Maßzahl für den Wärmestrom, der durch eine Fläche von 1 m2 hindurchgeht. Maßeinheit sind Watt pro Quadatmeter (W/ m2)
K Wert = Energie / ( Fläche x Temperaturdifferenz x Zeit).
Je kleiner der k-Wert, um so besser ist die Wand oder das Fenster isoliert. Mit 10 cm Hartschaum wird ein k-Wert von 0,22 erreicht.

BINE Informationsdienst

Wärmepumpe und Kältemaschine (beispielsweise ein Kühlschrank) basieren auf dem gleichen technischen Prinzip - jedoch mit unterschiedlicher Zielrichtung. Mit der Wärmepumpe wird Umgebungswärme auf ein für Heizzwecke nutzbares Temperaturniveau angehoben. Bei der Kältemaschine wird der gleiche Prozess genutzt, um durch den Entzug von Wärme Kühlung zu erzeugen. Die Wärmeaufnahme geschieht an einem Verdampfer durch ein Kältemittel, das bei niedriger Temperatur verdampft.

Ein Verdichter leistet erforderliche Arbeit zur Wärmetransformation von einem niedrigen auf ein höheres Temperaturniveau. Er saugt den Kältemitteldampf und komprimiert diesen. Diese Verdichtung „hebt“ das Kältemittel auf ein höheres nutzbares Temperaturniveau. Das komprimierte Kältemittel gibt die aufgenommene Wärme an einen zweiten Wärmetauscher ab. Wenn die Wärmeabgabe unterhalb der kritischen Temperatur des Kältemittels stattfindet, kondensiert es.
Liegt die Arbeitstemperatur des Kältemittels oberhalb der kritischen Temperatur, lässt es sich nicht mehr verflüssigen. Das unter Hochdruck stehende Kältemittel wird über ein Drosselventil entspannt. Schließlich wird es dem Verdampfer zugeführt und der Kreis schließt sich.


Text und Illustration: BINE Informationsdienst, Fachinformationszentrum Karlsruhe, www.bine.info

Kirche in Schönau

Kirchendächer sind für die Nutzung der Sonnenenergie besonders geeignet, weil sie große Flächen haben und, dank der üblichen Ost-West-Richtung des Kirchenschiffs, optimal nach Süden ausgerichtet sind. Allerdings spricht der Denkmalschutz häufig dagegen.
Die christlichen Kirchen haben sich seit den 1980er Jahren verstärkt für die Bewahrung der Schöpfung engagiert und sich in zahlreichen Dokumenten für die Nutzung solarer und regenerativer Energien ausgesprochen. Die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) griff dies auf und förderte mit einem speziellen Programm von 1999 bis 2001 thermische und photovoltaische Solaranlagen auf Kirchendächern. Zu den Förderbedingungen gehörte, dass sich die Kirchengemeinden als Multiplikatoren in Sachen Klimaschutz verstehen und aktiv Öffentlichkeitsarbeit betreiben.
Dank der kirchlichen Gemeindestruktur können sich Personen finanziell an Solaranlagen beteiligen, die sonst privat, beispielsweise als Mieter, gar keine Möglichkeit dazu hätten. Solaranlagen auf Kirchendächern sind typische lokale Gemeinschaftsprojekte und werden nicht durch Kirchensteuermittel finanziert. Sie bekommen durch die exponierte Lage der Kirchen auch eine Vorzeige- und Vorreiterfunktion.

Herkömmliche Klimaanlagen und Kühlschränke arbeiten mit elektrisch betriebenen Kompressoren, die einen um so höheren Energiebedarf haben, je wärmer die zu kühlende Luft ist. Die Grundidee solarer Kühlung besteht darin, die „überschüssige“ Sonnenenergie zur Kühlung von Gebäuden oder Geräten gerade in der heißen Tageszeit zu nutzen. Solare Kühlung spart Strom und hat, anders als bei der solaren Heizung, kein Speicherproblem: Der Kühlbedarf steigt und fällt nahezu zeitgleich mit dem Angebot an Sonnenenergie.
Je nach Anwendung werden bei der solaren Kühlung verschiedene Verfahren eingesetzt. Kühlschränke können nach dem Prinzip der Wärmepumpe oder nach thermoelektrischen Verfahren betrieben werden. Gebäude und Räume werden gekühlt, indem man der warmen Raumluft durch Adsorption an geeignete Materialien Wasser entzieht und sie damit kühlt (Verdunstungskälte). Damit die Adsorptionsmaterialien wieder Feuchtigkeit aufnehmen können, werden sie durch Wärme getrocknet, die der Sonnenkollektor liefert. Der gleiche Sonnenkollektor kann also im Sommer zur Kühlung und im Winter zur Heizungsunterstützung eingesetzt werden.
Während solare Wärmegewinnung weit verbreitet ist, werden die Möglichkeiten solarer Kühlung in der allgemeinen Diskussion unterschätzt und finden sich auch kaum in der populären Literatur in Deutschland. Zumindest in tropischen und subtropischen Gegenden steht der solaren Klimatisierung eine große Zukunft bevor.


