Heizen mit der Sonne
Solare Heizungsunterstützung
Das Bild zeigt die Installation einer Solarwärmeanlage mit Heizungsunterstützung im Wohnhaus eines SHK-Meisters. Das geregelte Zusammenspiel aller Systemkomponenten schöpft das maximale Leistungspotenzial aus. Der Speicher ist eine Kombination aus Heizwasser-Pufferspeicher und Speicher-Wassererwärmer. Bild: Viessmann
Für Solarwärmeanlagen zur Heizungsunterstützung und Warmwasserbereitung haben sich Kombispeicher auf dem Markt durchgesetzt. Der Warmwasserbereiter ist dabei im Solar-Pufferspeicher integriert. Bild: Pro Solar Energietechnik
Schnittbild eines Energie-Speichers. Die Grafik zeigt, welche Wärmelieferanten und -abnehmer jeweils auf welcher Höhe angeschlossen werden. Bild: Weishaupt
Beispiel für eine Modernisierungssituation: Gegenüber einer konventionellen Kesselanlage mit nur 64 % Nutzungsgrad kann die Energieeinsparung beim Austausch gegen Brennwertgerät plus Solarwärmeanlage bis zu 45% betragen. Bild: BBT Thermotechnik (Buderus)
Nach Erhebungen der Unternehmensvereinigung Solarwirtschaft e. V. (UVS) waren im Jahr 2004 rund 700 000 Solaranlagen auf deutschen Dächern in Betrieb. So viele wie nie zuvor. Die Gründe dafür sieht die UVS in den hohen Öl- und Gaspreisen, aber auch in der ausgereiften Technik und den hohen Wirkungsgraden moderner Solarkollektoren. Noch mehr Energieeinsparung und damit mehr Unabhängigkeit von fossilen Energieträgern (Gas, Heizöl) kann mit solarer Heizungsunterstützung erzielt werden.
Noch werden etwa 4 / 5 oder 80% aller Solarwärmeanlagen als reine Warmwasserlieferanten installiert. Die ausgereifte Technik und die hohen Solar-Deckungsraten bieten sich aber dazu an, solarthermische Anlagen auch für die Heizungsunterstützung zu nutzen.
Doch wie soll eine solche Kombianlage aus technischer Sicht aufgebaut sein, damit Solarkreis, Raumheizungskreis, Nachheizung und Speicher optimal zusammenarbeiten. Dieser Frage ging ein Expertenteam auf den Grund und untersuchte vier Varianten von Solarspeicher-Konstruktionen:
- Zweikreisspeicheranlage,
- Einspeicher-Kombianlage,
- Kombianlage mit Rücklaufanhebung,
- Kombianlage mit eingebautem Gasbrenner.
Die Daten des Testgebäudes: Einfamilienhaus, Wohnfläche ca. 120 m2, Kollektorfläche 10 m2, Größe des Pufferspeichers 750 l. Für jedes System sollte dabei die jeweilige Energieeinsparung ermittelt werden.
Die Forscher kamen zu dem eher überraschenden Ergebnis, dass die Energieeinsparungswerte für alle vier Systemvarianten dicht beieinander lagen. Die Abweichung bewegte sich in einem Bereich zwischen 18,3 und 20,8%. Gemessen an der Anlagengröße entspricht diese Differenz einem Absolutwert von 470 kWh (das entspricht dem Energieinhalt von 47 Litern Heizöl EL oder 47 m3 Erdgas). Der unterschiedliche solare Ertrag resultierte weniger aus den verschiedenen Anlagen- bzw. Speicherkonzepten, sondern vielmehr aus der Ausführung und Abstimmung der einzelnen Komponenten. Typische Schwachstellen sind der Studie zufolge mangelhafte Dämmungen im Bereich von Anschlüssen, die zu hohen Wärmeverlusten führen.
Eine Solarwärmeanlage für Heizungsunterstützung und Warmwasserbereitung kann, sofern richtig dimensioniert, 20–25% des Gesamtwärmebedarfs decken. Im Vergleich zu einem reinen Brauchwassersystem kommt dies etwa einer Verdoppelung des solaren Ertrags gleich. Mit solarer Heizungsunterstützung lässt sich also ein beträchtlicher Teil des Heizwärmebedarfs decken.
