Lust auf Sonne Ihr Ratgeber für die solare Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung
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Lust auf Sonne Ihr Ratgeber für die solare Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung
Die Träger der Initiative
Liebe Leserinnen und Leser,
AHW Arbeitsgemeinschaft Hamburgischer Wohnungsunternehmen Johann-Daniel-Lawaetz-Stiftung
bekanntlich liegen die größten Energieeinsparpotenziale bei Wohngebäuden im Bereich der Wärmedämmung und Architekten und Ingenieurverein Landesinnung der Elektrohandwerke
Architektur Centrum der Gesellschaft für Architektur und Baukultur e.V. Landesinnung des Glaserhandwerks
Wärmeerzeugung. Dennoch gehören die wohltemperierte Wohnung und die heiße Dusche am Morgen zur Wohnqualität,
Ausbildungszentrum Bau in Hamburg Landesverband Freier Wohnungsunternehmen Hamburg
auf die wir auch in Zeiten hoher Energiepreise und vermehrter Klimaschutzbestrebungen nicht verzichten möchten. Bau-Innung Hamburg Maler- und Lackierer-Innung Hamburg
B.A.U.M. Consult AG Hamburg Mieter helfen Mietern
Hier ist die Solarwärmenutzung eine wichtige Energiealternative für eine auf nachhaltiges Wachstum ausgerichtete, B.A.U.M. e.V. Mieterverein zu Hamburg
grüne Metropole wie Hamburg: Solarenergie wird zuverlässig und frei Haus geliefert – ohne Risiken, ohne Preisstei- Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt Hamburg Norddeutscher Baugewerbeverband e.V.
gerungen und mit zeitlich unbegrenzter Liefergarantie. Die Energie aus der Sonne zu nutzen bedeutet, weniger fossile BUND Ring Deutscher Makler Landesverband
Bund Deutscher Architekten e.V. SAGA Siedlungs-Aktiengesellschaft
Brennstoffe wie Öl, Kohle oder Gas zu verbrauchen und weniger Kohlendioxid freizusetzen. Die Nutzung von
Bund Deutscher Baumeister, Architekten und Ingenieure e.V. Schornsteinfeger-Innung
Sonnenenergie ist somit ein wichtiger Baustein im Klimaschutz.
Dachdecker-Innung Hamburg Solarzentrum Hamburg
Deutscher Gewerkschafts-Bund Staatliche Gewerbeschule Bautechnik
Das gerade auch in Norddeutschland – leider – immer noch verbreitete Misstrauen in die Sonnenenergie ist nicht Hochschule f. Angew. Wissenschaften Hamburg Staatliche Gewerbeschule Holztechnik, Farbtechnik und Raumgestaltung
gerechtfertigt. Auch wenn wir es infolge des sprichwörtlichen „Hamburger Schmuddelwetters“ anders empfinden Grundeigentümerverband Hamburg Staatliche Gewerbeschule Installationstechnik
mögen: Die Sonnenscheindauer und die Energieleistung reichen vollkommen aus, um auch in Hamburg auf Sonnen- GWG Gesellschaft für Wohnen und Bauen STATTBAU Hamburg
energie zu setzen! Hamburg Messe und Congress GmbH STEG Stadterneuerungs- und Stadtentwicklungsgesellschaft Hamburg
E.ON Hanse AG TU Hamburg-Harburg, Arbeitsgebiet Bauphysik und Werkstoffe im Bauwesen
Hamburger Ingenieurkammer Bau TU Hamburg-Harburg, Arbeitsgebiet Heizungs- und Klimatechnik
Diese Broschüre zeigt Ihnen die vielfachen Vorteile der solaren Wärmeerzeugung, ganz anschaulich und an Hand von Hamburger Klimaschutz-Fonds TU Hamburg-Harburg, Arbeitsgebiet Angewandte Bautechnik
Beispielen, die den energetischen und wirtschaftlichen Nutzen in der Praxis aufzeigen. Zudem möchten wir Ihnen einen Hamburgische Architektenkammer Vattenfall Europe
ersten Einblick in die Montagemöglichkeiten für Solaranlagen, in die dafür notwendigen Investitionen sowie die Hamburgische Wohnungsbaukreditanstalt VDI Gesellschaft Bautechnik
Optionen für eine staatliche Förderung geben. Handelskammer Hamburg VDI Gesellschaft Technische Gebäudeausrüstung
Handwerkskammer Hamburg VDI Gesellschaft Umweltschutztechnik
HafenCity Universität Verband Beratender Ingenieure
Lernen Sie die Sonne von einer ganz anderen Seite kennen und prüfen sie, ob sich Solarenergie nicht auch für Ihre
Industriegewerkschaft Bauen-Agrar-Umwelt Verband Norddeutscher Wohnungsunternehmen e.V.
Immobilie bezahlt macht. Hierbei sind Ihnen unsere Energie-Experten gerne behilflich – denn jeder Beitrag zum
Industrieverband Heizungs-, Klima- und Sanitärtechnik Nord e.V. Verbraucherzentrale Hamburg
Klimaschutz zählt! Innung Sanitär Heizung Klempner Vereinigung der Prüfingenieure für Baustatik
Innung und Fachverband Holz und Kunststoff ZEBAU Zentrum für Energie, Bauen, Architektur und Umwelt GmbH
Institut Energie und Bau ZEWU Zentrum für Energie-, Wasser- und Umwelttechnik
Anja Hajduk
Senatorin für Stadtentwicklung und Umwelt Impressum
Freie und Hansestadt Hamburg Herausgeber: Initiative für „Arbeit und Klimaschutz“, Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt © 2008 Initiative „Arbeit und Klimaschutz“, Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt
Text: Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt, SolarZentrum Hamburg Gedruckt auf 100% Recycling Papier
Gestaltung: Karina Petersen, Hamburg Umwelttelefon: 040 / 34 35 36
Grafiken: DGS, aus dem Leitfaden „Solarthermische Anlagen“ www.hamburg.de/arbeitundklimaschutz
39
Inhalt
Lust auf Sonne? 4
Gute Argumente 5
Reicht die Sonne in Hamburg 6
Sonnenwärme für das Eigenheim 8
Was muss vorhanden sein? 10
Die Sonne ist flach und 40 kg schwer 11
Kollektormontage 15
Ein Speicher für die kalten Tage 18
Planung und Auslegung 20
Solarthermie im Wohnungsbau 23
Dimensionierung 25
Mietrechtliche Fragen 26
Gute Planung zahlt sich aus 27
Energiebilanz 28
Was kostet die Anlage? 29
Anlagenbeispiele 32
Weitere Anwendungsbeispiele 34
Finanzielle Förderung und Finanzierung 36
Wir helfen Ihnen weiter 38
Die Träger der Initiative 39
3
Lust auf Sonne?
5 Milliarden Jahre Garantie Die Folgen sind Schadstoffe in der Luft und die
Veränderung des Klimas durch Kohlendioxid.
Die notwendige Energie für alles Leben auf der Erde Auch werden die Energiepreise in Zukunft weiter
liefert die Sonne. Und deren Energieangebot ist deutlich ansteigen, da die zur Verfügung stehenden
riesig – in Deutschland auf der Erde ankommende fossilen Ressourcen begrenzt sind und weltweit
Solarstrahlung übersteigt den Energiebedarf um der Energieverbrauch steigt.
das etwa 80-fache. Die Sonne scheint bereits ca. 5
Milliarden Jahre. Und vermutlich steht Sie uns Eine Solaranlage bedeutet also auch ein Stück
noch weitere 5 Milliarden Jahre als zuverlässiger Unabhängigkeit von der Energiepreisentwicklung,
Energielieferant zur Verfügung - ohne Risiken, ohne denn die Sonne schickt keine Rechnung.
Schadstoffe und dazu auch noch kostenlos.
Die fossilen Energievorräte Kohle, Öl und Erdgas
sowie Uran werden in zunehmendem Maß ver-
braucht, um den weltweit wachsenden Energiebe-
darf abzudecken.
