Wissenschaftliches Fundament für Sonnenhäuser

Die Bewohner von rund 1700 Sonnenhäusern in Deutschland, der Schweiz und Österreich heizen hauptsächlich mit Sonnenwärme: Solarwärmekollektoren auf dem Dach erwärmen einen Pufferspeicher für die Trinkwassererwärmung und die Raumheizung. 60 % des Wärmebedarfs können typischerweise auf diese Weise gedeckt werden, da die Häuser gut gedämmt sind.

Solche „SolarAktivHäuser“ erfüllen auch die EU-Gebäuderichtlinie, die festlegt, dass Neubauten ab dem Jahr 2021 (mindestens) Niedrigstenergiehäuser sein müssen und ihren fast bei Null liegenden oder sehr geringen Energiebedarf zu einem ganz wesentlichen Teil durch Energie aus erneuerbaren Quellen decken. Sonnenhäuser sind eine Alternative zu Passivhäusern, die hauptsächlich auf eine optimierte Dämmung und eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung setzen. Allerdings kämpften die SolarAktivHäuser bislang mit einem Manko: Es fehlten systematische wissenschaftliche Untersuchungen und neutrale Bewertungen der Effizienz.

Neun Sonnenhäuser wissenschaftlich untersucht

Im Projekt „Heizsolar“ haben nun Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE gemeinsam mit Kollegen der Solar- und Wärmetechnik Stuttgart, der TU Ilmenau und des Sonnenhaus-Instituts erstmals eine solche wissenschaftliche Grundlage, geschaffen. Gerhard Stryi-Hipp, Gruppenleiter am ISE: „Im Projekt Heizsolar haben wir neun SolarAktivHäuser über mehrere Heizperioden vermessen. Damit konnten wir die Basis dafür legen, die Häuser zu optimieren und die Kosten zu senken. Wir erwarten daher, dass ihre Bedeutung künftig deutlich steigen wird.“

Generell ist es möglich, die komplette Raumheizung mit Solarwärme zu betreiben. Dennoch sind 100-%-Sonnenhäuser bislang Exoten – sie sind teuer und es gilt, im Haus viel Platz für einen Langzeitwärmespeicher zu opfern, der 50 m³ umfassen kann. „Ein guter Kompromiss liegt in SolarAktivHäusern, die etwa 60 % der benötigten Wärme mit Solarwärmekollektoren erzeugen“, sagt Stryi-Hipp. „Im Frühjahr und im Herbst reicht die Leistung von 40 m² Solarwärmekollektoren und ein 5-m²-Speicher im Einfamilienhaus völlig aus. Nur in den Monaten November bis Januar müssen über Gas- oder Holzheizkessel die fehlenden 40 % zugeheizt werden.“

Simulationsmodell für SolarAktivHäuser

Die Planung der Sonnenhäuser basiert bisher vor allem auf der praktischen Erfahrung einiger Experten. Die Forscher untersuchten daher wissenschaftlich, wie sich die SolarAktivHäuser weiter optimieren lassen – und entwickelten ein entsprechendes Simulationsmodell. In welchem Rahmen kann man beispielsweise die Speichergröße reduzieren – und somit die Akzeptanz der Häuser erhöhen? Das Verhältnis von Speichergröße und Kollektorfläche lässt sich variieren: In unserem 60-%-SolarAktiv-Referenzhaus etwa kann man das Speichervolumen von 6000 auf 3000 l reduzieren, wenn dafür die Kollektorfläche von 40 auf 60 m² erhöht wird.

Sonnenhäuser halten auch Herausforderungen bereit. Einige davon lassen sich durch eine fundierte Planung einfach lösen – so das Ergebnis der Wissenschaftler. Ein Beispiel ist die Wärme, die die Speicher abstrahlen. Während diese im Winter willkommen ist, möchte man im Sommer vermeiden, dass die Temperatur im bereits warmen Haus noch weiter nach oben klettert. Stryi-Hipp: „Stellt man den Speicher beispielsweise ins Treppenhaus, geht die Abwärme im Winter nicht verloren. Und im Sommer stört sie nicht weiter, wenn ein Fenster zur Abfuhr der warmen Luft eingebaut wird.“ Andere Aspekte erfordern jedoch noch weitere Forschung. So etwa die Frage, wie sich SolarAktivHäuser mit Null- oder Plusenergiehäusern vergleichen lassen: Bei diesen erzeugen Photovoltaik-Anlagen Strom und treiben damit zum Teil Wärmepumpen an. Dies wollen die Forscher nun in einem Nachfolge-Projekt untersuchen. ■