Solar-Plus-Haus: Heizen mit der Sonne - und mit Wind

Dass Heizen ohne Öl und Gas modernster Stand der Bautechnik ist, zeigt ein Solar-Plus-Haus in der osthessischen Gemeinde Flieden (Kreis Fulda). Diplomingenieur Martin Beyer hat das Projekt entwickelt, das auf dem Konzept eines 3-Liter-Hauses beruht, aber die Idee des Passivhauses um die intensive Nutzung der Sonnenenergie erweitert. Optimale Wärmedämmung, eine Solarwärmeanlage mit einem 2.100 Liter fassenden Pufferspeicher und Niedertemperaturflächenheizung, kontrollierte Wohnraumlüftung mit Wärmerückgewinnung und vorgeschaltetem Erdwärmetauscher, eine Solarstromanlage sowie ein Windrad im Garten sind die zentralen Komponenten des Energiekonzepts.

Fassade mit 11 thermischen Solarkollektoren (oben) und 10 Photovoltaikmodulen (neben den Fenstern); Rohbau des Holztafelbaus. Fotos: das baustudio

Das Solar-Plus-Haus wurde in Holztafelbauweise erstellt und mit Zellulose gedämmt. Innen und außen kamen ökologische OSB-Platten (aus ausgerichteten Spänen) und ein Wärmedämmverbundsystem aus Holzweichfaserplatten zum Einsatz. Die Wandstärken betragen je nach Lage zwischen 26 und 36 Zentimetern. Die U-Werte der Wände liegen zwischen 0,11 bis 0,15. Der U-Wert bezeichnet den Wärmedurchgang durch einen Bauteil und wird in Watt pro Quadratmeter und Kelvin beziffert (W/(m²K). Ein niedriger U-Wert bedeutet, dass weniger Wärme durch den Bauteil fließt.

Passivhausstandard plus aktives Heizen mit Solarenergie

Das Gebäude besitzt im Gegensatz zu einem Passivhaus ein aktives Heizungssystem mit Fußboden- und Deckenflächenheizung, die aus dem Liter Schichtenpufferspeicher versorgt werden. 3-fach-verglaste Holzfenster und eine Haustür in Passivhaus-Qualität sind weitere Elemente der Gebäudehülle. Das Haus bietet eine Wohnfläche von rund 175 Quadratmetern und eine Nutzfläche mit ca. 40 m². Derzeit bewohnen es zwei Personen; ausgelegt wurde das mit bevorzugt ökologisch orientierten Materialien errichtete Gebäude für vier Bewohner. Der Energiebedarf für die ganzjährige Heizung liegt unter dem Grenzwert für Passivhäuser von 15 Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr (kWh m²/a.).

Sonnenkollektoren und Solarstrommodule, 2.100 Liter-Wärmespeicher im Keller.
Fotos: das baustudio

Für das Solar-Plus-Haus errechnete Dipl.-Ing. Beyer einen Jahresheizwärmebedarf von 2.670 kWh. Bezogen auf die beheizte Fläche ergibt dies einen Bedarf 12,59 kWh / m². Das entspricht rund 1,3 Liter Heizöl pro Quadratmeter und Jahr und damit in etwa einem so genannten 1-Liter-Haus. Wie beim "3-Liter-Auto" ist dieser Wert der Maßstab, an dem künftige und aktuelle Entwicklungen gemessen werden. Die solare Deckungsrate für die Brauchwassererwärmung erreicht fast 100 %. Die auf der Südseite installierten Hochleistungs-Flachkollektoren gewährleisten langfristig hohe Wirkungsgrade.

Südfassade als Energie-Gewinner

Das Haus zeichnet sich aus durch seine energetischen Gewinne und hat daher eine bessere Energiebilanz als ein Passivhaus. Die elf Solarwärme-Kollektoren haben zusammen eine thermische Leistung von rund 3.000 Kilowattstunden. Damit können nach den Ergebnissen einer thermischen Gebäudesimulation rund 38 % des Heizwärmebedarfs und rund 90 % des Warmwasserbedarfs gedeckt werden. Der Wärmespeicher, das "Herz" der gesamten Anlage, hat ein Volumen von 2.100 Litern. Der Glasfaser-Schichtenpufferspeicher wurde vor Ort gefertigt und eingebaut.

Hauswasserwerk zur Regenwassernutzung (6000 Liter), Kreuzstromwärmetauscher der kontrollierten Wohnraumlüftung im Technikraum im Keller. Fotos: das baustudio

Unterstützt wird die Anlage durch eine kontrollierte Wohnraumlüftung mit Wärmerückgewinnung per vorgeschaltetem Erdwärmetauscher. Die Anlage sorgt für permanente Frischluftzufuhr in die Gebäudehülle; der Wärmetauscher wärmt die Zuluft mit Hilfe von Erdwärme im Winter vor und kühlt sie im Sommer ab. Die Fenster sind 3-fach verglaste Passivhauselemente und auf die Gebäudehülle und das Energiekonzept abgestimmt.