SolarPromotion GmbH, Pforzheim
Energiepreisentwicklung der letzten Jahre für Öl, Gas und Pellets
Quelle: Pelletspreise = D
eutscher Energie-Pellet-Verband e.V./Solar Promotion GmbH
Heizöl- und Erdgaspreise = Brennstoffspiegel
Basis: Verbraucherpreise für die Abnahme von 3.000 l Heizöl, 33.540 kWh Gas bzw. 6 t
Pellets (inkl. MwSt. und sonstigen Kosten)
4
Gute Argumente
✘D
er Kollektor auf dem Dach ist ein weithin sicht-
bares Zeichen für Verantwortungs- und Umwelt-
bewusstsein sowie –engagement. Warten Sie nicht
länger auf die Anderen - handeln Sie selbst und
gehen Sie mit gutem Beispiel voran!
✘M
it der Solaranlage holen Sie sich natürliche Ener
gie direkt ins Haus. Es macht Spaß, beim Baden
oder Duschen von der Sonne erwärmtes Wasser zu
nutzen - besonders im Sommer, wenn der Heiz
kessel ausgeschaltet bleiben kann.
✘D
ie Solaranlage macht ein Stück weit unabhängig
von den Steigerungen der Energiepreise. Eine Stan-
dard-Solaranlage reicht in unseren Breiten aus, um
den Energiebedarf für die Warmwasserbereitung
von Mai bis September vollständig zu decken –
mit kostenloser Energielieferung .
✘T
hermische Solaranlagen sind technisch ausgereift,
sehr wartungsarm und besitzen eine Lebensdauer
von circa 20 Jahren. Sie steigern sowohl den Wert
von Immobilien wie auch deren Image. „Solar
häuser“ lassen sich besser verkaufen bzw. schneller
vermieten.
Solarenergie ist Lebensqualität
5
Reicht die Sonne in Hamburg?
Foto: Pasdzior
Auch in Hamburg scheint die Sonne
6
Misstrauen in die Sonne ist in Hamburg weit ver-
breitet. Wind und Wasser sind hier zunächst ein-
mal vertrautere Elemente. Das sprichwörtliche
„Hamburger Schmuddelwetter“ ist nasskalt und
neblig, mit horizontalen Regenschauern.
Aber auch hier scheint die Sonne statistisch etwa
1.800 Stunden im Jahr – das ist nicht viel weniger
als im Süden Deutschlands und reicht für die effi-
ziente Nutzung etwa zur Warmwasserbereitung
allemal aus.
Jahr für Jahr werden auf jeden Quadratmeter Die Globalstrahlung und ihre Komponenten
Dachfläche in Hamburg etwa 1.000 kWh kosten-
lose Sonnenenergie eingestrahlt, ¾ davon werden
während des Sommerhalbjahres April bis Septem-
ber geliefert. Rund die Hälfte dieser sogenannten
Globalstrahlung ist diffuse Strahlung, die ebenso
wie die direkte Strahlung von der Solaranlage ge-
nutzt werden kann. Auch bei bedecktem Himmel
wird also Energie geerntet. Die Jahressumme der
Globalstrahlung in Hamburg von 1.000 kWh/m²
entspricht einer Brennstoffmenge von rund 100
Litern Heizöl oder 100m³ Erdgas.
Die Monatssummen der Globalstrahlung / diffus und direkt
7
Sonnenwärme für das Eigenheim
So funktioniert ihr privates Sonnensystem entsteht im Speicher eine Schichtung: das wärmste
Wasser befindet sich oben, (dort, wo gezapft wird)
Der Kollektor auf dem Dach wandelt die einfallen das kälteste unten (dort, wo kaltes Wasser einge-
de Solarstrahlung in nutzbare Wärme um. Er ist speist wird).
damit das Bindeglied zwischen der Sonne und dem
Warmwassernutzer.
Die Wärme entsteht durch die Absorption der
Sonnenstrahlung an einer dunkel beschichteten Me
tallplatine, dem Absorber. Er ist das wesentliche
Bauteil des Kollektors. Vom Absorber wird die
Wärme durch ein geschlossenes Rohrsystem, dem
Solarkreis, zum Speicher transportiert. Im Solar-
kreis zirkuliert ein frostsicheres Wasser-Propylen-
glykol-Gemisch.
Der Wärmetransport vom Kollektor zum Speicher
wird über eine Temperatur-Differenz-Regelung ge-
steuert. Die Regelung setzt die Umwälzpumpe des
Solarkreises immer dann in Betrieb, wenn die
Temperatur im Kollektor einige Grade über der F = Temperaturfühler
Temperatur im unteren Speicherbereich liegt. Da-
durch gelangt die von der Sonne erwärmte Solar- Die Standard-Solaranlage zur Warmwasserbereitung
flüssigkeit vom Kollektor in den unteren Wärme-
tauscher, wo die Wärme über den Solarkreiswär-
metauscher an das Trinkwasser im Speicher über- Damit der Wärmetransport nicht durch Luft im
tragen wird. Solarkreis behindert wird, ist am höchsten Punkt
Die abgekühlte Solarflüssigkeit fließt in der Rück- der Solaranlage ein automatischer Entlüfter mit
laufleitung zum Kollektor zurück. Absperrhahn oder ein Handentlüfter angebracht.
Eine Rückschlagklappe im Solarkreis verhindert,
Im Speicher steigt das erwärmte Trinkwasser nach dass sich der Speicher nachts aufgrund von Schwer
oben. Entsprechend seiner Dichte bzw. Temperatur kraftzirkulation über den Kollektor auskühlt.
8
Für den sicheren Betrieb der Solaranlage sind ein Die restlichen 40% müssen über eine Zusatzhei-
Sicherheitsventil und ein Ausdehnungsgefäß instal- zung gedeckt werden. Dies geschieht in der Regel
liert: Das Sicherheitsventil öffnet bei Überschreiten über den Heizkessel und den oberen Nachheizwär-
des Ansprechdrucks und lässt Solarflüssigkeit in metauscher des Speichers. Mitentscheidend für die
einen Auffangbehälter ab. Das Ausdehnungsgefäß Höhe des Zusatzenergiebedarfs ist die am Kessel-
hat die Aufgabe, den Anlagendruck konstant zu regler eingestellte Trinkwassersolltemperatur. Je
halten. Zusätzlich sollte die Größe des Ausdehnungs niedriger diese eingestellt wird, z. B. auf 45°C, de-
gefäßes ausreichend für den Flüssigkeitsinhalt des sto höher ist der Deckungsanteil der Solarenergie
Kollektorfeldes sein. Wenn bei anhaltender Ein- und entsprechend niedriger der Anteil der Zusatz-
strahlung in den Solarkollektoren die Wärme nicht energie und umgekehrt.
weiter durch die Solarflüssigkeit abgeführt wird
(z.B. während der Urlaubszeit), geht ein Teil der Durch den Anschluss von Waschmaschinen und
Flüssigkeit in die Dampfphase. Trotzdem kocht Geschirrspüler an die Solaranlage bietet sich die
die Anlage nicht über: das zusätzliche Volumen des Möglichkeit, teuren elektrischen Strom durch
Kollektorinhalts wird in das Ausdehnungsgefäß Sonnenenergie zu ersetzen und gleichzeitig den
verdrängt, so dass der maximal zulässige Betriebs- Nutzungsgrad der Anlage zu erhöhen. Geschirr-
druck nicht erreicht wird und das Sicherheitsventil spüler, die für den Anschluss an die Warmwasser-
nicht anspricht. Alle Sicherheitsbauteile und die leitung geeignet sind, können direkt an die Solar-
Pumpe sind in einer Baugruppe, der Solarstation, anlage angeschlossen werden.
zusammengefasst, die vormontiert und mit passen- Da die meisten Waschmaschinen keinen Warm-
der Wärmedämmung geliefert wird. wasseranschluss besitzen, muss die Regelung der
Kalt- bzw. Warmwasserzufuhr mit Hilfe eines Vor-
Bei heute üblicher Dimensionierung im Ein- und schaltgerätes erfolgen.
