Sonnenhaus in Moosburg

Transkript

1 Sonnenhaus in Moosburg Die Nutzung von Solarkollektoren zur Erzeugung von heißem Wasser zum Duschen etc. hat sich schon lange bewährt. Mit einem etwas größeren Kollektor und einem etwas größeren Speicher kann man zusätzlich auch einen kleinen Teil der Heizenergie auf diese Weise erzeugen. Möchte man allerdings über 50 % des Heizbedarfes durch die Sonnenstrahlung bereitstellen, wie im Sonnenhaus in Moosburg, muss die gesamte Planung eines Gebäudes darauf ausgerichtet werden. Zunächst werden dazu einerseits die Wärmeverluste durch gute Wanddämmung und Fenster mit Dreifachverglasung minimiert. Andererseits versucht man den Wärmegewinn zu maximieren. Hierzu sollte das Gebäude nach Süden ausgerichtet sein, auf der Südseite werden große Fenster installiert und es wird ein sehr großer Kollektor (wie bei diesem Beispielhaus: 64 m²) eingebaut. Ein riesiger Speicher (14,2 m³ Volumen, Höhe 9,4 m) und eine energiesparende Flächenheizung ergänzen das System. Mit dieser Anordnung kann man mehr als 50 % der Heizenergie einsparen und bezeichnet dies dann als Sonnenhaus. Die restliche Wärme wird meist mit Holz oder anderen regenerativen Energieträgern bzw. mit einer Wärmepumpe erzeugt. Als Faustregel kann man annehmen: Zwei Drittel Sonne + ein Drittel Holz Daten Stand: Baujahr 2010 Solarkollektor: 64 m² Neigung 67 (viel Wintersonne, wenig Sommersonne, kein Schnee) Pufferspeicher 14,200 m³ stehender Tank fast 10 m Höhe (9,40 m) Temperaturschichtung im Tank Wärmevorrat für ca. 3 4 sonnenlose Wochen Heizung: Flächenheizung (Wandheizung + Fußbodenheizung) Zusatzheizung: Holzscheitofen im Wohnzimmer geschätzter Verbrauch: 3-6 Ster pro Jahr 1

2 Mauer Dämmung mit hochwärmedämmendem Ziegel, 49 cm Dicke Lambda = 0,08 W/m*K; U = 0,16 W/m²*K Dämmen so gut wie 25 cm Styropor keine zusätzliche Dämmung Haus 2 Generationenhaus, 200 m² Wohnfläche Mehrkosten: ca % Ansprechpartner: Architekt Bernd Kerscher: Details zu Sonnenhäuser: Bildnachweis: erstes Bild: Agentur Filbert; alle anderen Bilder: Bernd Kerscher Heizenergiebedarf und nutzbare Sonnenenergie im Jahresverlauf Ein großer Solarkollektor produziert im Sommer einen hohen Energieüberschuss, im Winter ist zu wenig Heizenergie vorhanden. Die vorhandenen Differenzen kann man minimieren, indem man den Kollektor steiler ausrichtet, im obigen Bild von 40 Neigung auf 70 Neigung. Eine weitere Verbesserung erbringt eine gute Dämmung des Gebäudes. Den verbleibenden Mangel an Energie kann man durch effektive Speicherung weiter reduzieren. Eine Holzfeuerung kann dann den Mangel ausgleichen, dafür reichen bereits einige Ster pro Jahr aus. 2

3 Funktionsweise Sonnenhaus Übersicht (Auszug aus einer Broschüre des Sonnenhaus Institutes e.v.) Die wesentlichen Elemente des Sonnenhauses Sonnenkollektor Heizkessel Außenwand Niedrigtemperaturflächenheizung Solartank 3

4 Funktionsweise Sonnenhaus Übersicht: Der steil stehende Sonnenkollektor erhitzt sich in der Wintersonne. Die heiße Flüssigkeit gibt die Energie über einen Wärmetauscher in den Pufferspeicher ab. Sie kühlt sich dabei ab und läuft wieder zum Einlauf des Sonnenkollektors. Der Pufferspeicher sammelt die Energie der Sonne. Vom Pufferspeicher wird die Energie über Niedrigtemperaturflächenheizungen, dazu gehören z.b. Wandheizungen und Fußbodenheizungen, auf die einzelnen Räume verteilt. Der Pufferspeicher wird bei Sonnenschein jeden Tag über den Kollektor aufgeladen. Bei einer längeren Schlechtwetterperiode kühlt sich der Pufferspeicher stark ab und eine Zusatzheizung wird aktiviert. Meist handelt es sich dabei um eine Holzheizung. Bei guter Auslegung des Heizsystems kommt man mit einigen Ster Holz pro Winter zurecht. Außenmauer Eine Mauer aus hochwärmedämmenden Ziegel mit einer Dicke von 49 cm sorgt für die notwendige Dämmung. Die Ziegel haben eine Wärmeleitfähigkeit (Lambda-Wert) von ʎ = 0,08 W/m*K und einen Wärmedurchgangskoeffizienten von U = 0,16 W/m²*K. Die Ziegel dämmen genauso gut wie eine Styroporwand von ca. 25 cm Dicke. Eine zusätzliche Wärmedämmung ist nicht mehr notwendig. 4

