Foto: Sonnenhaus Hünfeld (c) Foto Fallier | -ANZEIGE- |
Die Natur beschenkt uns im Überfluss. Sowie der Kirschbaum mehr Blüten und Früchte produziert als er benötigt, um sich fortzupflanzen, so wird die Erde mit einem Vielfachen von dem, was wir überhaupt benötigen, an Energie versorgt. Insofern sollten wir uns die Frage stellen, warum wir diese Vielfalt und Fülle nicht nutzen. Eine Herausforderung ist es, diese Fülle so zu nutzen, dass wir sie nicht zerstören. Ernten wir alle Kirschen, gibt es bald keine neuen Kirschbäume mehr. So lautet das von Michael Baumgartner entwickelte Prinzip zu einem nachhaltigen Wirtschaften „cradle to cradle“. Frei übersetzt bedeutet dies von der Wiege zur Wiege und besagt vereinfacht ausgedrückt, dass wir in der Fülle bedenkenlos konsumieren können, solange wir uns in den natürlichen Kreisläufen bewegen.
Viele Sonne darf es sein?
Gebäude können heute weitestgehend regenerativ mit Energie versorgt werden. Hierzu bieten sich verschiedene Strategien an. Eine Strategie besteht darin, die in der Biomasse gespeicherte Sonnenenergie als Speicher zu nutzen. So hat das Passivhaus Institut beispielsweise ausgerechnet, dass eine Nutzung von Holzpellets bis zu 22 kWh/m² beheizter Fläche noch als regenerative Nutzung gelten kann. D.h. wenn alle Gebäude in Deutschland mit Holzpellets versorgt würden, entspräche die Menge an Holzpellets insgesamt immer noch der Menge, die in Deutschland nachhaltig bereitgestellt werden kann.
Die Reduktion des Heizwärmebedarfs durch eine entsprechend gute Wärmedämmung und den Einbau einer Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung senkt den Energiebedarf so, dass der Restwärmebedarf zu einem hohen Grad direkt über solarthermische Anlagen und Photovoltaikanlagen sowie indirekt über Biomasse regenerativ mit Energie versorgt werden kann. Gebäude, die zu mehr als 50% direkt über Sonnenenergie versorgt werden können, werden laut der Definition des Sonnenhausinstitutes als Sonnenhäuser bezeichnet.
Energie, die nicht eingekauft werden muss, belastet nicht
Der Vorteil von sehr gut gedämmten Gebäuden mit einem hohen Grad an regenerativer Energieversorgung ist ihre Unabhängigkeit von zukünftigen Preisentwicklungen. So kann eine Investition in den ertragreichen Jahren zu einer deutlichen Entlastung im Alter beitragen – sozusagen als zusätzliche Altersvorsorge.
Die zur Verfügung stehende Energie kann bedenkenlos genutzt werden und belastet weder Geldbeutel noch Umwelt.
Haustechnik quergedacht
Die klassische Haustechnik basiert auf der jahrzehntelangen Verwendung von fossilen Brennstoffen. Bei dem Übergang auf eine regenerative Energieversorgung ist daher auch ein Umdenken bei der Anlagenplanung erforderlich.
Ein gutes Beispiel hierfür ist das weitgehend energieautarke Sonnenhaus in Hünfeld. Hier hat der in Hünfeld ansässige und renommierte Architekt und Künstler Franz-Karl (Charly) Möller ein Gebäude mit fünf Wohneinheiten geschaffen, das weitestgehend mit mineralischen und natürlichen Baustoffen errichtet wurde. Gebäude und Anlagentechnik wurden so konzipiert, dass sowohl die Heizung und Warmwasser als auch der Allgemeinstrom, über das Jahr gesehen, direkt von der Sonne versorgt werden können. Möglich wurde dies durch ein neues Speicher- und Regelkonzept, welches vom Ingenieurbüro EUKON aus Krefeld entwickelt wurde. Kern der Anlage ist eine thermische Kollektoranlage, eine Luftwärmepumpe, eine Photovoltaikanlage sowie ein 10.000 Liter Speicher.