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Geothermie eignet sich auch zur Klimatisierung. systherma GmbH

Das Temperaturniveau in Mitteleuropa macht den nahen Untergrund auch für die Bereitstellung von Klimakälte interessant. Der Boden kann über Erdwärmesonden oder Energiepfähle direkt, also ohne Einschaltung einer Wärmepumpe, zur Raumkühlung herangezogen werden. Dabei wird nur das im System zirkulierende Wärmeträgermedium genutzt, beziehungsweise mit Pumpen im Gebäude umgewälzt Der Energieaufwand beschränkt sich auf den Stromverbrauch dieser Pumpen. Herkömmliche Aggregate zur Erzeugung von Klimakälte entfallen.

Der Wirtschaftlichkeit erdgekoppelter Wärmepumpen kommt die direkte oder wärmepumpengestützte Kühlung sehr entgegen, denn sie können beides leisten: Heizen und Kühlen. So können die Investitionskosten in Einzelfällen bereits günstiger sein, als wenn sowohl eine Heizung als auch ein getrennte Anlage zur Erzeugung von Klimakälte angeschafft werden müssen.

Wagner & Co., Cölbe

wandelt mittels eines Absorbers die Sonnenstrahlung in Wärme um, die für Heizung, Brauchwassererwärmung oder thermische Lüftung genutzt werden kann. Sonnenkollektoren sind neben Speicher und Regelung die wichtigste Komponente einer thermischen Solaranlage.

Kollektorabdeckung , Flachkollektor DGS/ISE

der für die Strahlung transparente Teil des Kollektors, welcher die Wärmeverluste reduzieren und den Absorber vor Umwelteinflüssen schützen soll. Um hohe Temperaturen im Kollektor zu erzielen, werden mehrere Schichten (Doppelglas) oder Wabenschichten verwendet.

HYBRID-Schichtenspeicher für Brauchwasser und Heizungsunterstützung. Sailer Solarsysteme GmbH

Thermische Solaranlagen zur Heizungsunterstützung sorgen meist zugleich das ganze Jahr über für warmes Trinkwasser. Um beiden Zwecken mit einer Solarwärmeanlage gerecht werden zu können, benötigt man aber entweder eine Zwei-Speicher-Lösung mit einem Pufferspeicher und einem Brauchwasserspeicher oder eine Lösung, die beide Funktionen in einem Tank vereint. Solche Systeme werden zusammenfassend als Kombispeicher bezeichnet.

Während Zwei-Speicher-Lösungen aufwändige Regelungsstrategien zur optimalen Verteilung der erzeugten Sonnenwärme zwischen Brauchwasserspeicher und Pufferspeicher benötigen, wird bei der Entwicklung von Kombispeichern angestrebt, diese Verteilungsaufgabe durch die Speicherkonstruktion selbst zu einer optimalen Lösung zu führen.
Dabei gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher Realisierungsansätze, die sich im wesentlichen in zwei Klassen einteilen lassen:
- Bei Tank-in-Tank-Speichern befindet sich im Inneren des Pufferspeichers ein zweiter, kleinerer Trinkwasserspeicher. Dabei übernimmt die Außenhülle des Trinkwassertanks die Rolle einer Wärmetauscherfläche vom Pufferspeicher zum Trinkwasserspeicher.
- Bei Speichern mit Trinkwasserwärmetauscher fließt das zu erwärmende Brauchwasser meist in einem speziellen Wärmetauscherrohr durch das Innere des Pufferspeichers und wird dabei im Durchlaufverfahren erhitzt; Systeme mit außen liegendem Trinkwasserwärmetauscher sind kaum mehr auf dem Markt.

