Heizkonzept für solar beheizte Gebäude

Die Zentrale des solar beheizten Hauses bildet der Solartank. Eine ausreichende Größe des Tanks und eine intelligente Bewirtschaftung bilden die Grundlage für einen hohen Heizkomfort. Wichtig: Der Solartank muss so groß sein, dass er (vollgeladen) das Gebäude mehrere Wochen lang mit Wärme versorgen kann. Dadurch muss im Winter nicht ständig nachgeheizt werden. Möchten die Bewohner in Urlaub gehen, heizen sie einfach vor.

Der Solartank wird über die Solaranlage und eine Nachheizung beladen sowie von der Heizung und einer Frischwasserstation zur Warmwasserbereitung entladen.

Solartank
Der Solartank hat in der Regel ein Fassungsvolumen von 6.000 bis 12.000 Litern. Je nach Gebäudegröße und gewünschtem Komfort kann er auch größer ausfallen. Es gibt Mehrfamilienhäuser und Einfamilienhäuser mit 100% solarem Deckungsgrad (ohne Nachheizsystem), die über ein Solartankvolumen von 20.000 Litern und mehr verfügen.

Entscheidend für den Heizkomfort ist auch die intelligente Bewirtschaftung des Solartanks. Im Tank bildet sich eine Temperaturschichtung aus, die stets erhalten werden muss. Oben das wärmste und unten das kälteste Wasser. Das Geheimnis: Die so aufgeteilten Temperaturschichten durchmischen sich nicht. Das heiße Wasser oben ist für die Warmwassergewinnung reserviert. Mit dem kühleren Wasser im unteren Bereich wird geheizt. Reicht die Temperatur der unteren Schichten nicht mehr zum heizen aus, wird bei der Entnahme Wasser aus den oberen Schichten dazugemischt. Damit die Schichtung nicht zerstört wird, ist eine mehrstufige Be- und Entladung unentbehrlich. Die Solaranlage belädt zweistufig. Der Heizkreis entlädt dreistufig. Auch der Ofen wird mehrstufig beladen.

Die Be- und Entladevorgänge sollten so dimensioniert sein, dass der untere Speicherbereich immer möglichst gut ausgekühlt ist. Dann spricht die Solaranlage sehr schnell an. Bricht an einem Wintertag die Sonne durch, beginnt die Solaranlage sofort zu arbeiten. Bleibt die Sonne für einige Stunden aktiv, reicht dies aus, um mehrere tausend Liter Speicherinhalt um fünf oder zehn Grad zu erwärmen. Zwar ist dies für die Warmwasserbereitung zu wenig, aber es reicht aus, um die Heizung wieder für einige Tage vom Ofen unabhängig zu betreiben.

Solaranlage
Es handelt sich bei diesem Heizsystem um großflächige Solaranlagen ab 30m². Selbstverständlich sollen sie sich möglichst nach Süden orientieren. Aber auch Abweichungen bis 45° nach Westen oder Osten sind möglich (eine Westausrichtung ist grundsätzlich besser als eine Ostausrichtung). Da sie vorrangig zum Heizen dienen, sollten sie steil ausgerichtet sein. Die Neigung sollte mindestens 40° betragen. Optimal sind 60-80°. In sonnigen Gebirgslagen ist eine Ausrichtung am Sonnenstand des Winterwendesonnenstandes empfehlenswert (68°-75°). Bei Tallagen mit häufigem winterlichen Hochnebel, also in Gegenden, in denen im Dezember und Januar eher selten oder nie die Sonne scheint, eine Ausrichtung am Sonnenstand zwischen Wintersonnwende und Tagnachtgleiche(um 60°).

Die Standardinstallation sind Indachkollektoren. Häufig kommen aber auch Fassadenkollektoren zum Einsatz. Sie lassen sich steiler montieren. Generell hat die steile Ausrichtung den zusätzlichen Effekt, dass sich im Winter kein Schnee auf den Kollektoren halten kann. Liegt um die Kollektoren herum Schnee, erhöht dies durch Abstrahleffekte die Energieernte um bis zu 15%.

Zum Einsatz kommen fast immer Flachkollektoren. Sie sind zwar weniger effektiv, dafür aber wirtschaftlicher als Vakuumröhrenkollektoren.

Nachheizung
Zwischen Dezember und Februar wird die Solarheizung durch ein Nachheizsystem unterstützt. Prinzipiell kommt dafür jede Art von Heizung in Frage. In der Praxis ist dies in den meisten Fällen ein Stückholzofen, der hydraulisch an das Heizsystem angeschlossen wird. Er wird also von Wasser durchströmt, das die erzeugte Wärme in den Solartank transportiert, wo sie gespeichert wird und bei Bedarf zum Nachheizen oder zur Warmwassergewinnung zur Verfügung steht. Bei diesem Ofen kann es sich durchaus um ein Gerät handeln, das wie ein gewöhnlicher Holzofen aussieht und auch im Wohnraum aufgestellt wird. Optimal sind sogenannte Holzvergaserkessel. Bei diesen Konstruktionen werden die Rauchgase in einer Nachbrennkammer ein zweites Mal entzündet und erreichen dann Temperaturen bis 1000°C. Holzvergaserkessel sind dadurch sparsamer als übliche Holzöfen. Allerdings sind sie auch deutlich teurer.

