Nachhaltiges Bauen: Aktive Nutzung der Solarenergie im Sonnenhaus

Rund 20 weitgehend solar beheizte Häuser hat Georg Dasch bereits errichtet, vorwiegend im süddeutschen Raum. Der auf Sonnen- und andere Niedrigstenergiehäuser spezialisierte Architekt gründete im September 2004 das Sonnenhaus-Institut im niederbayerischen Straubing. Es arbeitet an der nachhaltigen Entwicklung und Verbreitung von Bau- und Heiztechniken für Häuser, die mit Sonnenenergie und Biomasse beheizt werden. Als Anlage des Monats stellt der Solarserver das Konzept der Sonnenhäuser vor sowie Beispiele für dessen Umsetzung als Neubauten und im Zuge der Sanierung.

Sonnenhaus in Straubing.

Sonnenhaus in Straubing; Komponenten des Sonnenhauskonzepts (1. Sonnenkollektor 2. Passive Sonnenenergienutzung 3. Gesunde Wärme aus der Sonnenwand 4. Solarspeicher 5. Nachheizung mit Stückholz oder Pellets 6. Fußbodenheizung). Quelle: Sonnenhaus-Institut

100 Prozent regenerativ: Sonne und Biomasse ergänzen sich perfekt

Beim Sonnenhaus steht die aktive Nutzung der Sonnenenergie im Mittelpunkt. Mindestens 50 Prozent des Wärmebedarfs wird mit einer Solarwärmeanlage gedeckt, der Rest mit Biomasse. Ziel des Sonnenhaus-Konzepts ist, bei niedrigstem Primärenergiebedarf möglichst hohen Wohnkomfort und weit gehende Unabhängigkeit von Energiekrisen zu erreichen. Das Konzept basiert auf rationellen, Ressourcen schonenden Bautechniken sowie einer Solarheizung mit hohem Deckungsgrad.

Solarer Deckungsgrad eines "Standard"-Sonnenhauses (100% von April bis Oktober); Sonnenhaus Müller in Rottenburg (Baden-Württemberg). Quelle: Sonnenhaus-Institut

Hauptkriterium beim Bau des Sonnenhauses ist der Primärenergiebedarf. Das beginnt bei der Auswahl der Baustoffe und setzt sich in der konsequenten Verfolgung allgemein anerkannter Grundsätze Energie sparenden Bauens fort. Dies sind vor allem ein hoher Wärmedämmstandard von Außenwandflächen und Fenstern, die wärmebrückenfreie und winddichte Konstruktion sowie die Nutzung der Sonnenstrahlung über Glasflächen für die Raumheizung.

Große Kollektorflächen und Speicher

Um das wechselnde Angebot an Sonnenenergie bedarfsgerecht und effizient auszuschöpfen, wird die Sonne aktiv über Sonnenkollektoren und Langzeitspeicher genutzt. Die Solaranlage sollte möglichst optimal zur Wintersonne ausgerichtet sein. Am besten eignen sich deshalb steile Solardächer mit geringer Südabweichung. Die Kollektoren können auch in die Fassade integriert werden. Je nach gewünschtem Deckungsgrad ist eine Kollektorfläche von 25 bis 80 Quadratmetern erforderlich. Eine sinnvolle Pufferspeichergröße liegt zwischen 120 und 300 Litern pro Quadratmeter Kollektorfläche.

Neben der groß dimensionierten Kollektoranlage ist ein mehrere Kubikmeter fassender, gut wärmegedämmter Pufferspeicher das Hauptmerkmal eines Sonnenhauses. Er speichert die Energie für Heizung und Warmwasser nahezu verlustfrei über mehrere Tage bis hin zu Wochen. Eine schlanke Bauform des Pufferspeichers und mehrstufige Be- und Entladung verbessern die Wärmeschichtung und damit den Wirkungsgrad der Solaranlage. Das Brauchwasser wird durch einen im Pufferspeicher eingeschweißten, birnenförmigen Edelstahlbehälter miterwärmt. Um die nötigen Nutztemperaturen für das Warmwasser und den Heizungsvorlauf zu erreichen, wird der obere Speicherbereich auf einem entsprechenden Mindesttemperaturniveau gehalten.

