Klimaschutz und effiziente Heiztechniken

Klimaschutz und effiziente Heiztechniken
Eine Artikelserie von A. Sladek für die Lokale Agenda 21 Gruppe Hohenbrunn
Teil 6: Solarthermie
In den bisher erschienenen Artikeln dieser Serie wurde die Notwendigkeit zur
Reduktion von Treibhausgas-Emissionen angesichts des Klimawandels und die vom
Gesetzgeber erlassenen Vorschriften und Gesetze dazu betrachtet. Im ErneuerbareEnergien-Wärme-Gesetz (EEWärmeG) und der Energie-Einspar-Verordnung (EnEV)
werden Vorgaben für den Einsatz erneuerbarer Energien und deren
Berücksichtigung im Energieausweis für Gebäude gemacht. Bisher wurden daher
Erdgas und Erdöl, sowie elektrische Wärmepumpen hinsichtlich der Erfüllung dieser
Vorgaben untersucht. Im Folgenden soll ein genauerer Blick auf die Solarthermie
geworfen werden, bevor Holzpellets, Kraft-Wärme-Kopplung und Nah-/Fernwärme
den Überblick über die verschiedenen Heiztechniken beschließen.
Prinzip der Solarthermie:
Unter dem Begriff „Solarthermie“ versteht man die Umwandlung von solarer
Strahlungsenergie in nutzbare Wärmeenergie. Wichtigstes Element einer
Solarthermieanlage sind die sogenannten Kollektoren, die in der Regel auf einem
Dach montiert werden und die Sonnenenergie auf ein Heizmedium, häufig ein
Gemisch aus Wasser und Glykol übertragen. In einem Kollektor fällt durch eine
Glasscheibe Sonnenlicht auf den sogenannten Absorber, der die solare Strahlung
absorbiert und in Wärmeenergie umwandelt. Der Absorber überträgt die Wärme auf
mit ihm verbundene Kupfer- oder Aluminiumrohre durch die das Heizmedium
zirkuliert und sich so erwärmt. Ein Gemisch aus Wasser und Glykol wird verwendet,
da dieses sowohl einen höheren Siedepunkt als auch einen tieferen Gefrierpunkt
aufweist. Reines Wasser droht hingegen durch seine Ausdehnung im festen Zustand
(Eis) und den geringeren Siedepunkt (100° C) die Kollektoren zu beschädigen.
Zwei unterschiedliche Bauarten von Kollektoren kommen dabei in der Regel zum
Einsatz: Flachkollektoren haben eine flache Absorberfläche, eine Konzentration der
Sonnenstrahlen findet nicht statt und werden häufig durch einen Dämmstoff gegen
einen ungewollten Wärmeverlust geschützt. Zunehmend sind auch vakuumisolierte
Flachkollektoren erhältlich, die einen geringeren Wärmeverlust und damit eine
höhere Ausbeute an nutzbarer Wärmeenergie erreichen.
Vakuumröhrenkollektoren bestehen aus zwei ineinander liegenden Röhren, bei
denen sich in der inneren Röhre der Absorber befindet und zwischen den beiden
Röhren ein Vakuum herrscht, welches eine Wärmeübertragung zwischen den beiden
Röhren und damit Wärmeverluste verhindert. Dadurch wird ein höherer Wirkungsgrad als bei Flachkollektoren erzielt. Auch die erzielbaren Temperaturen sind höher.
Vakuumröhrenkollektoren sind in der Anschaffung teurer als Flachkollektoren.
Mit Solarkollektoren lässt sich ein Wirkungsgrad von 50 bis 75 Prozent erreichen und
ca. 250 – 450 und mehr Kilowattstunden Wärme pro Quadratmeter Kollektorfläche
und Jahr „gewinnen“.
Als weitere notwendige Elemente für eine Solarthermieanlage werden eine
Umwälzpumpe zur Zirkulation des Heizmediums, ein Wärmetauscher zur
Übertragung der Wärme vom Wasser-Glykol-Gemisch auf Heizwasser bzw.
Brauchwasser, sowie ein Wärmepuffer zur Speicherung der gewonnenen Wärme
benötigt.
Bei der Planung einer Solarthermieanlage sollte die Einbindung in den Heizkreis des
Gebäudes, also die Verwendung der Solarwärme sowohl zur Brauchwassererwärmung als auch zur Beheizung des Gebäudes, erwogen werden. Klar ist, dass
bei einer Heizungsunterstützung eine größere Solaranlage errichtet werden muss.