5 Man kann ein Sonnenhaus auch in ökologischer Holzbauweise erstellen. Ein entsprechendes Sonnenhaus wurde z.b. in Eching gebaut. Besichtigung durch Bernd Kerscher, , möglich. Beispiel für eine Massivholzbauweise mit Lehmputz 5

6 Einbau des Pufferspeichers 1 Das Herzstück der Anlage ist der wassergefüllte Pufferspeicher. Er hat ein Volumen von Liter. Das Geheimnis des Tanks liegt in seiner Form. Er ist rank und schlank, hat eine Höhe von fast 10 Meter und reicht vom Keller bis zum Dach. Damit kann man eine besondere Eigenschaft des Wassers ausnutzen: Je heißer das Wasser ist, desto geringer ist die Dichte des Wassers. Erhitzt man nur den oberen Teil des Speichers, vermischt sich deshalb das heiße Wasser kaum mit dem kälteren darunter, da das kältere Wasser eine höhere Dichte besitzt. Wird der Tank erwärmt, heizt man deshalb zuerst die oberste Schicht auf. Man muss also, um die Heizung anlaufen zu lassen, nur den obersten Teil des Tanks erwärmen und nicht den gesamten Inhalt des Tanks. Erst wenn genügend Wärme vorhanden ist, werden computergesteuert nach und nach auch die unteren Bereiche aufgeheizt. Für die Altbausanierung ist diese Schichtung auch durch 2-3 Tanks nebeneinander im Keller möglich, allerdings mit einer Reduzierung der Effektivität. 6

7 Einbau des Pufferspeichers 2 Der Pufferspeicher wird durch Aussparungen in der Decke bis zum Keller abgesenkt. Einbau des Pufferspeichers 3 Die Dämmung des Pufferspeichers erfolgt erst nach dem Einbau. 7

8 Spezielle Dachkonstruktion Die Solarkollektoren auf einem Sonnenhaus unterscheiden sich in Größe und Einbauwinkel von den normalen Kollektoren. Sie müssen so stark geneigt sein, dass sie im Winter, wenn die Sonne tief steht, möglichst viel Energie aufnehmen können. Deshalb hat das Dach des Sonnenhauses eine etwas andere Form. Die Kollektoren werden auf der steilen Seite in einem Winkel von 67 montiert. Dies verhindert auch, dass sich im Winter eine Schneeschicht bildet und dass sich das System im Sommer zu stark aufheizt. Einbau der Kollektoren Die einzelnen Module sind etwas größer als üblich und die gesamte Kollektorfläche beträgt 64 m². 8

9 Wandheizung Je größer die Fläche einer Heizung ist, desto niedriger sind die Temperaturen der Heizkörper. Eine Flächenheizung, wie z.b. eine Wandheizung kommt mit sehr niedrigen Temperaturen aus. Je tiefer die Temperaturen in der Heizung sind, desto effektiver kann der Kollektor arbeiten. Fußbodenheizung Auch eine Fußbodenheizung gehört zu den Flächenheizungen und benötigt nur niedrige Temperaturen. 9

10 Holzofen Ein Holzofen für Stückholz im Wohnzimmer vervollständigt die Ausstattung. Bei Schlechtwetterperioden oder bei sehr tiefen Außentemperaturen wird er benötigt. Der Holzverbrauch hängt von der Auslegung des Systems ab. Wenn mehr als 50 % des Energiebedarfes für Heizung und Warmwasser pro Jahr von der Sonne geliefert werden, spricht man von einem Sonnenhaus. Das Sonnenhaus in Moosburg hat einen solaren Deckungsgrad von ca % und kommt mit ca. 3-6 Ster Holz im Jahr aus. 10

11 Ausgleichsbehälter für die Kollektorflüssigkeit Die Kollektorflüssigkeit dehnt sich bei Erwärmung aus. Insbesondere im Sommer werden bis zu 110 C im Kollektor erreicht. Die beiden Behälter dienen zur Aufnahme des Volumenzuwachses. 11

12 Ausgleichsbehälter für den Pufferspeicher Auch die Flüssigkeit im Pufferspeicher dehnt sich stark aus. Deshalb werden auch hier Ausgleichsbehälter benötigt. 12

13 Möglicher Temperaturverlauf im Pufferspeicher (Auszug aus einer Broschüre des Sonnenhaus Institutes e.v.) Nutzung des Ofens Die Temperatur im oberen Bereich des Pufferspeichers (rote Linie) fällt von Oktober bis Dezember langsam ab (obere Graphik) und steigt bei Sonnenschein wieder leicht an. Insgesamt ist sie Ende Dezember so weit abgefallen, dass mit Holz nachgeheizt werden muss (^). Die Temperatur im unteren Bereich des Pufferspeichers (grüne Linie) sinkt stark nach unten. Aus diesem Bereich wird der Rücklauf des Kollektors gespeist. Je geringer die Rücklauftemperatur ist, umso effektiver arbeitet der Kollektor. 13