Erlebnis-Bericht über ein Online-Seminar von Andreas Horn

Der Verein Sonnenhaus-Institut e. V. hat das Ziel, die Entwicklung und Verbreitung weitgehend solar beheizter Gebäude voranzutreiben und sie als Baustandard zu etablieren. Mich haben Sonnenhäuser schon lange fasziniert: ein Haus, das von und mit der Sonne lebt, verbindet die Rückbesinnung auf den Urquell aller Energien auf Erden, bereichert durch die Möglichkeiten der modernen Technik.

In den letzten Monaten habe ich einige Beiträge zur „Energiewende nach dem Wendepunkt“ geschrieben: Am Wendepunkt verändern sich althergebrachte Paradigmen, und für die Vollendung der Energiewende stehen neue Herausforderungen im Mittelpunkt. Ein wichtiger Aspekt ist die Widerstandsfähigkeit bei Störungen („Resilienz“) und die Überwindung von Dunkelflauten. Ein markanter Aspekt von Sonnenhäusern sind neben großen Sonnen-Ernteflächen deren riesige Wärmespeicher. Mich hat daher besonders interessiert, ob und inwieweit Sonnenhäuser mit ihren großen Speichern Lösungen bieten können: Sind Sonnenhäuser „resilient“ und „Dunkelflauten-tauglich“?

Das Blockseminar umfasste drei Vorträge, die anhand praktischer Beispiele unterschiedliche Aspekte heutiger Sonnenhaus-Planungen detailliert erörtert haben. Anschließend gab es eine Fragerunde, in der ich meine Frage stellen konnte. Zunächst aber zu den Vorträgen, über die ich schlaglichtartig berichte.

Vortrag: Auslegung von Wärmepumpen für Neubau und Sanierung

Der Energieberater Uwe Oettershagen hat zunächst die erfolgreichen Entwicklungen von Wärmepumpen aufgezeigt: Deren Marktanteil am Heizungs-Gesamtmarkt hat im letzten Jahr fast 50% erreicht. Über 80% dieser Anlagen wurden in Bestandsgebäuden installiert. Technisch ist das möglich, auch weil die Wärmepumpen-Effizienz durch den technischen Fortschritt in den letzten zwei Jahrzehnten stetig gestiegen ist. Die Physik („Carnot-Prozess“) führt dazu, dass die Effizienz der Wärmepumpe am höchsten in, wenn die Heizkreistemperatur niedrig ist, aber umso geringer wird, je höher die notwendige Heizkreistemperatur ist. Zum Glück sind die Tage mit sehr kalten Außentemperaturen sehr selten, so dass der Referent dafür plädierte, Wärmepumpen eher knapp zu dimensionieren. Außerdem sollte ein großer Pufferspeicher verwendet werden, damit die Wärmepumpe möglichst wenig an- und ausschaltet („taktet“). Beeindruckend waren die Beispiele realer Wärmepumpen, die wegen Installationsmängeln („Temperaturfühler in der falschen Höhe des Speichers“, „Fühler herausgerutscht“) sich „zu Tode takten“. Schon ein kleiner Handgriff eines Fachmanns kann hier Wunder wirken.

Das habe ich gelernt:

• Die Auslegungs-Lebensdauer der Kompressoren von Wärmepumpen bemisst sich nach der Zahl der Starts: 70.000 – 100.000 Starts sind üblich.
  Eine Wärmepumpe sollte an den 200 Heiztagen pro Jahr idealerweise nur fünfmal starten – an Tagen mit nur Warmwasserbedarf dann wohl halb so oft. Das macht dann ca. 1.500 Starts pro Jahr bzw. 45.000 Starts in 30 Jahren. Eine so geplante Wärmepumpe darf ein langes Leben erhoffen. Wenn aufgrund falscher Planung oder Installationsfehler die Wärmepumpe beispielsweise 30 x pro Heiztag startet – und halb so oft bei Nur-Warmwassertagen? – dann kommen da schnell über 8.000 Starts pro Jahr zustande: kein Wunder, wenn die Wärmepumpe dann nach 10 Jahren defekt ist.
  Wärmepumpenbetreiber sollten hier sehr genau selber prüfen!
• In Zukunft werden hybride Heizungsanlagen das neue „Normal“: Uwe Oettershagen empfiehlt eher klein dimensionierte Wärmepumpen in Kombination mit PV- und thermischen Solaranlagen, (wassergeführtem) Pellets- oder Kaminofen in Verbindung mit Pufferspeichern. Für eine klein dimensionierte Wärmepumpe würde er notfalls für die wenigen kalten Stunden auch einen Heizstab akzeptieren.

Vortrag: Sonnenhaus der nächsten Generation – Potenziale und Chancen für die Energiewende

Jörg Linnig, Geschäftsführer des Ingenieurbüro EUKON in Krefeld startete seinen Vortrag mit einem bemerkenswerten Statement: Für ihn sei das Optimum bei einem Gebäude nicht Passivhaus oder Sonnenhaus, sondern die Kombination von beidem. Letztlich wurde auch den Zuhörer:innen klar, dass für ein zukunftsfähiges Gebäude sowohl geringe Energieverluste als auch gute Solarernte und Speicherung zusammen gehören.

