zu beheizende Fläche)

195 m²100 m²
Jahresheizwärmebedarf7.000 kWh/a80.000 kWh/a (geschätzt)
Primärenergiebedarf12,6 kWh/m²a
Kollektorfläche52 m² Flachkollektoren
Neigung/AusrichtungNeigung 50°, 30° Südabweichung
Speicher4.000 Liter Schichtspeicher
Solarer Deckungsgrad, berechnet78 %
Heizung40 kW Holzvergaserkessel
Brennstoffbedarf3 - 4 Ster Stückholz pro Jahr
Photovoltaik> 5 kWp
DämmstandardAltbausanierung entspricht KfW-Effizienzhaus 70
Anbau (neu) entspricht KfW-Effizienzhaus 55
Sonstige Anlagentechnikdezentrale Lüftung
GebäudeplanungHelga Meinel, Architektin
Planung und Ausführung AnlagentechnikEbersberger Heiztechnik

Quellen: Sonnenhaus-Institut und Architekturbüro Helga Meinel

Fotos: Dr. Thomas Birner

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6 Kommentare zu “Was man über die Kennzahlen eines Sonnenhauses wissen sollte”

  1. Peter Maier

    Leider fehlen bei den Daten die Investitionskosten, auch ist der bisherige Verbrauch con 8.000 l/a nicht nachvollziehbar bzw. kaum möglich bei dieser Gebäudegröße. Wer hat den Holzvergaser mit 40 kW Leistung dimensioniert oder war der schon drin?
    Bei der Realisierung mit einem Aqua-System mit ca. 20 m² Plasma-Kollektoren und einem 1000 l Expresso-Speicher (System Paradigma) wäre diese Anlage mit Sicherheit deutlich kostengünstiger gewesen.

  2. Ulrich

    Was mich an diesem Sonnenhaus-Konzept stutzig macht ist die Frage: Was machen die Bauherren in den Sommermonaten? Der 4.000 Liter-Speicher ist dann bei einer solchen Kollektorfläche ruckzug voll und schwitzt vor sich hin, zumal das Gebäude auch noch zusätzlich gedämmt ist. Die Solaranlage kann keine weitere Wärme mehr vom Dach abführen mit der Konsequenz, dass die Anlage in Stagnation geht, und das vermutlich über Monate hinweg. Da es sich hier um Flachkollektoren mit Glykol anstelle reinen Wassers handelt wäre es interessant ob die Solaranlage in zwei Jahren noch ihren Dienst verrichtet, ich habe da so meine Zweifel wenn das Gemischt infolge der häufigen Wechsel des Aggregatszustands erst mal anfängt zu cracken 😉

    Eventuell wird versucht in den Sommernächten durch Anwerfen der Pumpe wieder Wärme über die schlecht isolierten Flachkollektoren nach “oben” abzuführen?
    Wäre interessant diese Frage zu sommerlichen Überschüssen noch aufzugreifen!

    1. Sabine E. Rädisch

      Hallo Ulrich, interessante Frage(n)! Zur von dir beschriebenen thermischen Stagnation werden wir auch noch einen Artikel bringen (mindestens einen :-)) und dazu Meinungen von Solarexperten einholen – vor allem wäre es interessant, was die Verfechter des Flachkollektors dazu sagen. Wie ich hier gelesen habe, wird auch mit so genannten Wärmerohren für Flachkollektoren experimentiert, die die Stagnationstemperatur auf 140 Grad begrenzen sollen. Ob das des Rätsels Lösung ist, sei dahingestellt. Auch der Neigungswinkel der Kollektoren spielt eine Rolle: Er wird so optimiert, dass er das Maximum aus der Wintersonne herausholt (laut Sonnenhaus-Institut), d.h. eher steil (45 – 75 Grad Neigung) und im Sommer eher “ineffizient” ist (auch dazu planen wir noch einen Artikel). Wenn der Solarspeicher konsequent gedämmt ist, sollte er nicht so viel Wärme an das Haus abgeben. Ansonsten gibt es, wie du schreibst, die Möglichkeit der “Abkühlung” über die Kollektoren. Das Überhitzungsproblem ist beim Sonnenhaus nicht so groß wie bei einem Passivhaus, das ja extrem gedämmt ist, um den Heizwärmebedarf herunterzudrücken. All die genannten Probleme lassen sich freilich mit Vakuumröhrenkollektoren besser meistern – mit allen Vorteilen für reines Wasser als Wärmeträger.

  3. Sebastian L

    Unter http://www.sonnenhaus-institut.de wird das Konzept des Sonnenhauses gut und allgemein verständlich dargestellt. Dazu auch ein Hinweis zu der konventionellen Nachheizung über einen Holzofen mit Wärmetauscher. Die Leistung für einen solchen Ofen liegt in der Größenordnung 5x Heizlast des Gebäudes (je nach Ofenhersteller). Mit der hohen Leistung kann das Speichervolumen in einem vernünftigen Maß aufgeheizt werden, ohne dass der Ofen im Bedarfsfall zu lange beheizt werden muss, d.h. ein Plus an Komfort. Ist die Leistung zu gering liegen die Laufzeiten im Winter ohne Sonne dann schnell bei 15 oder mehr Stunden! Natürlich ist darauf zu achten, dass das Speichervolumen und die Anschlüsse so gewählt werden, dass der Speicher die Energie aufnehmen kann. Bei dem Vorgestellten Konzept (solarer Deckungsgrad ca. 75 %) handelt es sich um ein eher untypisches Verhältnis von Bruttokollektorfläche zu Speichervolumen. In der Regel liegt dieses bei 150 bis 200 l je installiertem Quadratmeter Kollektorfläche (Flachkollektoren). Soll ein noch höherer solarer Deckungsgrad erreicht werden, steigt das Verhältnis noch einmal deutlich an. Ein interessantes Sonnenhausprojekt entsteht im Moment in Burgdorf, Schweiz. Dort werden zwei Mehrfamilienhäuser mit jeweils acht Wohneinheiten gebaut, beheizt nur mit der Sonne zu 100 %! Der Beweis dass dies geht, wurde bereits mit dem bestehenden Mehrfamilienhaus gleicher Größe gezeigt. Einzig die Anlagendimension wurde in Hinsicht der Wirtschaftlichkeit noch einmal optimiert (www.jenni.ch).

    P.S.: Die Wahl zwischen Flach- oder Röhrenkollektoren sollte man nicht kategorisch betrachten – je Projekt müssen Vor- und Nachteile der zwei Kollektortypen abgewogen werden (Temperaturniveau, Hagel, Wärmeträgermedium, Fassade, Flachdach etc.)

  4. Sabine E. Rädisch

    Vielen Dank für diesen Expertenbeitrag, Sebastian. Das ist ja interessant, nach Ihrer “Faustformel” müsste das Speichervolumen ja doppelt so groß sein, um den angegebenen solaren Deckungsgrad zu erreichen. Trotzdem wurden die Erwartungen der Bauherren erfüllt, wie mir die Architektin versicherte. Die Projekte mit 100 % solarer Deckung brauchen freilich noch ganz andere Speicherdimensionen… da lohnt es sich schon, über effizientere Kollektoren nachzudenken. Ansonsten haben sicher beide Kollektortypen ihre Daseinsberechtigung.

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