Zweifamilienhausbereich (pro Person etwa 1,0 bis
1,5 m² Kollektorfläche und ca. 80 – 100 l Spei- Die Einbindung eines vorhandenen Trinkwasser-
chervolumen) wird das Trinkwasser im Sommer speichers ist nicht zu empfehlen: es erhöht sich der
weitgehend über die Solaranlage erwärmt. Dadurch Regelaufwand, die Wärmeverluste sind höher im
ergibt sich ein solarer Deckungsanteil (Anteil der Vergleich zu einem einzigen Solarspeicher und der
Sonnenenergie am Gesamtenergiebedarf für die Nutzungsgrad der Anlage sinkt.
Trinkwassererwärmung) für das Jahr von etwa 60%.
9
Was muss vorhanden sein?
Um die Solarenergie sinnvoll nutzen zu können, Es ergibt sich ein Optimum der Einstrahlung bei Süd-
sind drei wesentliche bauliche Faktoren notwen- ausrichtung (α = 0°) und einer Neigung von = 30°.
dig: Der maximale Ertrag einer thermischen Solaranlage zur
Warmwasserbereitung lässt sich bei einer Südausrich-
1. e in geeigneter Montageort für den Kollektor tung (α = 0°) und einer Neigung von = 45° erzielen
2. ein geeigneter Aufstellort für den Solarspeicher (s. Seite 28). Abweichungen von der optimalen Aus-
3. e ine zentrale Warmwasserbereitung des Gebäudes richtung können in weiten Bereichen toleriert werden,
da damit keine nennenswerten Strahlungs- bzw. Er-
Als Montageort für die Kollektoren wird in der tragseinbußen verbunden sind. Selbst eine Ost- bzw.
Regel das Dach herangezogen. Dies muss nicht Westdachlage kann genutzt werden, wenn der Rich-
das Hausdach sein, auch das Flachdach eines Car- tungsnachteil durch eine entsprechend vergrößerte
Ports oder ein Nebengebäude können geeignet Kollektorfläche (ca. 20%) ausgeglichen wird.
sein.
Jedes Dach mit einer Ausrichtung zwischen Südosten
Wie viel Sonnenenergie im Laufe eines Jahres auf und Südwesten und einer Neigung von 20 bis 50° ist
ein geneigtes Dach fällt, ist von Ausrichtung, Nei- solartechnisch gut nutzbar.
gung und Verschattungssituation abhängig.
Bei einer vorliegenden Verschattung z.B. durch nahe-
stehende, hohe Bäume ist der Einfluss auf den solaren
Ertrag im Einzelfall zu prüfen.
Der Solarspeicher sollte in der Nähe des Heizkessels
aufgestellt werden. Es ist darauf zu achten, dass der
Transport zum Aufstellort möglich und eine ausrei-
chende Raumhöhe vorhanden ist.
Neben geeigneten Aufstellorten für Kollektor und
Speicher ist einer zentrale Warmwasserbereitung im
Gebäude sehr sinnvoll.
Die Jahressumme der Globalstrahlung auf verschieden orientierte Eine Baugenehmigung ist in Hamburg außer bei denk-
Empfangsflächen (kWh/m2Jahr)
malgeschützten Gebäuden nicht notwendig.
10Die Sonne ist flach und 40 kg schwer
Welchen Kollektor auswählen und wie einbauen?
Es gibt unterschiedlichste Arten und Bauformen
von Kollektoren für verschiedene Einsatzgebiete
mit spezifischen Kosten und Leistungen:
- unverglaste Kollektoren (Absorber)
- Flachkollektoren Sonne zu nutzen ist nicht schwer: dieser Flachkollektor wiegt nur 40 kg.
- Vakuumröhrenkollektoren
Absorber
Der unverglaste Kollektor kommt in erster Linie und Heizbedarf für das Beckenwasser zeitlich in
als Kunststoffabsorber (meist aus EPDM) zur Er- idealer Weise zusammen. Die Anlagen sind einfach
wärmung von Schwimmbadwasser zum Einsatz. aufgebaut, kostengünstig und zuverlässig – und
Das Beckenwasser fließt direkt durch die Absor- wirtschaftlich günstiger als die Beheizung mit Öl
berrohre und wird dabei erwärmt. oder Gas.
Besonders für Freibäder sind diese Anlagen geeig- Eine umweltfreundliche Alternative auch für das
net, denn im Sommer fallen Sonneneinstrahlung private Schwimmbad!
solare Schwimmbadwassererwärmung im Freibad und privaten Pool
11Flachkollektoren flächig oder in Streifen) mit einer dunklen Be-
schichtung und aus mit ihm leitend verbundenen
Marktgängige Flachkollektoren bestehen aus einem Wärmeträgerrohren, die in der Regel aus Kupfer
Metallabsorber, der in einem flachen, rechteckigen bestehen.
Gehäuse untergebracht ist. Es ist zur Rückseite und
zu den schmalen Seiten wärmegedämmt und an Trifft Solarstrahlung auf den Absorber, wird sie
der Oberseite mit einer transparenten Abdeckung, überwiegend absorbiert und teilweise reflektiert.
dem Solar-Sicherheitsglas versehen. Zwei Rohran- Durch die Absorption entsteht Wärme, die im
schlüsse für den Zu- und Abfluss des Wärmeträ- Blech an die Wärmeträgerrohre oder -kanäle gelei-
germediums führen meist seitlich aus dem Kollek- tet wird. Durch diese strömt die Wärmeträger
tor. flüssigkeit, welche die Wärme aufnimmt und zum
Speicher transportiert.
Aufgabe eines Sonnenkollektors ist es, eine mög-
lichst hohe Wärmeausbeute zu erzielen.
Deshalb wird u. a. angestrebt, dem Absorber ein
hohes Absorptionsvermögen für Licht und ein
niedriges Emissionsvermögen für Wärme zu geben.
Dies erreicht man durch die Selektivbeschichtung.
Sie hat gegenüber schwarzen Lacken eine opti-
Schnitt durch einen Flachkollektor mierte Schichtstruktur zur Umwandlung kurzwel-
liger Solarstrahlung in Wärme und Verminderung
Flachkollektoren wiegen etwa 15 bis 20 kg/m2. Sie von Wärmeabstrahlung an die Umgebung.
werden in verschiedenen Größen hergestellt: von
1,5 m2 bis 12,5 m2, in bestimmten Fällen auch
Vorteile des Flachkollektors
größer. Die gängige Größe beträgt ca. 2 m2, d. h.
•p reisgünstiger als ein Vakuumröhrenkollektor
diese Kollektoren wiegen ca. 40 kg je Modul.
• vielseitige Montagemöglichkeiten (Aufdach-
montage, dachintegrierte Montage, Fassaden-
Das Kernstück eines Flachkollektors ist der Absor-
montage und Freiaufstellung)
ber. Er besteht aus einem gut wärmeleitenden Me-
• gutes Preis-Leistungsverhältnis
tallblech (z. B. aus Kupfer oder Aluminium, voll-
12Vakuumröhrenkollektoren Beim Vakuumröhrenkollektor ist der Absorber
entweder als flacher oder gewölbter Blechstreifen,
Zur Verringerung der thermischen Verluste in ei- oder als eine auf einem innenliegenden Glaskolben
nem Kollektor werden Glaszylinder (mit innenlie- aufgebrachte Beschichtung in eine evakuierte Glas-
gendem Absorber) ähnlich wie Thermoskannen röhre eingebaut. Die durch den Unterdruck in der
evakuiert. Um die Wärmeverluste durch Konvekti- Röhre gegenüber dem Luftdruck entstehenden
on vollständig zu unterdrücken, muss der in der Kräfte werden durch die hohe Druckfestigkeit der
Glasröhre eingeschlossene Raum auf unter 10–2 Röhrenform sehr gut aufgenommen.
bar evakuiert werden. Eine weitere Evakuierung
verhindert die Verluste durch Wärmeleitung. Ein Vakuumröhrenkollektor besteht aus einer An-
zahl miteinander verschalteter Röhren, die am Kopf
Die Strahlungsverluste sind, wie auch beim Flach- durch einen Verteiler- bzw. Sammlerkasten verbun
kollektor, durch selektive Schichten niedrig gehal- den sind. Darin laufen die gedämmten Vor- bzw.
ten. Die Wärmeverluste an die Umgebungsluft sind Rücklaufleitungen. Am Fuß werden die Röhren
damit sehr stark reduziert. Auch bei einer Absor- auf einer Schiene mit Röhrenhalterungen befestigt.
bertemperatur von 120°C und mehr bleibt das
Glasrohr außen kalt. Die meisten Vakuumröhren Es gibt zwei Arten von Vakuumröhrenkollektoren:
werden bis auf 10-5 bar evakuiert. die direkt durchströmten und die Heatpipe-Vaku-
umröhrenkollektoren. Bei der durchströmten Bau-
art wird der Wärmeträger entweder über ein Rohr-
im-Rohr-System (Koaxialrohr) bis zum Boden des
Aufbau eines durchströmten Vakuumröh- Glaskolbens geführt, wo er im Gegenstrom zurück
renkollektors (VIESSMANN, Allendorf)
fließt und dabei die Wärme vom hochselektiven
Absorber aufnimmt, oder er durchströmt ein U-
förmiges Rohr.