Erfüllung der Vorgaben des EEWärmeG
Das Erneuerbare-Energien-Wärme-Gesetz (EEWärmeG) schreibt bei Neubauten
eine anteilige Deckung des Wärmeenergiebedarfs aus erneuerbaren Energien vor.
Der Bauherr kann dabei zwischen unterschiedlichen Energieträgern mit einem
zugehörigen Mindestdeckungsanteil des Wärmeenergiebedarfs auswählen.
Für solare Strahlungsenergie, also Solarthermie, wird ein Mindestdeckungsanteil von
15 Prozent des Gesamtwärmebedarfs gefordert. Die Vorgaben des Gesetzes gelten
dabei als erfüllt, wenn bei Wohngebäuden mit höchstens zwei Wohnungen 0,04
Quadratmeter Aperturfläche (Fläche durch die die Sonnenstrahlung in den Kollektor
eintreten kann (Glasfläche)) pro Quadratmeter Nutzfläche installiert werden. Bei einer
Nutzfläche von 300 Quadratmetern sind also 12 m² Aperturfläche (in etwa 13 m²
Kollektorfläche, je nach Modell) zu errichten. Bei Wohngebäuden mit mehr als zwei
Wohnungen muss pro Quadratmeter Nutzfläche eine Aperturfläche von 0,03
Quadratmetern installiert werden. Darüber hinaus müssen die Kollektoren mit dem
europäischen Prüfzeichen „Solar Keymark“ zertifiziert und damit ein entsprechend
hoher Wirkungsgrad nachgewiesen sein.
Mit einer ausreichend großen Fläche an Solarkollektoren lassen sich daher die
Anforderungen des EEWärmeG gut erfüllen.
Erfüllung der Vorgaben der EnEV
In der Energie-Einspar-Verordnung (EnEV) werden der Gebäudestandard
(Wärmebedarf) und die Anlagentechnik zur Wärmeerzeugung und –verteilung mit
einander verrechnet und in der Energiebilanz des Gebäudes berücksichtigt.
Dabei wird der errechnete Endenergiebedarf des Gebäudes mit dem sogenannten
Primärenergiefaktor gewichtet und als Primärenergiebedarf im Energieausweis des
Gebäudes angegeben. Für Solarenergie wurde ein Primärenergiefaktor von 0,0
festgelegt, das heißt, dass ein Gebäude mit einem Endenergiebedarf von
beispielsweise 30.000 kWh dessen Wärmebedarf vollständig aus Solarthermie
gedeckt wird einen Primärenergiebedarf von 30.000 x 0,0 = 0 kWh hat und diesen
auch im Energieausweis so ausgeben darf. Für Gebäude, in denen anteilig
Solarenergie zur Wärmebedarfsdeckung eingesetzt wird, kann der entsprechende
Anteil des Energiebedarfs mit 0,0 gewichtet werden. Solarthermie trägt daher je nach
Deckungsanteil erheblich zur Erfüllung der Vorgaben der EnEV bei.
Ökologische Auswirkungen
Solarthermieanlagen erzeugen nutzbare Wärmeenergie ohne den Einsatz fossiler
Brennstoffe. Bis auf die Energie, die zur Herstellung und Montage der Anlage
notwendig ist, sowie den Strom für die Umwälzpumpe wird außer Solarstrahlung
keine weitere Energie zugeführt. Der Stromverbrauch für die Umwälzpumpe ist
abhängig von der Größe der Solaranlage und kommt in der Regel nicht auf über 50
kWh pro Jahr.
Die ökologischen Auswirkungen von Solarthermieanlagen sind daher hervorragend:
durch jede in der Anlage erzeugte kWh Wärme werden beispielsweise bei der
Kombination mit einem Erdgasbrennwertkessel mit einem Jahresnutzungsgrad von
90% rund 220 g CO2 eingespart. Bei einer Wärmeproduktion einer 4 Quadratmeter
großen Solarthermieanlage mit 1.200 kWh Jahresertrag ergibt sich also eine direkte
CO2 Vermeidung von rund 264 kg CO2 pro Jahr.
Moderne Passivhäuser können mit Hilfe einer Solarthermieanlage ihren gesamten
Wärmeenergiebedarf decken, so dass es zu überhaupt keinen CO2-Emissionen für
die Wärmebereitstellung mehr kommt.
Der Autor ist Werkleiter der Energieversorgung Ottobrunn GmbH