Das massive Sonnenhaus Das Sonnenhaus im Kontext einer zukünftigen regenerativen Energieversorgung

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1 Das massive Sonnenhaus Das Sonnenhaus im Kontext einer zukünftigen regenerativen Energieversorgung Primärenergieverbrauch der Industriestaaten Die steigenden Öl und Gaspreise der letzten Jahre haben uns deutlich vor Augen geführt, Die Welt braucht Energie. Die Abhängigkeit unserer Volkswirtschaften von einer ausreichenden Versorgung mit billiger Energie treibt die Diskussion einer zukünftigen Energieversorgung. Die Schlagzeilen zum Thema sind sehr unterschiedlich und widersprüchlich. Die Verunsicherung steigt, die Börsen sind nervös. Die Energiepreise unterliegen sehr starken Schwankungen jedoch mit steiler Tendenz nach oben. An den Anfang dieses Vortrags über das massive Sonnenhaus will ich die These stellen: Die Energieversorgung ist an einem Wendepunkt angelangt. Im September 2005 sagte der französische Premierminister Villepin: Wir treten ein in die Ära nach dem Öl.. Die Weltwirschaft steht vor der Herausforderung, die Energieversorgung innerhalb von zwei Generationen auf eine nachhaltige Basis zu stellen. Dabei ist das oberste Ziel, die Armut und die unwürdigen Lebensbedingungen vieler Menschen zu beenden. Die eine Aufgabe ist mit der anderen auf engste verknüpft. Die Versorgung der Weltbevölkerung mit sauberem Trinkwasser und Lebensmitteln steht durchaus in Konkurrenz zur künftigen Energieversorgung der reichen Industriestaaten. Primärenergieverbrauch in Deutschland Der Gesamtverbrauch an Primärenergie in Deutschland beträgt ca Milliarden Kilowattstunden pro Jahr. Der Anteil der Gebäudeheizung beträgt ca. 35%, der Bruttostromerzeugung ca. 38%. Der Verkehr schlägt mit 18% zu buche. Ein weiterer großer Posten ist die Prozesswärme für die Produktion von Stahl, Glas, Brennvorgänge von Keramik und Ziegeln oder die Hochofenprozesse für die Silizium Herstellung und andere.

2 Regenerative Energieversorgung Für eine Betrachtung der zukünftigen Energieversorgung seien kurz die wichtigsten Standbeine einer regenerativen Energieversorgung dargestellt: Wind, Wasser, Sonne, Tiefengeothermie und die energetische Verwertung von Pflanzen und deren Abbauprodukten. Grundsätzlich liefert die Sonne ausreichend Energie für eine Vollversorgung. Die größte Schwierigkeit besteht darin, das Angebot und die Nachfrage nach Energie sowohl räumlich als auch zeitlich zusammen zu bringen. Energie muß speicherbar werden, und transportabel. Hochtemperaturanwendungen sind regenerativ wesentlich schwieriger zu erreichen, als die Bereitstellung von Niedertemperaturwärme. Dasselbe gilt für Mobilität und Stromerzeugung. Der Ausbau der Hochofentechnik für die Reinst-Siliziumproduktion geht nur langsam voran, und die Prozesswärme für die Herstellung beträgt 1000 C, die elektrisch erzeugt werden. Um einen Liter Heizöl zu ersetzen, braucht man 2 kg Holz zum Verbrennen, um einen Liter BTL (biomass to liquid ein syntetischer Treibstoff aus Pflanzenmasse) herzustellen, um damit Auto zu fahren, benötigt man 6 kg Holz. Dezentrale kleine Biomasse Stromerzeuger erreichen derzeit nur Wirkungsgrade von %. Energie für die Gebäudeheizung Bei der Betrachtung der künftigen Energieversorgung für die Gebäudeheizung zeigen sich die Probleme die einseitig optimierte Lösungen aufwerfen. Das Beheizen von Gebäuden mit Strom verlangsamt den Umbau hin zu einer regenerativen Stromerzeugung, und Sonnenstrom ist nicht speicherbar. Sonnenstrahlung ist die einzige Energieform die beinahe unbegrenzt auf der Erde zur Verfügung steht. Die zeitliche und räumliche Trennung vom Verbrauch macht uns Probleme. Das Beheizen von Gebäuden mit elektrischen Wärmepumpen schafft mehr Probleme als es löst. Die Primärenergieeffizienz ist vergleichbar der Brennwerttechnik. Die Investitionen in die Anlagentechnik, Kraftwerke und Infrastruktur sind jedoch ungleich höher. Gebäudebeheizung ist eine typische Niedertemperaturanwendung. Ideal geeignet für thermische Solarsysteme. Die Technik ist einfach und ausgereift. Die Speicherung von Wärmeenergie bis 100 C in Wassertanks hat sich seit Jahrzehnten bewährt, und solche Tanks sind gut zu bewirtschaften. Man pumpt einfach das Wasser durch das Heizsystem. Komplizierte thermochemische Umwandlungsprozesse sind nicht notwendig.