Bei dem Heatpipe Kollektortyp steckt in der eva-
kuierten Glasröhre ein Absorberstreifen, der mit
einem Wärmerohr (Heatpipe) metallisch wärmelei-
tend verbunden ist. Das Wärmerohr ist mit Alko-
hol oder Wasser mit Unterdruck gefüllt, der/das
schon bei geringen Temperaturen (ca. 25°C) ver-
13dampft. Der so entstandene Dampf steigt nach Kollektorkennlinien und Einsatzgebiete
oben. Am oberen Ende des Wärmerohrs wird die
durch Kondensation freiwerdende Wärme über ei- Die Abbildung zeigt typische Wirkungsgradkenn
nen Wärmetauscher (Kondensator) an die vorbei- linien der Kollektorarten Schwimmbadabsorber,
strömende Wärmeträgerflüssigkeit übertragen. Flachkollektor, Luftkollektor2 und Vakuumröhren-
Das Kondensat fließt in dem Wärmerohr zur er- kollektoren (ohne und mit CPC).
neuten Wärmeaufnahme nach unten zurück. Damit
dieser Vorgang funktioniert, müssen die Röhren Bei ∆ = 0 hat die jeweilige Kollektorart ihren
mit einer Mindestneigung von 25° montiert wer- höchsten Wirkungsgrad (η0). Bei ihrer Maximal-
den. temperatur, d. h. wenn sie ihre Stillstandstempera-
tur erreicht hat, ist der Wirkungsgrad gleich Null.
Der Einsatzbereich für die solare Trinkwassererwär-
Vorteile des Vakuumröhrenkollektors mung und Raumheizung liegt zwischen 15 und 70 K.
•h oher Wirkungsgrad auch bei niedrigen Ein-
strahlungen (z. B. im Winter)
• geringerer Flächenbedarf (ca. 1/3 weniger) im
Vergleich zu Flachkollektoren
• Montage auf Flachdächern ohne Aufständerung
möglich (durchströmte VRK)
• bei Ost-/West-Dachflächen kann der Richtungs-
nachteil teilweise ausgeglichen werden
Bei den sogenannten CPC1-Vakuumröhrenkollek-
toren werden zur Vergrößerung der Aperturfläche
verspiegelte Reflektoren eingesetzt.
Wirkungsgradkennlinien der verschiedenen Kollektorarten
1
CPC=combound parabolic concentrator 2
Luftkollektoren werden nicht von einer Flüssigkeit, sondern von Luft
durchströmt, die dann zur Raumlufterwärmung genutzt werden kann.
14Kollektormontage
Solarkollektoren in Aufdachmontage
Grundsätzlich lassen sich Kollektoren Aufdachmontage
- auf ein geneigtes Dach montieren
- in ein geneigtes Dach integrieren Bei der Aufdachmontage werden die Kollektoren
- auf ein Flachdach bzw. eine Freifläche etwa 5–10 cm über der Dachhaut montiert. Die
aufständern und Haltepunkte werden durch sogenannte Dachhaken
- an eine Fassade montieren oder Sparrenanker gebildet, die auf die Sparren,
auf eine Welle geschraubt oder auf einen Stehfalz
geklemmt werden. Erstere sind so geformt, dass
Jede dieser Lösungen hat ihre Vor- und Nachteile. sie zwischen zwei Reihen von Dachziegeln oder
Welche von ihnen ausgewählt wird, hängt von den Schindeln hindurchgeführt werden können.
örtlichen Gegebenheiten, der Kollektorart und den
eigenen Wünschen ab. Während bei Schrägdächern
und Fassaden Neigung und Ausrichtung mehr oder Vorteile der Aufdachmontage:
weniger vorgegeben sind, ermöglicht die Flach- • S chnelle und einfache Montage, sie ist dadurch
dachmontage oder die Freiaufstellung meist die preiswerter
exakte Südorientierung und den günstigsten Nei- • Die Dachhaut bleibt geschlossen
gungswinkel.
Nachteile der Aufdachmontage:
•Z usätzliche Dachlast (ca. 20–25 kg/m² Kollek-
torfläche für Flachkollektoren und 15–20 kg/m²
für Vakuumröhrenkollektoren)
• optisch nicht so ansprechend wie die Indach-
montage
• Rohrführung z. T. über Dach (Witterungsein-
flüsse, Vogelfraß)
15Indachmontage
Vorteile der Indachmontage:
Bei der Indachmontage werden die Dachziegel an •E s werden keine zusätzlichen Dachlasten auf-
der entsprechenden Stelle entfernt und die Kollek- gebracht
toren direkt auf die Dachlatten montiert. Die Ab- • Sie ist optisch ansprechender (Dacheindeck
dichtung an den Übergängen zur Dachhaut wird rahmen können bei einigen Herstellern in ver-
durch eine überlappende Konstruktion erreicht. Da- schiedenen Farben bezogen werden), Kollektor-
bei wird der Kollektor überwiegend mittels spezi- größe teilweise im Rastermaß der Dachflächen-
eller Eindeckrahmensysteme aus Aluminium oder fenster erhältlich
Zink und Blei in die Dachabdeckung eingebunden • Rohrführung unterhalb der Dacheindeckung
(ähnlich wie Dachfenster). Die Einbindung in ein • Einsparung von Dachpfannen (Neubau), Reser-
Schrägdach ist meist die architektonisch elegantere vepfannen (Altbau)
Lösung.
Nachteile der Indachmontage:
•T eurer, da material- und montageaufwendiger
• Die Dachhaut wird „unterbrochen“, mögliche
Schwachstelle
• Eventuell Abtransport von überschüssigen
Dachpfannen (Kosten)
Indachmontage von Flachkollektoren
DGS, LV Hamburg/Schleswig-Holstein
16Dachparallel montierte Vakuumröhrenkollektoren
Flachdachmontage Die Fassadenmontage
Grundsätzlich müssen Kollektoren auf Flachdächern Grundsätzlich lassen sich Flachkollektoren und
schräg angestellt werden (20–50°). Ausnahme: di- Vakuumröhrenkollektoren auch an Fassaden mon-
rekt durchströmte Vakuumröhrenkollektoren kön- tieren. Die Fassadenmontage spielt aber derzeit
nen auch horizontal auf einem Flachdach montiert noch eine untergeordnete Rolle. Vor dem Hinter-
werden. Für Flachkollektoren gibt es Flachdach- grund möglichst hoher Deckungsanteile im Winter
ständer aus verzinktem Stahl oder Aluminium in und insbesondere als architektonisches Gestaltungs
entsprechenden Anstellwinkeln. Aufgrund der ent- element findet sie jedoch zunehmend Anwendung.
stehenden Windangriffsflächen müssen die Kollek-
toren gegen Abheben und Herabstürzen bzw. Glei-
ten gesichert werden.
