Modernisierung im Bestand: Solarthermie für Ein- und Zweifamilienhäuser

Bis zu 60% der pro Jahr zur Warmwasserbereitung benötigten Energie kann von thermischen Solaranlagen bereitgestellt werden. Noch mehr Brennstoff kann gespart und der CO₂-Ausstoß noch weiter verringert werden, wenn die Anlage auch die Heizung unterstützt. Eine sehr gute Wärmedämmung und luftdichte Bauausführung vorausgesetzt, lassen sich bis zu einem Drittel des Gesamtwärmebedarfs mit solarer Wärme decken. Doch auch im weniger gut gedämmten Gebäudebestand kann die solare Heizungsunterstützung eingesetzt werden.

Vollständige Anlagenmodernisierung
Wird eine Solaranlage im Rahmen der kompletten Erneuerung der Heizung installiert, werden zugleich auch Heizkessel, Speicher-Wassererwärmer und die Verrohrung ausgetauscht, so entspricht dies im Wesentlichen der Situation im Neubau. In diesem Fall werden dann sämtliche Komponenten – vom Speicher-Wassererwärmer bis zu den Kollektoren – nachgerüstet (Bild 1). Dabei können alle Teilsysteme genau aufeinander abgestimmt werden. In diesen Fällen können in der Regel die üblichen Anlagenkonzepte wie zum Beispiel das in Bild 2 gezeigte zum Einsatz kommen.
Dem Speicher kommt eine besondere Bedeutung zu. Er dient zum einen als Schnittstelle zwischen der Heizungs- und der Solaranlage und übergibt das solar vorerwärmte Wasser zum eventuell erforderlichen Nacherwärmen an das Heizsystem. Zum anderen ist er auch erforderlich, um die solar gewonnene Wärme für die spätere Nutzung zu bevorraten (Bild 2). In den meisten Gebäuden ohne Solarthermie wird nur ein monovalenter Speicher vorhanden sein, der die zusätzliche Nutzung von Solarenergie nicht ohne Weiteres zulässt. In bivalenten Speichern dagegen, oft auch als Solarspeicher bezeichnet, ist ein zweiter Wärmetauscher eingebaut, der die solare Wärme auf das Trinkwasser überträgt. Damit dieser Ertrag möglichst hoch ausfällt, muss die Temperaturdifferenz zum Kollektor groß sein. Der Wärmetauscher für die solare Wärme befindet sich deshalb im unteren Speicherbereich, da dort das kalte Leitungswasser zufließt. Speichervorlauf- und -rücklauf des Heizkessels werden an den oberen Wärmetauscher angeschlossen. Ist die Sonneneinstrahlung nicht ausreichend, heizt der Wärmeerzeuger nach.
In der Regel werden auch noch keine Rohrleitungen zum Anschluss von Solarkollektoren verlegt sein. Es müssen dann Leitungswege gefunden werden, die möglichst kurz sind, um verlustarm die Wärme von den Kollektoren in den Speicher zu überführen. Sind bereits Rohrleitungen vorhanden, sollte deren Querschnitte überprüft werden. Zu kleine Dimensionen haben unnötig hohe Druckverluste zur Folge, die durch eine höhere Pumpenleistung ausgeglichen werden müssen. Zu große Querschnitte – besonders in den senkrechten Leitungen – führen zur Ansammlung von Luft im Kollektorfeld, da die Luftbläschen in Wasser-Glykol-Gemischen bei Fließgeschwindigkeiten unter 0,4 m/s nicht mehr mitgezogen werden.
Moderne Solarregelungen stimmen die unterschiedlichen Wärmequellen optimal aufeinander ab. Voraussetzung dafür ist, dass beide Regelungen miteinander kommunizieren können. Die Kesselregelung muss daher mit der Solarregelung Daten austauschen können.