3 Sonnenhaus und Passivhaus Sowohl beim Sonnenhaus als auch beim Passivhaus ist der Heizenergieverbrauch minimiert, und die passive Nutzung der Sonnenenergie optimiert. Bei den Heizsystemen bestehen deutliche Unterschiede. Beim Sonnenhaus wird über eine große thermische Solaranlage Sonnenwärme in einem Wassertank gespeichert und bedarfsgerecht an das Haus abgeben. Solare Deckungsgrade von % für Heizung und Warmwasser sind möglich. Die Wärme wird über ein Wasserheizsystem im Haus verteilt. So ist es möglich mit 25 C Heizungsvorlauftemperatur ein Haus bei -16 C Außentemperatur auf 21 C zu beheizen. Der Wassertank und das Wasserheizsystem ermöglichen eine Speicherung der Sonnenenergie und eine genaue bedarfsgerechte Abgabe an das Gebäude. Der Restenergiebedarf, der nicht solar gedeckt wird, wird mit Holz oder anderen Energiepflanzen bereitgestellt. Auf einen sehr geringen Stromverbrauch der gesamten Heizund Warmwasseranlage wird größter Wert gelegt. Das Sonnenhaus erreicht einen Primärenergieverbrauch nach ENEV von 10 kwh/m² Jahr. Beim Passivhaus wird der Heizenergieverbrauch soweit optimiert, dass auf eine wassergeführte Heizverteilung verzichtet werden kann. Die Heizwärme wird dem Gebäude über Luftleitungen zugeführt. Damit ist eine komfortable Beheizung der Gebäude bis ca. -4 C Außentemperatur möglich. Eine Nutzung von aktiver thermischer Solarenergie ist nicht möglich, weil es keinen Speicher und kein Wasserheizsystem gibt. Passivhäuser mit Klimakompaktgerät haben ein sehr ungünstiges Stromverbrauchsprofil. Der Heizenergiebedarf ist dann am höchsten, wenn auch der sonstige Stromverbrauch am höchsten ist. Der Primärenergieverbrauch von Passivhäusern mit Klimakompaktgerät und Warmwassersolaranlage beträgt im Mittel 51 kwh/m² Jahr (Quelle: Tagungsband zur 9. Internationalen Passivhaustagung Seite 139). Am besten wird dieser Widerspruch beim Energieplushaus deutlich. Als Energieplushaus wird ein Passivhaus bezeichnet, das im Sommer über Fotovoltaik Strom ins öffentliche Netz einspeist, und im Winter mit Strom aus dem Spitzenlastkraftwerk über eine Wärmepumpe beheizt wird. Wenn es dann richtig kalt ist, dann wird die Wärmepumpenheizung mit 1,4 KW Anschlussleistung durch einen 6 kw Heizstab ergänzt. Sonnenhaus als Energiespeicher Am folgenden Schnittbild kann man den Vorteil des Sonnenhauses gut erkennen. Wenn im Winter an ein paar aufeinander folgenden Tagen die Sonne scheint, so ist das Haus durch passivsolare Gewinne beheizt. Die Baumassen können die Wärme für ein bis zwei Tage speichern. Die thermische Solaranlage nutzt jeden Sonnenstrahl, um den Speicher aufzuheizen. Nach einer sonnigen Woche im Winter kann mit dem Speicherinhalt wieder ein bis zwei Wochen ohne Sonne beheizt werden. Die aktive und die passive Solarenergie können sich optimal ergänzen. Wenn in der Zukunft Speichertechnologien zur Verfügung stehen, die Sommerwärme verlustfrei in den Winter bringen, so kann dieses Solarsystem jederzeit mit einem neuen Speichermedium ergänzt werden. Für die Bewirtschaftung der Wintersonne sind die Solarspeicher mit Wasserinhalt auch in Zukunft eine ideale Lösung. Durch die Integration des Speichers in die gedämmte