An der Fassade montierte Kollektoren
Auf Flachdach aufgeständerte Flachkollektoren
Wagner & Co Solartechnik, Coelbe
17Ein Speicher für die kalten Tage
Das Energieangebot der Sonne ist nicht beeinfluss- heraus, innerhalb des Speichers von oben nach un-
bar und stimmt selten mit den Zeiten des Wärme- ten durch einen Bodenflansch oder außerhalb des
bedarfs überein. Zum Ausgleich der kurzfristigen Speichers in der Wärmedämmung nach unten.
Witterungsschwankungen muss die solar erzeugte
Wärme gespeichert werden. Standard-Solarspeicher 4. Wärmetauscher, -anschlüsse
bestehen entweder aus emailliertem Stahl oder Edel Die Lage des Nachheizwärmetauschers im oberen
stahl und besitzen eine Reihe von Konstruktions- Speicherbereich garantiert eine rasche Erwärmung
merkmalen, die sie von konventionellen Trinkwas- des Bereitschaftsvolumens (Tagesbedarf), ohne dem
serspeichern unterscheidet und ihre Eignung hin- Solarkreis die Möglichkeit zu nehmen, auch geringe
sichtlich der Nutzung der Sonnenenergie entschei- Sonnenenergiemengen wirksam in den kälteren Be
dend beeinflusst: reich des Speichers einlagern zu können. Der Solar
kreiswärmetauscher sollte im Speicher möglichst
1. Schlankheit des Warmwasserspeichers weit nach unten reichen, damit der Speicherinhalt
Solarspeicher sind schlanke, hohe Standspeicher. bis zum Speicherboden erwärmt werden kann.
Nur so kann sich im Speicher eine Temperatur-
schichtung bilden: oben heißes, in der Mitte war- 5. Dämmung des Speichers
mes und unten kaltes Wasser. Diese Schichtung ist Zu einem leistungsfähigen Solarspeicher gehört
eine Grundvoraussetzung für das optimale Funk- auch eine gute Wärmedämmung. Sie sollte seitlich
tionieren einer Solaranlage. 10 und oben 15 cm dick sein und auch den
Speicherboden mit einbeziehen, überall gut anlie-
2. Prallplatte am Kaltwassereingang gen und aus FCKW- und PVC-freien Materialien
Sie verhindert, dass sich das bei einer Zapfung ein bestehen.
fließende Kaltwasser durch Verwirbelung mit wär-
merem Wasser in den höheren Schichten vermischt 6. Speichertemperaturfühler Solarkreis
und dadurch die Schichtung teilweise zerstört wird. Dieser Fühler sollte immer im unteren Drittel des
Speichers auf der mittleren Höhe des Solarkreis-
3. Warmwasserentnahme wärmetauschers angebracht werden. Wenn keine
Damit keine unnötigen Wärmeverluste entstehen, Tauchhülse in der entsprechenden Höhe am Spei-
erfolgt in einem Solarspeicher die Warmwasserent- cher zur Verfügung steht, kann auch ein Anlege-
nahme aus dem Bereitschaftsbereich bzw –volumen fühler verwendet werden.
entweder syphonartig seitlich aus dem Speicher
187. Speichertemperaturfühler Nachheizung Insbesondere aus hygienischen Gründen werden
Dieser Fühler liefert die Information für die Rege- zunehmend sogenannte Frischwassersysteme ein-
lung der Nachheizung und signalisiert entsprechend gesetzt, bei denen der Solarspeicher als Pufferspei-
der an der Kesselregelung eingestellten Warmwasser cher ausgeführt ist und die Trinkwassererwärmung
temperatur Beginn und Ende der Nachheizung. An im Durchlaufprinzip entweder über einen internen
gebracht werden sollte er in Höhe des Nachheiz Rippenrohrwärmetauscher oder externen Platten-
wärmetauschers oder höher, jedoch niemals unter- wärmetauscher erfolgt. Weiterer Vorteil gegenüber
halb. trinkwasserbefüllten Speichern: die Speichermaxi-
maltemperatur liegt bei 90°C, so dass der Speicher
Die Speichertemperatur sollte bei trinkwasserbe- mehr Solarwärme aufnehmen und bevorraten kann.
füllten Speichern möglichst 60°C nicht überschrei- Sonnen-
ten, da ab dieser Temperatur verstärkt der Kalk kollektor
Warm-
Dreiwege-
ventil
wasser
im Trinkwasser ausfällt. Um auf jeden Fall eine Bereitschafts- Heiz-
volumen kessel
Verbrühungsgefahr durch zu heißes Speicherwasser
auszuschließen, befindet sich am Warmwasseraus-
gang des Speichers ein Brauchwassermischer, der Kalt-
ggf. Kaltwasser zumischt. wasser
Solarkreis-
Frischwassersysteme pumpe
Speicher für die solare Heizungsunterstützung
Für die Nutzung der Sonnenenergie zur Unterstützung
der Raumheizung in der Übergangszeit werden so-
genannte Kombispeicher eingesetzt. Hierbei erfolgt
die Trinkwassererwärmung entweder im
- Durchlaufprinzip mittels innen- oder aussenlie-
gender Wärmetauscher (s. Seite 21) oder als
- Tank-in-Tank Speicher (s. Seite 22)
Sowohl die Nachheizung wie auch die Heizungs-
anbindung an den Speicher erfolgen direkt.
Der Standardsolarspeicher
19Planung und Auslegung
Solaranlagen zur Warmwasserbereitung Kollektorfläche
1,5 m2 Flachkollektorfläche pro Person
In der Regel verfolgt die Auslegung einer thermi- 1 m2 Vakuumröhrenkollektorfläche pro Person
schen Solaranlage zur Warmwasserbereitung im Speichervolumen
Ein- und Zweifamilienhausbereich das Ziel, den 80 - 100 Liter pro Person
Energiebedarf der Trinkwassererwärmung während
der Sommermonate Mai bis September zu 100% In der nachfolgenden Abbildung sind die monatli-
über die Solaranlage abzudecken. In den übrigen Mo chen solaren Deckungsanteile einer solarthermi-
naten, in denen der Heizkessel ohnehin läuft, muss schen Anlage dargestellt. Man erkennt, dass sich
die Nachheizung entsprechend der Einstrahlung bei einer 100% solaren Deckung des Bedarfs in
die fehlende Wärme liefern. den strahlungsreichen Monaten Mai bis August
ein Jahresdeckungsanteil von 60% ergibt .
Der Warmwasserverbrauch der Bewohner eines
Hauses ist eine Schlüsselgröße bei der Anlagenpla-
100
90
nung und sollte, sofern keine Verbrauchsmessungen Zusatzenergie Sonnenenergie Zusatzenergie
80
vorliegen, so gut wie möglich abgeschätzt werden. 70
Im Zuge der Bedarfsermittlung sollte geprüft wer-
Energiebedarf in %
60
den, ob die Möglichkeiten, Trinkwasser zu sparen, 50
bereits konsequent genutzt werden (z.B. durch 40
wasser- und energiesparende Armaturen). Geringe- 30 Absorberfläche 5 m 2
Speicherinhalt 300 l
rer Wasserverbrauch bedeutet kleinere Solaranlagen 20 Tägliche Entnahme 120 l
Wassertemperatur 45 °C
und damit niedrigere Investitionen!
10
Der solare Deckungsanteil
0 in den einzelnen Monaten
Der durchschnittliche Warmwasserverbrauch liegt Jan Fe b März April M ai Juni Juli Aug Sept Ok t No v D ez
bei ca. 40 Litern (45°C) pro Person und Tag.
Eine Vergrößerung der Kollektorfläche zur Erhö-
hung des Deckungsanteils hätte nicht nutzbare Über
Aufgrund jahrzehntelanger Erfahrung mit thermi-
schüsse in den Sommermonaten zur Folge und ist
schen Solaranlagen lässt sich für die komplette Ab
nicht zu empfehlen. Dies führt nicht nur zu häufi-
deckung des Warmwasserbedarfs in den Sommer-
gen sehr hohen thermischen Belastungen der Kollek
monaten als erste Abschätzung für die wesentlichen
toren (Stillstand), sondern auch zu einer geringeren
Anlagekomponenten angeben:
Wirtschaftlichkeit (Mehrkosten sind höher als
Mehrertrag).