Die Tank-in-Tank-Variante hat verschiedene Vorteile, ist aber nur schwierig mit den meisten hoch entwickelten Konzepten zur optimierten Schichtenspeicherung zu kombinieren, weshalb bei diesen regelmäßig die Variante "Trinkwasser-Wärmetauscher" eingesetzt wird. Auch bei Kombispeichern mit integriertem Gas- oder Holzpellets-Brenner, wie sie von einigen Herstellern als solare Heizzentrale angeboten werden, wird meist die zweite Variante gewählt.

Wie für alle Solarspeicher gilt auch für Kombispeicher, dass die optimale Nutzung der Sonnenenergie die Beachtung des Prinzips der Schichtenspeicherung und die Vermeidung der Vermischung kalter und warmer Schichten innerhalb des Speichers voraussetzt. Daher sollten auch sie eine eher hohe und zugleich schlanke Bauweise einhalten. Dies führt dazu, dass Speicher mit einem Fassungsvermögen um 1.000 l meist schon eine Höhe um 2 m aufweisen. Kleinere Kombispeicher können auch in reinen Warmwasserbereitungsanlagen eingesetzt werden. Durch ihren deutlich gerineren Inhalt an zu erwärmendem Trinkwasser und den damit verbundenen höheren Durchsatz vermeiden sie Hygiene-Probleme, wie sie bei sehr großen Brauchwasserspeichern auftreten können, bieten über ihr hohes Puffervolumen aber eine vergleichbare Wärmespeicherkapazität wie diese.

Ein einfaches Beispiel aus der Solarthermie: Ein Schwimmbad wird solar erwärmt, das Wasser wird als Trägermedium genutzt. Eine (elektrische) Pumpe sorgt für die Zirkulation MBW.NRW

Umwandlung von Energie, z.B von Licht in Wärme (Solarthermie)

Als Faustregel kann man pro installiertem Kilowatt Spitzenleistung (kWp) mit Kosten von 6.000 € rechnen. Die Kosten für die Installation und den Anschluss ans öffentliche Netz müssen vom Fachinstallateur veranschlagt werden. Beim Neubau oder einer anstehenden Dachsanierung sind die Kosten günstiger als beim nachträglichen Einbau. Bei jedem Neubau sollten Leerrohre und Platz für den Einspeisezähler selbstverständlich sein. Der Installationsaufwand für Photovoltaikanlagen ist im Vergleich zu den Gerätekosten gering.

Wegen der großen Nachfrage auf dem Photovoltaikmarkt sind nicht immer alle Module der gewünschten Preis- und Leistungsklasse verfügbar. „Komplettpakete“ zur Selbstmontage, die alle Komponenten (Module, Netzeinspeisegeräte, Gestelle, Kabel) enthalten, kosten zwischen rund 6.000 € (1 kWp) und zirka 22.000 € (4 kWp). Die Kosten je Leistungseinheit (kWp) sinken mit der Größe der Anlage.

Die Einspeisevergütung nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz ermöglicht eine Wirtschaftlichkeitsberechnung. Je nachdem, wie die Verzinsung für das aufgewendete Kapital angesetzt wird, kann die Investition etwa ab dem 14. Jahr eine Rendite abwerfen. Für gewerbliche Anlagen sind dank der Abschreibungsmöglichkeiten die Renditeaussichten günstiger. Wegen der langen Lebensdauer der Solarzellen und der über 20 Jahre laufenden Einspeisevergütung ist auf die Haltbarkeit und Qualität der verwendeten Materialien zu achten.

Bei der Kostenkalkulation sind die technischen Komponenten (Kollektoren, Befestigung, Speicher, Regelung, Ausdehnungsgefäß, Flüssigkeit) sowie die Installationskosten zu berücksichtigen. Davon können Zuschüsse aus öffentlichen Fördermaßnahmen abgezogen werden zum Beispiel dem Marktanreizprogramm zu Gunsten erneuerbarer Energie. Bis zum vorläufigen Stopp des Programms am 14.08.2006 betrug der Zuschuss 54,60 € pro Quadratmeter Kollektorfläche. Für Anlagen zur kombinierten Warmwasseraufbereitung und Raumheizung waren es 70,20 € pro Quadratmeter Kollektorfläche. Da die von verschiedenen Herstellern angebotenen „Solarpakete“ die Kosten für die Installation nicht enthalten, empfiehlt sich ein Kostenvoranschlag vom Fachinstallateur.