Wichtig bei der Auswahl des Ofens ist: Das Gerät sollte eine wasserseitige Heizleistung von mindestens 20kW aufweisen, gerne auch mehr. Dies erhöht den Heizkomfort. Gleichzeitig sollte die Heizleistung des Ofens zum Raum hin eine Größenordnung von 4-6kW nicht überschreiten. Solar beheizte Häuser sind hochwärmegedämmte Gebäude. Da der Ofen später zum beladen des Solartanks regelmäßig betrieben werden muss, kommt es bei einer zu großen raumseitigen Leistung schnell zu ungemütlich warmen Temperaturen im Aufstellraum.

Interessant zu wissen: Bei hydraulisch angeschlossenen Holzöfen kommt es zu einer kleinen Diskrepanz während des Betriebs. Einerseits kann ein solcher Ofen einen größeren Anteil der gewonnenen Energie an den Wärmetauscher abgeben, wenn er mit einem "kleiner Feuer" betrieben wird. Bei höheren Temperaturen erhöht sich auch der Anteil der Energie, die durch den Schornstein geblasen wird. Der hydraulisch angebundene Ofen selbst aber liebt den Betrieb unter Volllast. Das Entziehen großer Wärmemengen über die Wassertaschen führt im Vergleich zu hydraulisch nicht angebundenen Öfen zu relativ niedrigen Innenraum- und Abgastemperaturen. Der hydraulisch angebundene Ofen hat somit generell eine höhere Neigung zu Glanzrußbildung und Versottung. Daher sollte bei einem solchen Ofen darauf geachtet werden, dass wirklich nur sauber abgelagertes Brennmaterial Verwendung findet. Der Ofen selbst sollte unbedingt mit einer Rücklaufanhebung betrieben werden. Das in die Wassertaschen einströmende Wasser sollte 60° nicht unterschreiten. Das Wasser sollte im Ofen um 5°C bis 10C° erwärmt werden.

Warmwasserbereitung
Zur Warmwasserbereitung haben sich Frischwasserstationen gegenüber Kombilösungen (Tank-in-Tank-System) durchgesetzt. Sie sind günstiger und im Falle einer Verkalkung leichter zu reinigen. Allerdings ist bei der Auswahl der Station auf eine möglichst große Plattenfläche der Wärmetauscher zu achten, damit das verwendete Heißwasser aus dem Solartank möglichst gut ausgekühlt wird. Andernfalls wird der kostbare Heißwasservorrat des oberen Speicherbereichs zu schnell verbraucht, und es kommt gleichzeitig zu einer unerwünschten Zerstörung der Temperaturschichtung im unteren Speicherbereich.

Heizung
Wie alle modernen Heizsysteme hat auch die Solarheizung eine Vorliebe für niedrige Vorlauftemperaturen. Im Neubau kommen daher ausschließlich großflächige integrierte Heizflächen zur Ausführung wie Fußbodenheizung oder Wandheizung. Letztere hat darüber hinaus den Vorteil, dass sie auch nachträglich eingebaut werden kann. Bei Altbauten kann - wenn die Fassade besonders gut gedämmt wird - unter Umständen auf bestehende Heizkörper zurückgegriffen werden, wenn sie ausreichend groß dimensioniert sind. Bei einem nachträglich gut gedämmten Gebäude sind die großen Dimensionierungen früherer Zeiten nicht mehr erforderlich. Im Einzelfall ist dies vom Heizungsbauer zu prüfen.

Bei der Ausführung als Fußbodenheizung ist es empfehlenswert, keine kalten Bodenbelägen (wie z.B. Fliesen oder Naturstein) einzubauen, außer natürlich in Räumen mit erhöhtem Feuchtigkeitsanfall, z.B. Küche, Bad oder Hauseingang. Früher wurden diese Bodenbeläge bei Fußbodenheizungen bevorzugt, da sie einen geringeren Wärmedurchlasswiderstand aufweisen und so die vom Estrich aufsteigende Wärme schneller nach oben abführen. Fußbodenheizungen hatten in den Übergangsjahreszeiten das Problem, bei plötzlichen Wetterumschwüngen nicht schnell genug reagieren zu können.

Dies hat sich inzwischen umgekehrt. Plötzliche Kälteeinbrüche spielen bei einem modernen Gebäude keine Rolle mehr - sie werden vollständig vom Gebäude abgefedert. Dafür sind die Gebäude nun aber so gut gedämmt, dass die Heizung nicht mehr durchgehend zu laufen braucht. Dies insbesondere in Geschossen mit Ofenunterstützung. Kalte Böden werden dann aber auch als kalt wahrgenommen.