Im Vortrag selber ging es sehr schnell in die Physik: Energie wurde zerlegt in Exergie und Anergie. Linnig plädiert für die getrennte Betrachtung und Speicherung von Exergie und Anergie, in der Praxis und für Nicht-Physiker wohl leichter verständlich im Sinne von Speichern mit hoher und niedriger Temperatur. Dementsprechend erläuterte Linnig die Wichtigkeit der möglichst guten Schichtung der Wärme in Speichern, um einen möglichst großen Nutzen daraus zu ziehen. Besser seien getrennte Speicher für „kalte“ und „heiße“ Wärme. Das von im erläuterte Beispielobjekt verwendete eine Kiesschüttung unterhalb der Bodenplatte des nicht unterkellerten Gebäudes für die Speicherung von Niedertemperaturwärme. Für das Objekt wurde EUKON mit dem TGA-Preis 2024 im Segment Neu-Industriebau ausgezeichnet.

Um die Komplexität der optimalen Nutzung von Hoch- und Niedertemperaturwärme in den Griff zu bekommen, entwickelt Linnig derzeit ein „Sonnenhaus-Kompakt-System (SKS)“, das Planung und Ausführung wesentlich vereinfachen soll.

Was habe ich gelernt:

• Für ein möglichst effizientes Gesamtsystem ist es vorteilhaft, „Exergie und Anergie“, also Hoch- und Niedertemperaturwärme getrennt zu betrachten. So kann z. B. eine Wärmepumpe besonders gut mit niedrigen Temperaturen umgehen, während Solarthermie besser für den Hochtemperaturbereich geeignet ist.
• PVT-Kollektoren eignen sich sehr gut als Absorber für Wärmepumpen
• Bauteilmassen (im Beispiel die Schüttung unter der Bodenplatte) eignen sich sehr gut als Niedertemperaturwärmespeicher

Vortrag: Gegenüberstellung Wärmepumpe und Infrarotheizung – Gegensatz oder Ergänzung?

Im Abschlussvortrag hat sich Georg Dasch, der langjährige 1. Vorsitzende des Vereins eines besonders brisanten Themas angenommen. Denn Infrarotheizungen werden vielfach als besonders moderne, elegante, kostengünstige und auch sparsame Heizmethode angepriesen. Dasch zeige die jeweiligen Vor- und Nachteile verschiedener Stromheizungen auf:

• Heizen mit Luftwärmepumpe. Vorteile: sehr komfortables Heizen mit Fußbodenheizung, hohe Jahresarbeitszahlen bis 5, sommerliches Kühlen mit PV-Strom, geringer Stromverbrauch; Nachteile: komplexe Technik, gute Planung und Einstellung nötig, hohe Investitionskosten
• Heizen mit Split-Klimaanlage. Vorteile: komfortables Heizen, Jahresarbeitszahlen bis 4, sommerliches Kühlen mit PV-Strom, geringer Stromverbrauch, sehr geringe Installations- und Wartungskosten, keine komplizierten Einstellungen nötig; Nachteile: Geräuschentwicklung, optischer Eindruck der Geräte, Warmluftheizung mit Luftströmungen
• Infrarotheizkörper. Vorteile: komfortables Heizen, angenehme Strahlungswärme, geringe Installations- und Wartungskosten, einfache Regelung; Nachteile: wenig Heizleistungsreserve zum schnellen Aufheizen, dauerhafte Beheizung notwendig um Bauteile warmzuhalten, Warmluftheizung mit Luftströmungen, hoher Stromverbrauch

Anhand der Heizkosten eines Neubaus (120 m², 6.000 kWh/a, Strompreis 30 Ct/kWh) verglich er die Kosten für Wärmepumpen (ca. 600 €/a) und Infrarotheizung (ca. 1.800 €/a). Für den Altbau (120 m², 24.000 kWh/a, Strompreis 30 Ct/kWh) wird deutlich, dass hier Infrarotheizungen nicht geeignet sind: die Heizkosten liegen beim Altbau bei 2.400 €/a für Wärmepumpenlösungen und 7.200 €/a.

Was habe ich gelernt:

• Mögliche Temperaturreduktion bei Infrarotheizung aufgrund Behaglichkeit der Strahlungswärme ca. -0,6°C: führt zu Wärmebedarfseinsparung von 5-10%
• Der Stromverbrauch einer Infrarotheizung ist rund dreimal höher als bei Split-Klimaanlagen zum Heizen und Luftwärmepumpen mit Fußbodenheizung.
  Übrigens: den Vorteil von Split-Wärmepumpen im Altbau – mit Do-in-yourself-Möglichkeiten – hat der bekannte Youtube-Akkudoktor Andreas Schmitz kürzlich erläutert.
• Infrarotheizungen sind nur bei sehr gut gedämmten Gebäuden geeignet
• Bei Infrarotheizungen ist sparsames Heizen notwendig: geeignet für Menschen mit geringen Ansprüchen an die Raumtemperatur

Fragerunde

In der anschließenden Fragerunde konnte ich die Frage stellen, die mir auf den Nägeln brennt: „Ist das Sonnenhaus aufgrund des großen Speichers geeignet, um Dunkelflauten ohne hohen Stromverbrauch aus dem Netz zu überbrücken, die – sehr selten – bis zu 19 Tage andauern können?“. Die Antwort von Georg Dasch war schnell, präzise und für mich überraschend: Nein, denn bei einer Dunkelflaute im Winter sei der (saisonale) Speicher meist bereits leer. Das war für mich nachvollziehbar, denn das Sonnenhauskonzept zielt auf möglichst hohe solare Deckung (von der eigenen Gebäudehülle) ab und möglichst geringen Strombezug aus dem Netz (Windstrom).

Wenn ich heute bauen dürfte, dann wäre aber „Resilienz“ und „Dunkelflauten-Tauglichkeit“ ein wesentliches Kriterium für mich. Ich bin sicher, dass Sonnenhäuser die besten Grundlagen dafür haben, um gleichzeitig „Resilienzhäuser“ zu sein. Ich werde dem weiter nachgehen.