Solares Heizen

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Einleitung

Solares Heizen, die Umwandlung von Sonnenenergie in Niedertemperaturwärme (Wärme bei Temperaturen unter 100 ^oC) für Heizzwecke.

1995 wurde in der Bundesrepublik ein Drittel der Endenergie in Raumheizwärme umgewandelt. (Als Endenergie bezeichnet man die Energiemenge, die der Verbraucher in die Nutzenergien Wärme, Licht, mechanische Energie sowie in Energie für Kommunikationsysteme umwandelt. Sie setzt sich zusammen aus direkt verwendbaren Primärenergieträgern wie Erdgas (siehe Brenngas) oder Holz und veredelten Primärenergieträgern, beispielsweise Benzin oder Heizöl.)

In den Privathaushalten der Bundesrepublik wurden 1995 fast 45 Prozent der Endenergie in Wärme umgewandelt. Der Bedarf wird fast ausschließlich durch das Verbrennen fossiler Brennstoffe wie Erdöl oder Erdgas gedeckt. Mit dieser Verbrennung ist immer der Ausstoß von Kohlendioxid (CO₂) verbunden. Der in den letzten Jahrzehnten ständig steigende Anteil des Kohlendioxids in der Atmosphäre gilt jedoch als einer der wesentlichen Verursacher des Treibhauseffektes. Die Nutzung der Sonnenenergie bietet die Möglichkeit, fossile Brennstoffe einzusparen und den CO₂-Ausstoß zu reduzieren.

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Wie lässt sich Sonnenenergie in Wärme umwandeln?

Üblicherweise erfolgt die Umwandlung der Sonnenstrahlung in Wärme über so genannte „Kollektoren” (siehe Sonnenenergie). Wichtigster Bestandteil eines Kollektors ist der Absorber, meist eine schwarze Fläche aus Metall. Der Absorber nimmt die Sonnenstrahlung auf (im Idealfall zu 100 Prozent), erwärmt sich dabei und gibt die Wärme an ein Wärmeträgermedium (Luft oder Flüssigkeit) weiter. Der Wärmeträger transportiert die Wärme entweder direkt zum Heizkörper oder zu einem Wärmespeicher.

Man unterscheidet Sonnenkollektoren nach ihrem Aufbau (z. B. Flach- oder Röhrenkollektoren) oder dem verwendeten Wärmeträger (z. B. Luft oder Wasser bzw. Kühlmittel). Je nach Kollektortyp erwärmt sich der Wärmeträger auf Temperaturen bis 90 ^oC.

Auch ohne den Einsatz von Kollektoren kann die Sonnenstrahlung zur Raumheizung beitragen. Die Architektur eines Gebäudes beeinflusst beispielsweise über die Ausrichtung der Wohnräume nach Süden, die Wärmedämmung, die Speicherfähigkeit der verwendeten Baustoffe etc. entscheidend den Energiebedarf des Hauses bzw. die Fähigkeit, die auftreffende Sonnenstrahlung für Heizzwecke zu nutzen. Man bezeichnet dies als „passive” Sonnenenergienutzung. So kann die Sonnenstrahlung, die über große Südfenster ins Innere gelangt, in Fußböden oder Zwischenwänden aus massiven Materialien gespeichert werden. Die tagsüber eingefangene Energie wird in den Abend- und Nachtstunden wieder an die Räume abgegeben.

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Wie kann man Sonnenenergie über eine längeren Zeitraum speichern?

Das Angebot an Sonnenstrahlung unterliegt tages- und jahreszeitlichen Schwankungen. Leider weichen in unseren Breitengraden das Angebot an Sonnenenergie und der Bedarf an Heizwärme zeitlich stark voneinander ab: das Maximum der Einstrahlung liegt im Sommer, der maximale Bedarf an Heizenergie fällt in die Wintermonate. Die Sonnenenergie muss deshalb gespeichert werden.

Kurzzeitspeicher überbrücken in der Regel einige sonnenarme Tage. Es handelt sich – bei Einfamilienhäusern – meist um Warmwasserspeicher mit einem Volumen von einigen tausend Litern. Aufgrund der hohen Kosten werden sie aber nur sehr vereinzelt eingesetzt.

Angestrebt werden so genannte saisonale Wärmespeicher, d. h. Speicher, die die in den Sommermonaten auftreffende Sonnenenergie bis in die Winterzeit speichern. Da die Wärmeverluste eines Speichers vom Verhältnis „Volumen zur Oberfläche” abhängen, sind diese Konzepte nur als Gemeinschaftsprojekte sinnvoll (Stichwort „solare Nahwärme”). Mehrere Wohneinheiten werden über einen zentralen Großspeicher – meist als Erdspeicher – versorgt.

In der Bundesrepublik starteten 1995 einige Versuchsprojekte mit Erdbeckenspeichern, beispielsweise in Hamburg-Bramfeld, wo 110 Reihenhäuser über eine Kollektorfläche von 3 000 Quadratmetern und einen Speicher von 4 500 Kubikmetern versorgt werden oder in Friedrichshafen-Wiggenhausen, wo etwa 50 Prozent des Heizwärmebedarfs eines Neubaugebiets mit 570 Wohneinheiten und einer Wohnfläche von 40 000 Quadratmetern über ein Kollektorfeld von 5 600 Quadratmetern und einen Erdspeicher von 12 000 Kubikmetern gedeckt werden sollen.

Eine Anfang der neunziger Jahre durchgeführte Studie zeigte, daß die Heizkosten solar gestützter Warmwasser- und Heizungsanlagen mit Erdspeichern etwa dreimal höher waren als die konventioneller Anlagen.

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Unter welchen Umständen ist „solares Heizen” in unseren Breitengraden sinnvoll?

Solares Heizen macht nur dann Sinn, wenn der Bedarf an Heizwärme nicht zu groß ist, d. h. wenn das Gebäude ausreichend wärmegedämmt ist. Der Heizenergiebedarf liegt dann unter 50 Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr. Bei einer optimalen Kombination von Solararchitektur und Wärmeschutz , z. B. dem Einsatz von transparenter Wärmedämmung, kann die Sonne bis zu 60 Prozent des Wärmebedarfs decken.

In vielen Fällen ist eine gute Wärmedämmung mit einer hohen Dichtigkeit der Gebäudehülle verbunden (Dämm- und Isoliertechnik). Um trotzdem die erforderliche Luftwechselrate zu erreichen, müssen Lüftungsanlagen eingebaut werden. In diesem Fall können beispielsweise Luftkollektoren mit einer Wärmerückgewinnungsanlage kombiniert werden.

Siehe auch Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik; Wärmeübertragung