Während bei der klassischen Anlagenplanung die Wärmepumpe und die Solaranlage bei niedrigen Temperaturen miteinander konkurrieren, wurde die Anlage hier so aufgebaut, dass die Wärmepumpe praktisch als Vorwärmsystem für die thermische Solaranlage dient. Zudem ist die Hydraulik und Regelungstechnik so konzipiert, dass die Anlage immer auf eine Mindest-Solltemperatur gehalten wird. Da es sich bei dem Projekt in Hünfeld um ein Mehrfamilienhaus handelt und schon allein für die Warmwasserbereitung Mindesttemperaturen von ca. 60°C gefordert sind, wird die Anlage so gefahren, dass die Solaranlage immer diese Solltemperatur liefert. Im Gegensatz zur klassischen Anlagenkonzeption ist diese Anlage exergetisch (vgl. Infokasten) optimiert, das heißt, die verschiedenen Wärmeerzeuger, in diesem Falle thermische Solaranlage und Wärmepumpe, sind so aufeinander abgestimmt, dass die Solarthermie vorrangig genutzt wird und die fehlende Energiemenge durch die Wärmepumpe nur noch ergänzt werden muss, um die geforderte Nutztemperatur zu erreichen.
Die Wärmepumpe dient sozusagen als Vorwärmsystem für die Solaranlage. Auf Grund des niedrigeren Temperaturniveaus führt dies zu einer hohen Arbeitszahl und damit zu einer hohen Effizienz der Wärmepumpe. Zudem können ansonsten nicht weiternutzbare Energien aus der Solaranlage zur Vorerwärmung der Quelle für die Wärmepumpe genutzt werden. Dies ist ein weiterer Baustein zur Steigerung des energetischen Nutzens.
Weniger ist mehr
Dadurch, dass die Temperaturniveaus optimal angepasst werden können, führt dies auch zu einer Reduktion der erforderlichen Speichergröße. Auf diese Weise konnte der Speicher, der ursprünglich auf 50 m3 geplant war, auf 10 m3 reduziert werden.
Warum so einfach?
Weil es funktioniert! Nach mehr als einem Jahr Betrieb lässt sich feststellen, dass die Anlage den Erwartungen entspricht und die im Vorfeld durchgeführten Simulationen durch den realen Betrieb bestätigt werden. Das in dem energieautarken Haus in Hünfeld erstmalig realisierte Anlagenkonzept wurde zwischenzeitlich auch in abgespeckter Form in verschiedenen Anlagengrößen bis hin zum Einfamilienhaus erfolgreich realisiert.
Weiterentwicklung und Ausblick
Ein weiterer Schritt in Richtung eines zunehmenden Energieautarkiegrades ist der Einsatz von Batteriespeichern im Strombereich sowie die Speicherung auf der Quellenseite einer Wärmepumpe z.B. durch Eisspeicher. Bei dem klassischen Eisspeicherkonzept, wie er von großen Herstellern angeboten wird, wird der Eisspeicher ausschließliche als Wärmequelle genutzt, der dann über Luftabsorber regeneriert wird. Das vom Autor favorisierte Konzept sieht hingegen vor, dass Solarenergie, wenn möglich immer direkt und auf hohem Temperaturniveau genutzt wird. Hierdurch liegt das Temperaturniveau im Eisspeicher in der Regel oberhalb der Vereisung. Die höhere Quellentemperatur trägt damit zu einer deutlich besseren Jahresarbeitszahl bei, die Anlage wird deutlich effizienter.
Wer glaubt, dass es in der Solar- und Anlagentechnik keine wirklichen Neuerungen mehr gibt, hat die Möglichkeit, sich vom Gegenteil zu überzeugen.
Erläuterung:
Exergie
Energie setzt sich aus geordneter Energie (Exergie) und ungeordneter Energie (Anergie) zusammen. Exergie kann in jede andere Energieform umgewandelt werden. Anergie kann hingegen nicht mehr in eine andere Energieform umgewandelt werden. Ein Eisklumpen enthält Energie. Befindet sich der Eisklumpen in Eiswasser kann diese Energie aber nicht genutzt (gewandelt) werden. Je höher die Temperatur über einer Nutztemperatur liegt, desto größer ist die nutzbare Energie (Exergie).
Über den Autor:
Dipl.- Ing Jörg Linnig, Inhaber des Ingenieurbüro EUKON in Krefeld. Seite 1992 erstellt das Büro Energiekonzepte und berät, plant und begleitet alle Maßnahmen rund um das Thema Energieeffizienz. Ein besonderer Schwerpunkt liegt im Bereich der Konzeption von Passiv- und Sonnenhäusern sowie die Entwicklung von innovativen Anlagenkonzepten und solarer Großanlagen.
Bei -10° C Außentemperatur eine Solarvorlauftemperatur von 75°C einer Leistung von 21 kW - das kann sich doch sehen lassen.
Der Tagesertrag lag bei knapp 70 kWh und der Speicher ist im oberen Bereich auf eine Spitzentemperatur von 70 °C gekommen, obwohl den ganzen Tag über Wärme abgenommen wurde.
Einen schöneren Nachweis, dass das von EUKON entwickelte Hydraulik- und Regelkonzept funktioniert, gibt es nicht.