20Solaranlagen zur Heizungsunterstützung Sonnen-
kollektor Dreiwege-
(Kombianlagen) Beimischung
ventil
Warm-
wasser Bereitschafts- Heiz-
Neben der Standardsolaranlage zur Trinkwasser volumen kessel
Pufferbereich
erwärmung begünstigt der zunehmend sinkende Raumheizung Heizungs-
Regelung
Wärmebedarf durch gestiegene Anforderungen im vorlauf
Neubau und Bestand sowie die steigenden Energie Rücklauf- Raum-
beimischung heizung
kosten den Trend, Solarsysteme mit Heizungsunter
stützung zu installieren, sogenannte Kombianlagen. Kaltwasser Heizungsrücklauf
Hier ist eine Abdeckung des Gesamtwärmebedarfs Solarkreis-
durch die Solaranlage, je nach Wärmeschutz des pumpe
Gebäudes, von 10-20% im Bestand bis zu 20-50% Anlage mit Kombispeicher und Pufferbereich für den Heizkessel
in einem Niedrigenergiehaus zu erwarten.
Die Heizungsunterstützung ist technisch so reali- Bei diesem Konzept arbeitet der Heizkessel aus-
siert, dass entweder der Kessel auf den Speicher schließlich auf den Pufferspeicher. Dies hat den
(Pufferspeicher) und dieser auf den Heizkreis ar- Vorteil, dass ein häufiges Aus- und Einschalten
beitet oder der Heizungsrücklauf über das Solarsy- (Takten) des Heizkessels und die daraus resultie-
stem in der Temperatur angehoben wird. Der Heiz renden höheren Emissionen vermieden werden. Es
kessel muss dann weniger bis keine Wärme nach- wirkt sich insbesondere dann positiv aus, wenn
liefern. nur eine geringe Leistung für die Gebäudeheizung
benötigt wird. Beim Einsatz von Holzheizkesseln
Die nachfolgenden Abbildungen zeigen zwei ist ein Puffervolumen zwingend notwendig. Der
mögliche Systemvarianten einer solarthermischen Heizkreis entzieht dem Speicher im oberen Bereich
Anlage mit Heizungsunterstützung im Hinblick Heizungswasser und speist den abgekühlten Hei-
auf die Warmwasserbereitung. zungsrücklauf unten in den Pufferspeicher ein.
21Anlage mit Kombispeicher als Tank-in-Tank Speicher
In den Pufferspeicher ist ein kleinerer Trinkwasser- Speichervolumen
speicher fest eingebaut. Der Solarkreis wird über ca. 50 Liter pro Quadratmeter Flachkollektorfläche
einen internen Wärmetauscher geführt, die Nach- ca. 80 Liter pro Quadratmeter Vakuumröhren
heizung lädt direkt in den oberen Bereich. Auch kollektorfläche
hier entzieht der Heizkreis dem Speicher im oberen
Bereich Heizungswasser und speist den abgekühl- Nutzungspflicht für Erneuerbare Energien bei
ten Heizungsrücklauf unten in den Pufferspeicher neuen Wohngebäuden (Erneuerbare-Energien-
ein. Wärmegesetz – EEWärmeG)
Für die Auslegung von Kollektorfläche und Speicher- Bei Wohngebäuden mit höchstens 2 Wohnungen
volumen lassen sich folgende Richtwerte angeben: ist bei Verwendung von Solarkollektoren die Nut-
zungspflicht erfüllt, wenn mindestens 0,04 m2
Kollektorfläche Aperturfläche / m2 Nutzfläche installiert werden.
3 m² Flachkollektorfläche pro Person Die Solarkollektoren müssen hierbei mit dem eu-
2 m² Vakuumröhrenkollektorfläche pro Person ropäischen Prüfzeichen „Solar Keymark“ zertifi-
ziert sein.
22Solarthermie im Wohnungsbau
Die „zweite Miete“ wird immer mehr zu einem System im Durchlaufprinzip
entscheidenden Kriterium auf dem Wohnungs-
markt. Moderne Anlagentechnik und niedrige Be-
triebskosten für Heizung und Warmwasser sichern
die langfristige Vermietbarkeit des Wohnungsbe- Bereit-
schafts-
stands. Hinzukommt der Imagegewinn für das speicher
Wohnungsunternehmen gegenüber Mitbewerbern.
Auch sind im Vergleich zu Kleinanlagen günstigere
solare Wärmegestehungskosten möglich.
Frischwassersystem mit Nachheizung im Bereitschaftsspeicher
Anlagensysteme
Kennzeichen dieses Konzeptes ist, dass die im Puffer
Im Bereich der großen solarthermischen Anlagen
gespeicherte Solarwärme direkt den Kaltwasser
(Kollektorfläche > 30m²) haben sich mittlerweile
eintritt des Bereitschaftsspeichers erwärmt. Unab-
die Systeme durchgesetzt, bei denen der überwie-
hängig davon wird über einen Kessel bei Bedarf
gende Teil des notwendigen Wasservolumens in
nachgeheizt. Besonderes Augenmerk bei diesem
Pufferspeichern bevorratet und nur noch ein rela-
System ist auf die Auslegung des Wärmetauschers
tiv kleiner Bereitschaftsspeicher mit Trinkwasser
zur Entladung des Pufferspeichers zu legen, da ein
befüllt wird. Beispielhaft sind im Folgenden zwei
weiter Bereich – von Kleinstzapfungen bis zum
Anlagensysteme beschrieben:
Spitzendurchfluss – abzudecken ist. Sehr gut geeig-
net ist dieses System für die Integration in eine be-
stehende Anlage. Diese Konzept stellt hohe Anfor-
derungen an die Regelung.
23Große solarthermische Anlage auf Altenpflegeheim (Quelle: solifer)
Speicherladesystem
Bereit-
schafts-
speicher
Ladesystem mit Nachheizung beim Beladen
Bei diesem Konzept entnimmt der Ladekreis Wasser Besonderes Augenmerk ist bei diesen Systemen auf
aus dem unteren Teil des Bereitschaftsspeichers, die Einbindung der Zirkulationsleitungen in den
fährt über den Wärmetauscher und lädt das er- Trinkwasserspeicher zu legen, um hier die Beladung
wärmte Wasser oben in den Bereitschaftsspeicher. aus dem solar beheizten Pufferspeicher möglichst
Damit diese Systeme gut arbeiten, muss der Bereit- nicht zu behindern.
schaftsspeicher im unteren Teil ein zusätzliches
Volumen – die sogenannte Kaltwasservorlage – Eine direkte Nachheizung des Pufferspeichers bringt
enthalten. Zur Abpufferung von Schwankungen aus Gründen der möglichen Verschleppung von
im Zapfprofil kann dem Bereitschaftsspeicher ein konventioneller Energie in den kalten Solarteil des
Vorwärmspeicher vorgeschaltet werden. Pufferspeichers geringere Solarerträge.
24Dimensionierung
Da im Wohnungsbau die Wirtschaftlichkeit der 1,5 m² pro Wohneinheit bei Flachkollektoren
Solaranlage in der Regel im Vordergrund steht, 1m² pro Wohneinheit bei Vakuumröhrenkollektoren
müssen hier möglichst hohe Systemnutzungsgrade
und damit hohe Erträge erzielt werden. Erreicht Speichergröße Pufferspeicher:
wird dies mit sogenannten Vorwärmanlagen, die 50 Liter pro m² Kollektorfläche (unabhängig vom
mit kleineren Kollektorflächen pro Person und da- Kollektortyp)
mit geringeren Deckungsgraden als im Ein- und
Zweifamilienhausbereich ausgelegt werden. Da Speichergröße Bereitschaftsspeicher
dieser Anlagentyp auch im Sommer meist nur eine Tagesverbrauch 0,25
Vorwärmung des Trinkwassers erzielt, bleibt die
konventionelle Heizung ganzjährig in Betrieb. Für den Fall der solaren Heizungsunterstützung ist
Grundvoraussetzung für eine Auslegung ist die eine Verdopplung der spezifischen Kollektorfläche
Kenntnis des tatsächlichen Warmwasserverbrauchs. und entsprechende Anpassung des Speichervolumens
Dies kann bei bestehenden Gebäuden über die empfehlenswert. Diese Richtwerte geben eine erste
Warmwasserverbrauchmessungen erfolgen, im Abschätzung, ersetzen jedoch nicht die objektspezi-
Neubau müssen Vergleichswerte herangezogen fische Fachplanung.
werden. Eine objektspezifische Planung mit Hilfe eines
Simulationsprogrammes ist in jedem Falle zu emp-
Ausgehend vom Warmwasserverbrauch können für fehlen. Das SolarZentrum Hamburg bietet hierzu
eine mittlere solare Deckung von 35-45% folgende die entsprechende Unterstützung an
Faustformeln genannt werden: (www.solarzentum-hamburg.de).