4 Hülle, ist eine nahezu verlustfreie Speicherung der Sonnenenergie möglich. Primärenergieverbrauch für Haustechnik und Baukonstruktion Beim Vergleich des Sonnenhauses mit dem Passivhaus stellt sich nicht die Frage, welches nun das bessere System sei. Die Frage lautet, wie kann der Primärenergieverbrauch reduziert werden. Der Primärenergiebedarf errechnet sich wie folgt. (Heizenergiebedarf + Warmwasserenergiebedarf) x Anlagenaufwandszahl. Passivhaus mit Klimakompaktgerät (15 kwh + 12,5 kwh) x 1,90 = 52 kwh/m² Jahr Sonnenhaus mit Solar-Holzheizung (35 kwh + 12,5 kwh) x 0,21 = 10 kwh/m² Jahr An dieser Formel kann man gut ablesen, dass einseitige Optimierungen nicht immer zu einem guten Gesamtergebnis führen. Anhand eines Beispiels lässt sich das darstellen: Sonnenhaus mit Außenwand Poroton T 8 U-Wert 0,18 W/m2K Jahresheizwärmebedarf 7000 kwh Sonnenhaus mit Außenwand HLZ und Polystyrol Thermohaut 30 cm U-Wert 0,12 W/m2K Jahresheizwärmebedarf 6100 kwh Die Anlagenaufwandszahl des Heizsystems beträgt 0, kwh / Jahr x 0,21 = 189 kwh Primärenergieeinsparung / Jahr Die Einsparung an Primärenergie beträgt 189 kwh / Jahr oder ein Hausleben 80 Jahre 189 x 80 = kwh. Der zusätzliche Herstellungsenergieaufwand um von 0,18 W/m²K auf 0,12 W/m²K zu kommen beträgt ca. 280 kwh/m². Bei einer Außenwandfläche von 200 m² beträgt der zusätzliche Herstellungsenergieaufwand kwh. Durch die zusätzliche Dämmung mit Polystyrol werden über den Lebensdauerzyklus des Gebäudes kwh mehr an Primärenergie verbraucht. Einschalige Wandaufbauten haben die höchste Lebensdauer bei geringsten Wartungskosten. Die Entsorgung von rein mineralischen Wandkonstruktionen ist problemlos.

5 Schlußbetrachtung Bei der Betrachtung und Bewertung verschiedener Hauskonzepte sind viele Parameter von Bedeutung. Neben dem Energieverbrauch für die Haustechnik wird auch der Herstellungsenergieverbrauch und die Haltbarkeit einer Baukonstruktion bewertet werden. Genauso bedeutend ist der Schadstoffausstoß bei der Herstellung, der Nutzung und der Entsorgung. Gebäude bauen wir für Menschen, weil ein behagliches und gesundes Wohnklima ein wichtiges Grundbedürfnis ist. Das massive Sonnenhaus mit einer Außenwand aus Poroton T8 wird auch den nachfolgenden Generationen noch große Freude bereiten. Passivhäuser mit regenerativen Heizsystemen mit Solaranlagen und Pelletsprimäröfen erreichen Primärenergiebedarfswerte von kwh/m² Jahr. Dieser Wert kann mit Sonnenhaustechnik auf etwa kwh/m² Jahr optimiert werden. Da das Ziel eine nachhaltige Energieversorgung sein muss, wird das Passivhaus wohl zum Sonnenhaus werden. Wie groß die Solarspeicher und Solaranlagen sein werden, welche Medien und Konzepte für die Speicherung und welche Dämmstandards sich als das ökologische und ökonomische Optimum herausstellen werden, das wird die Zukunft zeigen. Nach derzeitigem Stand der Entwicklung verbraucht das massive Sonnenhaus 70 80% weniger Primärenergie nach ENEV als ein Passivhaus.