Klimaneutrales Heizen mit Holz

Eine Biomasseheizung stellt die ideale Ergänzung zu einer Solarwärmeanlage dar. In längeren sonnenarmen Zeiträumen stellt diese Zusatzheizquelle die Energieversorgung sicher. Konsequenterweise wird hierfür wiederum gespeicherte Sonnenenergie genutzt - in Form von Holz. Die Biomasse ist ein heimischer Energieträger und verbrennt CO2- neutral.

Bei den Sonnenhäusern ist der Brennstoffbedarf mit 1 bis 3 Raummetern Holz pro Jahr sehr gering. In Kombination mit dem großen Pufferspeicher muss nur selten nachgeheizt werden. Als zusätzliche Wärmequelle reicht oft ein Kamin- oder Kachelofen mit Wassereinsatz. Noch mehr Komfort bietet ein Holzvergaserkessel oder eine vollautomatisch arbeitende Pellet-Zentralheizung.

Pellets-Heizkessel. Quelle: Sonnenhaus-Institut.

Flächenheizung für angenehmes Wohnklima, Verzicht auf Lüftungsanlage

Unsichtbare Heizflächen aus Kupfer- beziehungsweise Verbundrohrregistern in Wänden und Böden geben ihre Wärme in Form langwelliger Strahlung gleichmäßig an den Raum ab und sorgen so für ein behagliches Wohnklima. Die Wandheizungen sind gut regelbar und kommen mit niedrigen Vorlauftemperaturen aus. Sie sind als Unterputz-Register oder montagefertige Trockenbaupaneele erhältlich.

Im Gegensatz zu so genannten Passivhäusern, die ohne Wasser führende Heizung auskommen und bei denen die Luft elektrisch nachgeheizt wird, kommen die Sonnenhäuser ohne eine Lüftungsanlage aus. Denn Dasch verzichtet im Regelfall auf eine elektrisch betriebene Lüftungsanlage, um den Strombedarf zu minimieren. Dennoch zeige die Erfahrung, dass das Sonnenhaus dem Passivhaus hinsichtlich der Ökobilanz, der Wirtschaftlichkeit und des Wohnkomforts sogar überlegen ist.

Die Voraussetzungen dafür schafft unter anderem die Holzrahmenbauweise. Holzwerkstoffe haben beste bauphysikalische Eigenschaften und belasten die Umwelt weder bei der Herstellung, noch bei der Entsorgung. Dies gilt auch für die im Ökobau verwendeten Dämmstoffe wie Zellulose oder Holz-/Weichfaserplatten. Doch auch gut gedämmte Massivhäuser eignen sich als Sonnenhäuser.

Solarwärme für Neu- und Altbauten

Von der Praxistauglichkeit des SonnenhausKonzepts konnte sich auch der stellvertretende umweltpolitische Sprecher der SPD-Bundestagsfraktion, Horst Kubatschka, überzeugen: Im neuen Sonnenhaus der Familie Lorenz in Kumhausen bei Landshut decken 68 Quadratmeter Sonnenkollektoren auf dem 46 Grad steilen Dach 77 Prozent des Heizenergiebedarfs.

Sonnenhaus Lorenz; Solarspeicher. Quelle: Lorenz, Landshut.

Den Solartank mit einem Fassungsvermögen von elf Kubikmetern, der von der Firma Lorenz Behälter- und Apparatebau in Landshut gefertigt wurde, hat Architekt Dasch in das offene Treppenhaus integriert. Der 6,2 Meter hohe Solarspeicher reicht vom Keller bis in die erste Etage. In dem offenen Wohnbereich dient er als Blickfang. Die Treppe verläuft um den Speicher herum. Von dieser Lösung zeigte sich Kubatschka begeistert: "Eine gute Idee! So verliert man keinen Raum. Das Haus hat mir auch architektonisch gut gefallen", sagte der Bundestagsabgeordnete und versichert, sich im Bundestag weiter für die Nutzung der Solarwärme einzusetzen.

Ein weiterer Blickfang ist der Kachelofen, der nach den Vorstellungen der Familie handgemauert wurde. In ihm verbirgt sich ein Stückholzkessel, der die Nachheizung in längeren sonnenarmen Perioden sicherstellt. Bei einem geschätzten Brennstoffbedarf von 1,5 Raummetern Holz im Jahr hat er seine erste Bewährungsprobe bereits bestanden: In der Bauzeit von September 2002 bis März 2003 beheizte er ab Oktober das gesamte Haus und trocknete den Neubau.
Heizzentrale Kachelofen. Quelle: Lorenz, Landshut.

