Mehrfamilien-SonneThermische Solar-Großanlagen bringen Ökonomie und Ökologie in Einklang und bieten attraktive Amortisationszeiten

Und das Potenzial ist gewaltig. In Deutschland stehen rund 3 Mio. Mehrfamilienhäuser, von denen ca. zwei Drittel mehr als sechs Wohneinheiten haben. Dennoch sind Baugenossenschaften, private und kommunale Wohnungsgesellschaften, Betreibergesellschaften oder Eigentümer hinsichtlich solarthermischer Warmwasser- und Heizungsunterstützung bisher zurückhaltend.
Die Planung einer thermischen Solaranlage für größere Mehrfamilienhäuser erfordert nicht nur aufgrund der hydraulischen Auslegung Sorgfalt, sie ist stets individuell für die jeweilige Bedarfssituation zu erstellen. Die Bestimmung des Warmwasserbedarfs hängt von mehreren Variablen ab: In erster Linie von der wechselnden Bewohnerzahl und der zeitgleichen Nutzung von Duschen und Bädern. Deshalb muss mit gro­ßen Toleranzen kalkuliert werden, denn auch zu Spitzenzeiten erwarten die Nutzer eine konstante Warmwassertemperatur.
Bei Anlagen, die solare Wärme auch zur Heizungsunterstützung einsetzen, ist ein weiterer Gesichtspunkt zu beachten: Die dafür erforderlichen zusätzlichen Kollektoren können in den Sommermonaten so viel Wärmeenergie liefern, dass es zu einem Stillstand der Anlage kommen kann, wenn die Wärme nicht kurzfristig benötigt wird. Eine entsprechende Auslegung aber verhindert dies.
Wer auf eine solarthermische Großanlage setzt, wünscht eine kurze Amortisationszeit, also die Balance zwischen Solarertrag, Deckungsgrad, Energieeinsparung und Investition. Darüber hinaus müssen bei Neubauten die Anforderungen des Erneuerbaren Energien Wärmegesetzes (EEWärmeG) sowie für die Bundesländer jeweils unterschiedliche Regelungen zum Einsatz Erneuerbarer Energien im Bestand berücksichtigt werden.
EDV-gestützte Simulationsrechnungen schaffen Transparenz und sind eine gute Argumentationshilfe. Sie veranschaulichen beispielsweise, dass Energieeinsparungen bis zu 40% auch im Mehrfamilienhaus-Bereich möglich sind.

Individuelle Planung
Die folgenden Punkte sollten bei der Planung einer solarthermischen Großanlage beachtet werden:
• Art der Wärmeversorgung (zentral/dezentral),
• Höhe des Warmwasserverbrauchs,
• Größe der beheizten Fläche und Höhe der Heizlast,
• benötigte Systemtemperaturen,
• Zahl der Heizkreise,
• Modernisierung des Wärmeerzeugers inbegriffen oder reine Nachrüstung der Solaranlage,
• Größe der Dachfläche,
• Art des Dachs (Flachdach/Satteldach),
• Dachausrichtung und Azimut-Winkel,
• Art der Befestigung (Indach/Aufdach).

Zahl der Wohnungen nach Mehrfamilienhaus-Größenklassen (WE = Wohneinheiten). 58 % der Mehrfamilienhäuser haben mehr als sechs Wohneinheiten.

Die Anlage lässt sich erst dimensionieren, wenn alle Daten vorliegen. Als Faustregel gilt: 1 bis 3 m2 Brutto-Kollektorfläche pro Wohneinheit. Je größer das Objekt, desto kleiner kann die Kollektorfläche ausfallen. Das Pufferspeichervolumen muss mindes­tens 40 l je m2 Kollektorfläche betragen. Dabei ist unbedingt darauf zu achten, dass die Anlage mit der Dimensionierung ihrer Einzelkomponenten (Kollektoren, Pufferspeicher, etc.) so ausgelegt wird, dass die öffentlichen Förderkriterien eingehalten werden. Denn für den Einbau thermischer Solaranlagen kann es KfW-Mittel oder Investitionskostenzuschüsse von Bund, Ländern oder Gemeinden geben.