Savonius-Rotor: Heizungsunterstützung mit Windenergie

Zur weiteren Deckung des Restenergiebedarfs wird ein so genannter Savonius-Rotor zusätzlich rund 3.000 Kilowattstunden Strom erzeugen. Ein elektrischer Heizstab speist die daraus erzeugte Wärme direkt in den Pufferspeicher ein.

Der Rotor ist nicht mit herkömmlichen Windrädern vergleichbar, sondern eher ein optisches Bauelement. Er ähnelt einem Windspiel und produziert den zusätzlichen Strom vollkommen geräuschfrei. Somit kann nochmals von einer rund 40-prozentigen Unterstützung des Heizwärmebedarfs ausgegangen werden, so dass am Ende nur noch ein Restbedarf von etwa 20 % extern gedeckt werden muss.

Savonius-Rotor: 3.000 Kilowattstunden Strom zur Heizungs-
unterstützung. Dipl.-Ing Martin Beyer.

Fotos: das baustudio

Bevor er sich für das Windrad entschied, hatte Dipl.-Ing. Beyer eine Wärmepumpe vorgesehen. Diese könnte auch noch zusätzlich aufgeschaltet werden. Bei einem rechnerischen Wirkungsgrad von 1 zu 4 (Leistungszahl 4) könnten dann aus dem selbst produzierten Windstrom zusätzlich rund 8.400 kWh Wärme generiert werden. Die Leistungszahl ist das Maß für den Wirkungsgrad von Wärmepumpen. Sie gibt die abgegebene Heizleistung einer Wärmepumpe im Vergleich zur aufgewendeten elektrischen Antriebsleistung an. Die Leistungszahl 4,0 bedeutet, dass das vierfache der eingesetzten Elektrizität in nutzbare Wärme umgesetzt wird.

Solarwärme für das Haus, Solarstrom in das Netz

Die Fassade ist sowohl mit den solarthermischen Kollektoren zur Wärmeerzeugung und zur Nutzung vor Ort als auch mit zehn Photovoltaikmodulen mit monokristallinen Solarzellen bestückt. Die jährlich prognostizierte Solarstromleistung liegt bei 2.670 Kilowattstunden. Der direkt in das öffentliche Stromnetz eingespeiste und nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) vergütete Solarstrom fließt jedoch nicht in die Energiebilanz des Solar-Plus-Hauses ein

Fassade des Solar-Plus-Hauses in Flieden. Fotos: das baustudio

In 20 Jahren können die Bauherren mit rund 53.000 kWh Solarstrom rechnen, für die der Stromnetzbetreiber jeweils 56,8 Cent bezahlen muss. Pro Kilowattstunde Solarstrom sieht das EEG für im Jahr 2006 an das Netz gehende Solarstromanlagen 51,80 Cent/kWh vor, für die Fassadenintegration wird ein Bonus von weiteren 5 Cent bezahlt. In den 20 Jahren erhalten die Besitzer etwa 30.000 Euro für den Verkauf des Solarstroms - und auch nach der EEG-Förderung produzieren die Module weiter sauberen Strom. So geben einige deutsche Modulhersteller beispielsweise 25 Jahre Garantie auf 80 % der Nennleistung.

Nachhaltiges Wohnen zu angemessenen Preisen

"Der nachhaltige und schonende Umgang mit unseren weltweit vorhandenen Energie- und Rohstoffressourcen sollte für jeden von uns Anlass sein, sich näher mit der Nachhaltigkeit und dem Energiesparen vertraut zu machen", sagt Martin Beyer. Das Solar-Plus-Haus unterstütze den Weg dahin mit seinem ganzheitlichen Ansatz, die benötigte Energie umweltschonend und solar zu gewinnen.

Foto: das baustudio

Mit der intensiven Nutzung der Sonnenenergie, ökologischen Baumaterialien und der Verwirklichung individueller Wohnraumansprüche trage das Solar-Plus-Haus den Anforderungen anspruchsvoller und umweltbewusster Bauherren Rechnung.
Je nach Ausstattung kostet das schlüsselfertige Haus zwischen 1.250 und 1.500 € pro Quadratmeter Wohn- und Nutzfläche. Das Gebäudekonzept kann individuell an die Raumbedürfnisse der Bauherren angepasst werden.

Für das Solar-Plus-Haus in Flieden liegen die Erstellungskosten bei zirka 1.360 €/m2 Wohn- und Nutzfläche.

Material und Bilder: das baustudio, ingenieurbüro für ökologisches & solares bauen, dipl.-ing. martin beyer. Redaktion Solarserver: Rolf Hug.