Die Wohnfläche des Sonnenhauses beträgt 170 Quadratmeter, bei einem geschätzten Primärenergiebedarf von weniger als neun Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr. Ein niedriger Primärenergiebedarf ist typisch für ein Sonnenhaus: Architekt Dasch weist gerne darauf hin, dass der Primärenergieverbrauch der Sonnenhäuser bei einem Zehntel des EnEV-Standards liegt. Laut Energie-Einspar-Verordnung muss ein Primärenergiebedarf von 100 bis 120 Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr unterschritten werden. In den Sonnenhäusern sind es lediglich 10 kWh/m²a.

Das Sonnenhaus-Konzept im Altbau

Sonnenhaus-Architekt Dasch weiß, wovon er spricht. Denn er hat nicht nur zahlreiche weitest gehend solar beheizte Häuser geplant und realisiert, er heizt auch sein eigenes Wohn- und Geschäftshaus zu 50 Prozent mit Sonnenenergie. Dabei war Daschs Haus aus dem Jahr 1958 bis vor wenigen Jahren noch ein Beispiel für den typischen bundesdeutschen Altbau mit ungenügender Wärmedämmung und hohem Energieverbrauch. Die solare Wende kam 1997, als das Gebäude mit einer Wohnfläche von rund 140 Quadratmetern zu eng wurde für die achtköpfige Familie und die Mitarbeiter. Dasch entschloss sich, den Altbau in ein Sonnenhaus zu verwandeln.

Die Wärme aus Sonnenkollektoren mit 40 m2 hält ein 4.700 Liter-Speicher über Tage und Wochen bereit. Quelle: Sonnenhaus-Institut..

Im rechten Winkel wurde ein neues Gebäude mit zwei Etagen und ausgebautem Dachgeschoss an den Altbau angesetzt. Dadurch konnte eine große Dachfläche mit Südausrichtung geschaffen werden. Auch die Dachneigung wurde im Hinblick auf die Nutzung der Sonnenenergie bestimmt: mit 50 Grad ist sie ideal, um im Winter einen hohen Solarertrag zu erzielen und den Überschuss im Sommer zu reduzieren. Für eine möglichst gute Wärmedämmung fiel die Entscheidung beim Neubau für die Holzständerbauweise. Der Altbau mit seinen relativ dünnen Wänden aus Bimsbetonsteinen erhielt eine Außendämmung aus Kork. Auf diese Weise konnten die vorhandenen Heizkörper in das solare Heizsystem integriert und die Wärmeverluste minimiert werden.

In einem zweiten Bauschritt, fünf Jahre später, ließ der Architekt 40 Quadratmeter Sonnenkollektoren auf dem Dach des Neubaus montieren. Zur Speicherung der Solarwärme sollte im Keller des Altbaus ein Speicher mit einem Fassungsvolumen von 4.700 Litern eingebaut werden. Dies stellte den Bauherren vor eine große Herausforderung: Der Speicher konnte nicht in einem Stück in den Keller transportiert werden. Die Lösung kam aus der Schweiz. Der Speicherhersteller Jenni bietet große Solarspeicher an, die auf Wunsch im Werk zerschnitten und in Einzelteilen geliefert werden. Vor Ort werden die Teile in den Keller gebracht und dann zusammengeschweißt. Damit der 2,5 Meter hohe Speicher aufrecht im Keller Platz fand, wurde zudem eine Vertiefung von einem Meter geschaffen.

"Rund 700 Euro Heizkosten sparen wir im Jahr durch das solare Heizsystem ein", stellt Georg Dasch fest. Vor dem Umbau nach dem Sonnenhauskonzept betrug der Wärmeenergiebedarf für Heizung und Warmwasser 28.000 Kilowattstunden pro Jahr und nun 14.000 kWh. Außerdem heizen wir auch in der Übergangszeit nach Lust und Laune, weil genügend Sonnenwärme vorhanden ist", freut sich Dasch.
Maßarbeit: Speichermontage im Keller. Quelle: Sonnenhaus-Institut.