Anforderungen an die Solarthermieanlage
Außer den unterschiedlichen technischen Voraussetzungen gibt es bei den Kundengruppen des Solarthermiemarktes auch divergierende Investitionsgründe. Während Nutzer und Investor im Einfamilienhaus in den überwiegenden Fällen identisch sind, hat der Heizungsfachbetrieb beim Mehrfamilienhaus Wohnbaugenossenschaften, Baugesellschaften, Eigentümergemeinschaften oder auch gewerbliche Betreiber als Auftraggeber. Dieser Zielgruppe kommt es insbesondere auf die Rentabilität einer Investition an. So stellen langfristig niedrigere Energiekosten oder Umweltschutz eher sekundäre Investitionsgründe dar. Auch dem Argument „Warum soll ich Geld ausgeben, damit mein Mieter spart?“ gilt es noch häufig zu begegnen.
Angesichts der langfristigen Energiepreisentwicklung fällt der Anteil der Betriebs- oder Nebenkosten an der Miete zunehmend ins Gewicht. Reduzieren sich diese Kosten, kommt das direkt dem Mieter zugute. Davon profitiert jedoch auch der Vermieter: Die über die Solaranlage erzielten niedrigeren und stabilen Heizkosten stellen ein wichtiges Vorteilsargument für potenzielle Mieter dar und vermeiden somit Leerstände. Außerdem kann der Vermieter mit der Modernisierungsumlage die entstehenden Kosten in der Regel komplett refinanzieren. Der Vermieter profitiert jedoch nicht nur von der wachsenden Nachfrage nach modernem, energetisch saniertem Wohnraum. Durch eine moderate Anhebung der Kaltmiete kann er die Amortisationszeit der neuen Solaranlage verkürzen. Bleibt das Niveau der Warmmiete stabil, liegt so eine klassische Win-Win Situation vor. Ganz nebenbei erhöht der Vermieter den Wert seiner Immobilie durch die moderne Technik.

Alle hydraulischen Komponenten der einzelnen Module, beispielsweise Pumpen, Wärmetauscher, Manometer oder Stellglieder, sind komplett auf einer Grundplatte vormontiert.

Vormontierte Solarenergie-Zentrale
Buderus empfiehlt für größere Objekte die Solarenergie-Zentrale. Sie besteht aus vormontierten Komponenten, die getrennt betriebene Wärmeerzeuger – in der Regel ein Öl- oder Gas-Heizkessel und eine Solaranlage – hydraulisch und regeltechnisch zu einem Anlagensystem verbindet. So muss das Rad nicht immer wieder neu erfunden werden und der Fachbetrieb kann bei größeren Solaranlagen auf vorgefertigte Komponenten zurückgreifen. Durch ihren modularen Aufbau lassen sich diese Solarsysteme individuell den jeweiligen Bedingungen des Objektes anpassen. So sind auch Großanlagen mit bis zu 200 Wohneinheiten zu realisieren.
Es sind auch Systeme für Mehrfamilienhäuser mit bis zu 30 Wohnungen, Pflegeeinrichtungen, Hotels oder die verarbeitende Industrie erhältlich. In diesem Fall besteht die Lösung aus drei Modulen, einem speziellen Schichten-Pufferspeicher sowie einer Gesamtsystemregelung. Hinzu kommen das Kollektorfeld und der Heizkessel bzw. ein Nah- oder Fernwärmeanschluss für die Primärversorgung. Die Module für die Solarnutzung, die Trinkwasserbereitung sowie den Heizkreis und die Primärversorgung sind vormontiert, wärmegedämmt und verkabelt. Für den Heizungsfachmann bedeutet das eine schnelle Montage und für den Auftraggeber geringere Installationskosten. Zudem ist die Einzelauslegung wegen den auf das jeweilige Projekt abgestimmten Komponenten innerhalb der Module (Pumpen, Regelventile, etc.) nicht nötig. Vor Ort müssen nur noch die hydraulischen Verbindungen zwischen den Komponenten, eine Stromnetzverbindung sowie die Anschlüsse der Außenfühler hergestellt werden.
Es stehen unterschiedliche Baugrößen der einzelnen Module zur Verfügung. Beim Solarmodul richtet sich die Größe nach der Dimension des Kollektorfeldes (10 bis 45 m2), beim Trinkwassermodul nach dem entsprechenden Trinkwasserbedarf des Gebäudes (90, 130 und 170 kW) und beim Heizkreis- bzw. Primärversorgungsmodul nach den Volumenströmen in den Heizkreisen (20 bis 140 kW Normheizlast). Letztgenanntes Modul ist auch für die Pufferbe- und -entladung zuständig.