In den Frühlings- und Herbstmonaten arbeiten kombinierte Solaranlagen besonders effektiv und eignen sich insbesondere für Heizungsanlagen mit niedrigen Systemtemperaturen. Daraus lässt sich schließen, dass sich die solare Heizungsunterstützung gerade beim Einsatz von Brennwert-Heizgeräten und Fußbodenheizungen anbietet.
Die Heizungsunterstützung wirkt durch die Anhebung der Rücklauftemperatur aus dem Heizkreis. Empfohlen wird dies allerdings nur in Kombination mit einem modulierenden Brenner oder einem Kessel mit hinreichend großem Wasservolumen – was natürlich auch für Gas- und Ölkessel gilt. Ansonsten besteht bei geringen Temperaturdifferenzen zwischen dem beim Durchströmen des Pufferspeichers erwärmten Rücklauf und der Vorlauf-Solltemperatur die Gefahr, dass der Brenner häufiger taktet. Die Folge wäre ein verschlechterter Kesselwirkungsgrad. Positiv auf die durch die Solaranlage erzielbare Energieeinsparung würde sich zudem auswirken, wenn das Bereitschaftsvolumen für die Warmwasserbereitung nicht überdimensioniert wird.
Damit das Zusammenspiel der Komponenten optimal funktioniert, führt bei der solaren Heizungsunterstützung kein Weg an einer effizienten Solarregelung vorbei. Aufgabe des Regelsystems ist, die Ventile, Mischer und Pumpen so anzusteuern, dass die Nutzung der Solarthermie stets Vorrang hat. Erst wenn die Solarwärme nicht ausreicht, schaltet sich der konventionelle Wärmeerzeuger dazu. Die elektronische Regelung koordiniert die unterschiedlichen Anlagenteile und sorgt für einen energieoptimierten Betrieb.
Die Forschungsergebnisse aus der Studie zeigen weiter, dass entgegen den Erwartungen Heizungsanlagen mit hohen Auslegungstemperaturen den solaren Ertrag weniger als erwartet vermindern. Somit ist die solare Heizungsunterstützung auch für das Modernisierungsgeschäft interessant. Wie die Energieeffizienz im Niedrigtemperaturbereich aussehen kann, verdeutlicht die Buderus-Grafik: Gegenüber einer alten Kesselanlage mit nur 64% Nutzungsgrad würde eine Kombination aus Brennwertkessel und Solarwärme 45% Energie einsparen. Der Nutzungsgrad gibt an, welcher Anteil der eingesetzten Energiemenge vom Heizkessel tatsächlich in Raumwärme umgewandelt wird.
Solarkollektoren werden seit dem 1. Juni 2004 durch öffentliche Zuschüsse nur noch dann gefördert, wenn ein jährlicher Kollektorertrag von mindestens 525 kWh/(m2 · a) erzielt wird; bei einem gesamten solaren Deckungsgrad von 40%. Die Mehrzahl der lieferbaren Solarkollektoren würde diesen Anspruch bereits erfüllen, wie das Institut für wirtschaftliche Ölheizung e.V. (IWO) in einer Presseinformation erklärt.
Solarkollektoren müssen außerdem seit dem 1. Juni letzten Jahres das Umweltzeichen RAL-UZ73 erfüllen – besser bekannt als Blauer Engel – und ihre Leistungsfähigkeit mittels Funktionskontrollgerät oder Wärmemengenzähler nachweisen. Bei Anlagen mit mehr als 20 m2 Röhrenkollektorfläche bzw. 30 m2 Flachkollektoren war ein Wärmemengenzähler im Kollektorkreislauf ohnehin Pflicht.
Dass die Nutzung regenerativer Energien vom Staat gefördert wird, wissen 81% der Bundesbürger. Das geht aus einer Studie hervor, die u.a. von der ZDF-Redaktion Umwelt und der Zeitschrift „impulse“ in Auftrag gegeben wurde. Interessant ist dabei auch, dass lediglich 16% der Befragten die Anschaffung von Sonnenkollektoren für Hausbesitzer als unwirtschaftlich betrachten. Trotzdem entscheiden sich jährlich mehrere zehntausend Wohngebäudebesitzer für eine solarthermische Anlage. Das freut den SHK-Handwerker und die Umwelt.