Kollektorfläche: Nutzungspflicht für Erneuerbare Energien bei neuen
1 m² pro 50 Liter (60°C) Warmwasserverbrauch Wohngebäuden (EEWärmeG)
pro Tag bei Flachkollektoren Bei Wohngebäuden mit mehr als 2 Wohnungen ist
0,7 m² pro 50 Liter (60°C) Warmwasserverbrauch bei Verwendung von Solarkollektoren die
pro Tag bei Vakuumröhrenkollektoren Nutzungspflicht erfüllt, wenn mindestens 0,03 m2
Aperturfläche / m2 Nutzfläche installiert werden.
Geht man von einem mittleren Warmwasserver- Die Solarkollektoren müssen hierbei mit dem
brauch von 70 Litern (60°C) pro Wohneinheit europäischen Prüfzeichen „Solar Keymark“
aus, ergibt dies zertifiziert sein.
25Mietrechtliche Fragen
Die Installation einer Solaranlage ist neben einer Gasverbrauch erkennbar dauerhaft reduziert, so
Wertsteigerung des Gebäudes mit der Einsparung können die Kosten für die Solaranlage in begrenz-
nicht erneuerbarer Energie, also mit der Einsparung tem Umfang auf die Mieter umgelegt werden.
von Brennstoffkosten verbunden. Wird das
Gebäude durch die Eigentümer selbst genutzt, Derzeit ist eine Mieterhöhung um 11% der für die
kommt diese Kosteneinsparung dem Investor Wohnung aufgewendeten Investitionskosten
direkt zugute, beispielweise bei Wohneigentumsge- möglich. Dabei dürfen die Kosten für ohnehin
nossenschaften. Im Fall des klassischen Vermieter- erforderliche Instandhaltungsarbeiten nicht mit
Mieter-Verhältnisses trägt im Regelfall der einbezogen werden.
Vermieter die Investition, während die Kostenein-
sparungen auf der Nutzerseite liegen. Hier bietet Alternativ zur Mieterhöhung nach § 559 BGB
das Mietrecht Möglichkeiten, die Nutzer in kann auch die „normale“ Mieterhöhung nach §
angemessener Weise an den Investitionskosten zu 558 BGB erfolgen. Diese Mieterhöhung ist unab-
beteiligen. hängig von erfolgten Maßnahmen und bezieht sich
auf die ortsübliche Vergleichsmiete.
Wenn der Vermieter bauliche Maßnahmen durch- Die Mietervereine beraten ihre Mitglieder u. a.
geführt hat, die den Gebrauchswert der Mietsache auch bei konkreten Fragen zu Mieterhöhungen.
nachhaltig erhöhen, die allgemeinen Wohnverhält-
nisse auf Dauer verbessern oder insbesondere Im öffentlich geförderten Wohnungsbau gelten
nachhaltig Einsparungen von Energie oder Wasser besondere Bedingungen.
bewirken, kann die Miete nach § 559 Bürgerliches
Gesetzbuch (BGB) erhöht werden. Wird also durch
den Einbau einer Solaranlage z. B. der Heizöl- oder
26Gute Planung zahlt sich aus
Mangelnde Abstimmung der Gewerke kann zu er- Beim Schrägdach entstehen oft Probleme durch
heblichen Kostensteigerungen führen. Daher kommt mangelnde Koordination zwischen Dachdecker und
der Kommunikation und Koordination zwischen Solarbetrieb. Gerüstzeiten werden nicht abgestimmt
Architekt, Bauleiter und ausführenden Firmen und zusätzliche Kraneinsätze werden nötig. Oft
besondere Bedeutung zu. Einige Beispiele dazu: deckt der Dachdecker das Dach komplett ein, die
Solarfirma öffnet es wieder und anschließend ver-
Kollektorfelder auf Flachdächern werden bisweilen schließt es der Dachdecker aus Gewährleistungs-
mit sehr aufwendigen und kostenintensiven Auf- gründen erneut.
ständerungen versehen. Bei solchen Anlagen lohnt Werden die Installation von Solaranlage und Hei-
es sich in jedem Fall, einen Statiker hinzuzuziehen, zungsanlage von verschiedenen Firmen ausgeführt,
der auf diesem Gebiet Erfahrung hat und ohne müssen die jeweiligen Systemgrenzen genau beschrie
„Angstzuschläge“ rechnet. Bisweilen kann es auch ben werden. Oft wird die Koordination im Technik
sinnvoll sein, eine Aufständerung mit kleinerem raum den beteiligten Firmen überlassen. Mangeln-
Neigungswinkel zu wählen. Das bedeutet zwar de Absprachen und Informationen führen dabei
geringere spezifische Erträge, aber gleichzeitig oft zu gegenseitigen Behinderungen und aufwendi-
auch geringere Kosten durch die verminderten gen Rohrleitungsführungen, also zu Mehrkosten.
Windlasten.
Eisenbahnbauverein Harburg e.V.
27Energiebilanz
Energetischer Nutzen und Ökobilanz Der tatsächliche Energiegewinn hängt stark von den technischen Daten
der Anlage, der Ausrichtung des Daches und insbesondere dem Warm
Eine typische Flachkollektor-Solaranlage im Einfa- wasserverbrauch ab. Größere Anlagen mit spezifisch höherer Warm-
milienhaus zur Warmwasserbereitung kann ca. ein wasserlast und damit niedrigeren Arbeitstemperaturen können höhere
Drittel der eingestrahlten Sonnenenergie in Wärme Energieerträge von 500-600 kWh/m²a erreichen. Die so ermittelten
energie umwandeln. Etwa 350-450 kWh/Jahr Netto- Energieerträge sind jedoch nicht identisch mit der eingesparten kon-
Nutzenergie pro m² Kollektorfläche, je nach Kollek ventionellen Energie. Hier ist der Wirkungsgrad bei der konventionel-
torbauart, können mit einer solchen Solaranlage len Energieerzeugung zu berücksichtigen. Geht man davon aus, dass
gewonnen werden. ein Heizkessel während des Sommerhalbjahrs in erster Linie für die
Trinkwassererwärmung in Betrieb ist, so liegen die Kesselnutzungsgrade
bei konventionellen Geräten bei ca. 60%. Brennwert- und Niedertem-
peraturkessel können im Warmwasserbetrieb nur 80% an Brennstoff
in Nutzwärme umsetzen.
Nimmt man einen mittleren Nutzungsgrad von 70% an, dann ent-
sprechen 400 kWh/m² Netto-Nutzenergie einer Primärenergie-Einspa-
rung von etwa 570 kWh. Dies entspricht einer Energiemenge von ca.
57 Litern Heizöl bzw. 57 m³ Erdgas. Bei einer angenommenen Lebens
dauer von 20 Jahren für die Kollektoranlage ergibt sich also eine Ein-
sparung an Primärenergie von 20 x 570 kWh = 11.400 kWh je m²
Kollektor. Damit ist gleichzeitig eine Einsparung von über 3.000 kg
CO2 pro m² gegenüber einer Beheizung mit Heizöl EL verbunden.
Wird die elektrische Warmwasserbereitung durch den Anschluss von
Waschmaschine und Geschirrspüler teilweise solar kompensiert, er-
höht sich die Einsparung und damit die Umweltentlastung.
Ein weiterer Faktor ist die Energie-Rücklaufzeit einer Solaranlage.