Vereinfachte schematische Darstellung einer Solarenergiezentrale für Mehrfamilienhäuser.

Warmwasser im Durchflussprinzip
Die Trinkwassererwärmung erfolgt bei diesem System im Durchflussprinzip. Dafür muss im oberen Teil des Pufferspeichers immer ein Mindesttemperaturniveau vorhanden sein, um die Versorgung mit warmem Trinkwasser zu gewährleisten. Der Pufferspeicher wird bevorzugt mit solarer Energie versorgt. Wenn keine Sonne scheint, bleiben die unteren zwei Drittel des Pufferspeichers kalt, während nur das obere Drittel vom Spitzenlast-Wärmeerzeuger (beispielsweise Heizkessel) versorgt wird. Der Vorteil dieses Prinzips: Sobald die Sonne wieder scheint, ist im unteren Teil des Speichers genügend Kapazität, um die solare Wärme aufzunehmen. So wird das Stagnationsrisiko der Solaranlage minimiert und trotzdem ein hoher Warmwasserkomfort erhalten.

Versorgung der Heizkreise ohne Umwege
Eine Versorgung der Heizkreise erfolgt entweder aus dem Puffer – bei entsprechendem solaren Ertrag – oder direkt vom Heizkessel, ohne dabei den Umweg über den Pufferspeicher gehen zu müssen. Wenn kein solarer Ertrag zur Verfügung steht, der Warmwasserbedarf aber dennoch die Erwärmung des oberen Teils im Pufferspeicher erfordert, wird ein Teilvolumenstrom der Heizkreisversorgung in den Pufferspeicher geleitet. Dadurch werden die Kessellaufzeiten erhöht und die Zahl der Kesselstarts reduziert. Die Gesamtlösung bindet also nicht nur die Solaranlage ins System ein, sondern optimiert auch gleichzeitig den Kesselbetrieb.
Die Systemregelung steuert außer der solaren Einbindung, der Warmwasserversorgung im Durchflussprinzip und der Be- und Entladung der Pufferspeicher auch die Heizkreise, die Zuschaltung der Heizkessel sowie die Übergabestationsanforderung.

Mit solarer Anlagentechnik gewinnen alle
Erfahrungen mit Solarenergiezentralen für Mehrfamilienhäuser zeigen, dass eine warmmiete-neutrale Sanierung in vielen Fällen möglich ist. Erst recht, wenn gleichzeitig alte Heizkessel durch moderne Brennwertanlagen ersetzt werden. Die Systemregelung sorgt für hohe Jahresnutzungsgrade bei Heizkesseln. Bei einer Fernwärmenutzung kann die Anschlussleistung reduziert werden. Langfristig profitieren so alle Beteiligten von dieser Lösung: Mieter aufgrund der geringeren Betriebskosten und Vermieter, weil sich ihre Investition deutlich innerhalb der Anlagenlebensdauer amortisiert und sie attraktive Angebote für den Wohnungsmarkt bieten können.

Autor: Christian Pfeiffer, Produktmanager Solartechnik/Speicher bei Buderus, Bosch Thermotechnik GmbH, Wetzlar

Bilder: Buderus

www.buderus.de