Beim Neubau oder einer anstehenden Generalsanierung von Dach und/oder Heizungsanlage ist eine Solaranlage günstiger zu kalkulieren als beim nachträglichen Einbau. Deshalb sollten bei jedem Neubau zumindest Leerrohre und ausreichend freier Platz im Haustechnik-Raum selbstverständlich sein. Der Installationsaufwand für thermische Solaranlagen ist höher als bei Photovoltaikanlagen.

Die Entscheidung zwischen Flachkollektoren und Röhrenkollektoren hängt weniger von den Kosten als von der Ausrichtung der Anlage ab. Der unterschiedliche Wirkungsgrad gleicht in den meisten Fällen die Kostenunterschiede aus. Die „Solarpakete“ zur Selbstmontage kosten zwischen 3.000 € (mit 300-Liter-Speicher) und 10.000 € (mit 1.000-Liter-Speicher).

Bei thermischen Solaranlagen ist es schwierig, eine genaue Wirtschaftlichkeitsberechnung durchzuführen. Die üblichen Simulationsprogramme geben, je nach Auslegung der Anlage, einen solaren Deckungsanteil von ca. 20 bis 70 % an. Damit kann, je nach Wärmeleistung des bisher verwendeten Brennstoffs, eine Ersparnis errechnet werden. Bei den derzeitigen Brennstoffpreisen kann die Investition keine finanzielle Rendite abwerfen. Sie erhöht aber den Wert des Hauses, bringt Zufriedenheit und schont die Umwelt.

Die Vergütung für ins öffentliche Netz eingespeisten Strom aus Anlagen zur Nutzung Erneuerbarer Energien kann als kostendeckend bezeichnet werden, wenn sie in etwa eine vergleichbare Rendite für das eingesetzte Kapital ermöglicht, wie sie mit anderen Anlageformen erzielt werden kann. Nach 20 Jahren sollte sowohl eine angemesse Rendite erzielt werden, als auch die Kosten für die Anlage und deren Installation, sämtliche Betriebskosten (Messkosten, Wartung, Reparatur, Versicherung sowie die Abbaukosten zum Ende der Betriebszeit) und die Kapitalbeschaffungskosten (Schuldzinsen) erwirtschaftet worden sein.

Die kostendeckende Vergütung als Markteinführungsprogramm wurde erstmalig 1989 vom Solarenergie-Förderverein (SFV) Aachen gefordert. Der SFV forderte damals die Umlage der entstehenden Mehrkosten auf alle Stromkunden und lehnte eine Finanzierung über Steuergelder ab. Vor allem der SFV setzt sich auch heute für eine Anhebung des EEG-Vergütungssatzes auf ein kostendeckendes Niveau von etwa 70 bis 80 Cent/kWh ein. Dann könnte nach Auffassung des SFV auf weitere Förderprogramme, die derzeit einen zusätzlichen Anreiz zur Errichtung einer Solaranlage bieten und zahlreiche regionale Förderungen verzichtet werden.


Die seit dem 1. Januar 2004 gültige gesetzliche Regelung für die Vergütung von Strom aus Photovoltaikanlagen nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) schreibt im Jahr 2007 eine Einspeisevergütung für Solarstrom je nach Anlagengröße zwischen 46 und rund 54 Cent pro Kilowattstunde vor (und etwa 38 Cent pro kWh für Freiflächenanlagen).

Kostendeckung im oben ausgeführten Sinn ist damit laut SFV noch nicht erreicht, obwohl es Ziel des Gesetzes ist, "den Betreibern von optimierten Anlagen zur Erzeugung von Strom aus Erneuerbaren Energiequellen bei rationeller Betriebsführung einen wirtschaftlichen Betrieb dieser Anlagen grundsätzlich zu ermöglichen." (Vgl. EEG, B. Besonderer Teil, zu §§ 4 bis 8). Dort heißt es weiter: "Grundlage für die Ermittlung der Vergütung sind insbesondere die Investitions-, Betriebs-, Mess- und Kapitalkosten eines bestimmten Anlagentyps bezogen auf die durchschnittliche Lebensdauer sowie eine marktübliche Verzinsung des eingesetzten Kapitals."