Hierunter versteht man den Zeitraum, den die Solaranlage in Betrieb
sein muss, um die für die Herstellung der Anlage aufgewendete Ener-
gie wieder solar zu erzeugen. Umfangreiche Studien haben gezeigt,
dass die hier beschriebenen Solarsysteme eine Energierücklaufzeit von
Spezifische Erträge pro Kollektorfläche und Jahr für eine Flach- und eine 1-2 Jahren besitzen. Konventionelle Heizanlagen dagegen verbrau-
Vakuumröhrenkollektoranlage (6m² Flachkollektoren, 4m² Vakuumröhren- chen fossile Energieträger nicht nur zur Herstellung, sondern auch
kollektoren, 300 Liter Speicher)
während des Betriebs.
28Was kostet die Anlage?
Bei Kleinanlagen im Ein- und Zweifamilienhaus- An den Investitionskosten für Solaranlagen im
bereich liegen die spezifischen Investitionskosten Wohnungsbau haben die Kosten des Kollektor-
etwa bei felds einen Anteil von bis zu 40%. Mit zunehmen-
der Größe der Kollektorfläche findet sich ein Po-
•1 .000 € pro Quadratmeter Kollektorfläche bei tenzial für deutliche Kostendegressionen.
Flachkollektoren Die Gesamt-Systemkosten realisierter Anlagen im
• 1.250 € pro Quadratmeter bei Vakuumröhren- Wohnungsbau liegen zwischen etwa 500 €/m² in
kollektoren günstigen und etwa 1.400 €/m² in ungünstigen
Fällen. Bei guten baulichen Vorraussetzungen und
Die Kosten beinhalten sämtliche Komponenten, richtiger Auslegung der Anlagen sind Investitions-
die Montage und die Mehrwertsteuer. kosten von 500 - 650 € je m² Kollektorfläche inkl.
Die Betriebskosten bei Kleinanlagen, d.h. Wartung Planung und Baunebenkosten zu erreichen. Damit
und Stromkosten, liegen in der Größenordnung sind die Kosten um etwa die Hälfte niedriger als
von jährlich 1% der Investitionskosten. bei Kleinanlagen im Ein- und Zweifamilienhausbe-
reich.
Bei großen Solaranlagen im Mehrgeschosswohnungs
bau ist die Kostenbetrachtung etwas umfangreicher. Die Finanzierungskosten richten sich nach dem
Zu betrachtende Parameter für die Wirtschaftlich- Kreditbedarf des Investors und den aktuellen Zins-
keitsermittlung sind hierbei: konditionen. Zur Förderung der Investitionsbereit-
schaft stehen zinsgünstige Kredite der Kreditanstalt
• ie Investitionskosten der Anlage
d für Wiederaufbau (KfW) zur Verfügung (www.
• Finanzierungskosten (Kreditzins) kfw.de).
• Kosten für Wartung und Instandsetzung
• die Nutzungsdauer der Anlage bzw. der Ab-
schreibungszeitraum
• Kosteneinsparungen an konventioneller Energie
• sonstige Kosteneinsparungen
29Die Kosten für Wartung und Instandsetzung wer- können dafür Kosten von ca. 50 € je m² in Ansatz
den nach VDI-Richtlinie 2076 mit 1% der Investi- gebracht werden.
tionskosten einer Anlage angesetzt. Dieser Wert
wird in der Praxis nur selten erreicht. Es erscheint Das Kosten-/Nutzenverhältnis thermischer Solar-
auch vom Ansatz her problematisch, diese Kosten anlagen aus betriebswirtschaftlicher Sicht wird
an die Investitionssumme zu koppeln. Spezifisch durch die solaren Wärmegestehungskosten be-
teurere Anlagen mit hochwertigen Komponenten schrieben. Hierzu werden alle Investitionen und
führen nicht zwangsläufig zu höheren Instandhal- Betriebskosten der Anlage mit dem erwirtschafte-
tungskosten. Hier ist ein m²-bezogener Ansatz ten Energieertrag verglichen. Danach ergeben sich
zielführender. Ein jährlicher Ansatz von 3,50 € je für die Anlagen im Ein- und Zweifamilienhausbe-
m² erscheint realistisch. reich Wärmegestehungskosten zwischen 0,10 –
0,15 € je kWh. Anlagen im Mehrgeschosswoh-
Die Nutzungsdauer der Anlagen kann mit 20 Jah- nungsbau erzielen Wärmegestehungskosten zwischen
ren angesetzt werden. Dies ergab eine Studie des 0,06 – 0,11 € je kWh und liegen damit deutlich
BMWi. unter den fossilen Wärmegestehungskosten mit
0,15 € je kWh bei einer angenommenen Energie-
Die Energiekosteneinsparungen errechnen sich aus preissteigerung von jährlich 5%.
den tatsächlich vermiedenen Brennstoffkosten für
konventionelle Energie. Zu berücksichtigen ist da
bei die von der Solaranlage bereitgestellte Nutzen- Die folgende Beispielrechnung zeigt, dass eine
ergie zuzüglich der Umwandlungsverluste, die bei größere thermische Solaranlage zur solaren Warm-
der Erzeugung dieser Energiemenge durch die kon- wasserbereitung bei guten Bedingungen und unter
ventionelle Heizanlage aufgetreten wären. Bei grö- Berücksichtigung öffentlicher Förderung durchaus
ßeren Anlagen im Wohnungsbau sind Energieer- wirtschaftlich konkurrieren kann.
träge von 500 – 600 kWh/m² zu ereichen. Bei einer Steigerung der Energiepreise in den
nächsten Jahren stellt sich diese Rechnung deutlich
Weitere Kosteneinsparungen sind beispielsweise zu vorteilhafter zugunsten der Solaranlage dar.
erzielen, wenn durch die Installation einer Solar-
anlage im Neubau auf die Dachdeckung verzichtet
werden kann (Indachmontage). Je m² Dachdeckung
30Mehrfamilienhaus (Bestand)
Grösse WE 15 70
Dachausrichtung ° 0 0
Dachneigung ° 30 30
Einstrahlung kWh/m²Jahr 1.000 1.000
Absorberfläche m² 1,5 m²/ WE 22,5 105,0
Investitionskosten Solaranlage
spezifische Investitionskosten Euro/m² 800 600
Investitionskosten inkl. Montage und MwSt Euro 18.000 63.000
Förderung Hamburg Euro 2.250 10.500
Förderung BAFA/KfW Euro 1.380 18.900
Kosten abzgl. Zuschuss Euro 14.370 33.600
Kapitalkosten
Darlehens-Zinssatz % 4,00 4,00
Abschreibungszeitraum Jahre 25 25
Annuität 0,064 0,064
Kapitalkosten Euro/Jahr 920 2.151
Betriebskosten
Wartung und Instandhaltung Euro/Jahr 3,50 Euro/m² 79 368
Pumpenstrom Euro/Jahr 15 50
Betriebskosten gesamt Euro/Jahr 94 418
Energieeinsparung durch die Solaranlage
spezifischer Energieertrag Solaranlage kWh/m²Jahr 400 400
jährlicher Energiegewinn kWh/Jahr 9.000 42.000
Kessel-Nutzungsgrad Warmwasser % 70 70
Einsparung Energieträger kWh/Jahr 12.857 60.000
Kosten Energieträger Euro/kWh 0,09 0,09
Energiepreissteigerung % 5,00 5,00
Energiekosteneinsparung Euro/Jahr 2.102 9.810
Gesamtbilanz / Abscheibungszeitraum (20 Jahre)
Kapitalkosten Euro 22.996 53.770
Betriebskosten Euro 2.344 10.438
Gesamtkosten Euro 25.340 64.208
Energiekosteneinsparung Euro 52.552 245.243
Gesamtkosten Euro -27.212 -181.035
Wirtschaftlichkeit
Amortisationszeit (dynamisch) Jahre 12,1 6,5
Stand: November 2008
solare Wärmegestehungskosten Euro/kWh 0,11 0,06
fossile Wärmegestehungskosten bei Euro/kWh 0,16
5% Energiepreissteigerung pro Jahr
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