Nachrüsten von Solaranlagen zur ­Trinkwassererwärmung
Die Nachrüstung von Solaranlagen reicht von der nachträglichen Montage eines Kollektorfeldes bis hin zur Installation des kompletten Solarkreislaufs einschließlich eines bivalenten Speicher-Wassererwärmers. Der einfachste Fall der Nachrüstung liegt dann vor, wenn lediglich noch Solarkollektoren zu montieren und an bereits vorhandene Rohrleitungen anzuschließen sind. In diesen Fällen sind alle wichtigen Komponenten – vor allem ein bivalenter Speicher-Wassererwärmer und die Verrohrung zwischen Speicher und Hausdach – bereits eingebaut. Es müssen dann nur noch die Kollektoren entsprechend des Bedarfs, der vorhandenen Komponenten und der Aufstellbedingungen montiert werden.
Flach- und Vakuum-Röhrenkollektoren sind für den nachträglichen Einbau gleichermaßen geeignet und erzielen bei einer südlichen Ausrichtung optimale Ergebnisse. Flachkollektoren bieten ein attraktives Preis-Leistungs-Verhältnis. Vakuum-Röhrenkollektoren haben aufgrund ihrer Bauweise einen besseren Wirkungsgrad. Um den gleichen solaren Ertrag zu erzielen, benötigen sie deshalb etwas weniger Fläche als Flachkollektoren. Besondere Vorteile bieten Vakuum-Röhrenkollektoren, die lageunabhängig montiert werden können. Sie können vertikal und horizontal in jedem beliebigen Winkel zwischen 0 und 90° montiert werden und bieten so eine große Flexibilität bei der Wahl des Montageortes. In der Praxis wird es wesentlich häufiger vorkommen, dass sämtliche Komponenten – vom Speicher-Wassererwärmer bis zu den Kollektoren – nachgerüstet werden müssen.

Nachrüsten von Solaranlagen zur Trinkwasser­erwärmung und Heizungsunterstützung
Grundsätzlich kann im Rahmen einer Heizungsmodernisierung auch eine Solaranlage installiert werden, die neben der Trinkwassererwärmung auch die Wohnraumbeheizung unterstützt. An kalten Tagen und abends, wenn üblicherweise eine Beheizung der Wohnräume gewünscht wird, steht dazu allerdings nicht genügend Sonnenenergie zur Verfügung. Deshalb muss zu Zeiten hoher Sonneneinstrahlung möglichst viel Wärme gespeichert werden. Neben einem bivalenten Speicher-Wassererwärmer für das Trinkwasser wird darum ein Heizwasser-Pufferspeicher installiert.
Eine solche Lösung ist jedoch für Ein- und Zweifamilienhäuser relativ aufwendig und häufig allein aus Platzgründen nicht zu verwirklichen. Kombispeicher dagegen bevorraten ein großes Volumen an Heizwasser für die Heizungsunterstützung, das über einen Edelstahl-Wärmetauscher innerhalb des Speicherbehälters das Trinkwasser im Durchlauf erwärmt und sind eine platzsparende Alternative. Der hydraulische Aufbau einer solchen Anlage ist deutlich einfacher als die zuvor genannte Variante mit Speicher-Wassererwärmer und Heizwasser-Pufferspeicher.
Darüber hinaus bieten sich insbesondere für Einfamilienhäuser mit den modernen Kompaktgeräten besonders platzsparende und montagefreundliche Lösungen an. Sie beinhalten neben dem Wärmeerzeuger und einem bi- bzw. multivalenten Speicher auch die gesamte Solartechnik, sodass praktisch nur noch die Rohrleitungen der Kollektoren angeschlossen werden müssen. Ein Beispiel für eine solche komplette Heizzentrale mit solarer Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung ist das in Bild 3 gezeigte Gerät. Alle Komponenten sind in einer Einheit zusammengefasst.

Fazit
Thermische Solaranlagen sind in der Lage, in Ein- und Zweifamilienhäusern bis zu 60% des jährlichen Ener­giebedarfs zur Trinkwassererwärmung bzw. bis zu 35% des gesamten Ener­giebedarfs für Warmwasser und Heizung einzusparen. Angesichts steigender Energiepreise, endlicher fossiler Ressourcen und des drohenden Klimawandels sollten Solaranlagen obligatorischer Bestandteil jeder Heizungsanlage sein.
Autor: Wolfgang Rogatty, Viessmann Werke GmbH & Co. KG, Allendorf
Bilder: Viessmann
www.viessmann.de