Sonnenhaus

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Dämmstandard (Transmissionswärmeverlust):


Neubau: H
T' max. 0,28 W/m²K

(entspricht Grenzwert EnEV 2009 minus 30%)

Gebäudebestand: HT' max. 0,40 W/m²K

(entspricht EnEV-Neubaustandard)

Primärenergiebedarf max. 15 kWh/m²a

Solarer Deckungsgrad mindestens 50%

Nachheizung möglichst regenerativ (Holz)

 

Ein steil nach Süden geneigtes Solardach und ein großer, im Wohnbereich integrierter Wassertank sind die prägenden Merkmale der Sonnenhaus-Architektur und Symbole für eine weitgehend unabhängige Energieversorgung.

Der Jahres-Primärenergiebedarf von 5 bis 15 kWh pro m² Gebäudenutzfläche unterschreitet den eines Passivhauses mit Klimakompaktgerät oder elektrischer Wärmepumpenheizung etwa um das Vierfache.     

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Der Primärenergiebedarf eines Systems umfasst zusätzlich zum eigentlichen Energiebedarf auch Hilfsenergien (wie elektrischen Strom für Pumpen) und die Energiemenge, die durch vorgelagerte Prozessketten außerhalb der Systemgrenze bei der Gewinnung, Umwandlung und Verteilung des Energieträgers benötigt wird.
Beim Sonnenhaus-Heizkonzept ist der fossile Energieeinsatz sehr gering, da die Wärme zu 100% regenerativ erzeugt wird. Zudem kommen Energiesparpumpen zum Einsatz, so daß nur ein jährlicher Stromverbrauch von ca. 200 bis 300 Kilowattstunden für Hilfsenergien anfällt.     


Die wichtigste Voraussetzung für einen niedrigen Heizenergieverbrauch ist eine gute, kältebrückenfreie und luftdichte Wärmedämmung der Gebäude-Hüllflächen. Hier gilt es die Anforderungen der Energieeinsparverordnung um wenigstens 30% zu unterschreiten bzw. einen Dämmstandard nach KfW-Effizienzhaus-70, besser -55, zu erreichen. Als erste Orientierung sind folgende U-Werte anzustreben:

 

Außenwand: 0,14  - 0,18 W/m²K

Dach: 0,12  - 0,16 W/m²K

Bodenplatte bzw. Kellerdecke: 0,20 - 0,24 W/m²K

Fenster mit 3-fach-Wärmeschutzverglaung: 0,8  - 1,0 W/m²K (inklusive Rahmenanteil)

Für eine ganzheitliche Betrachtung der Ökobilanz ist es wichtig bei der Auswahl der Baustoffe und Bemessung der Bauteildicken den Primärenergieinhalt und die Entsorgbarkeit der Baukonstruktion im Auge zu behalten.

 

Beispielsweise "verbraucht" eine Holzständerwand mit Zellulosedämmung (U-Wert 0,18) nur etwa 100 kWh/m² WändePrimäreenergie bei der Herstellung; eine Ziegelwand mit Polystyrol-Thermohaut bei gleichem U-Wert ca. 200 kWh/m², also das Doppelte. Bei 300 m² Außenwandfläche macht dieser Unterschied immerhin 30.000 kWh aus.
Das entspricht der Brennstoffmenge, mit der ein Sonnenhaus ca. 5-6 Jahre beheizt werden kann.

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Für den Massivbau eignen sich besonders gut Wärmedämmziegel mit Mineralfaserfüllung, die gute bauphysikalische und ökologische Eigenschaften aufweisen. Mit einem einschaligen Mauerwerk (42,5 cm) wird hier ohne zusätzliche Außen-dämmung ein U-Wert von 0,18 W/m²K erreicht.

Passive Sonnenenergienutzung:

Transparente BauteileTransparente Bauteile (Fenster, ggf. auch Wintergärten) versorgen das Gebäudeinnere mit Licht und Wärme - besonders wenn sie nach Süden orientiert sind.

Sie stellen jedoch auch Wärmeverlustquellen dar, wenn die Sonne nicht scheint: selbst der U-Wert von Dreifach-Wärmeschutzglas ist etwa viermal so hoch wie der einer gut gedämmten Außenwand.

Es kommt also auf zweierlei an: hohe Qualität der Fenster (viel Energiedurchlaß bei möglichst geringem Wärmeverlust inklusive der Rahmen) und eine adäquate Dimensionierung des Fensteranteils an der Fassade - abhängig von der Himmelsrichtung und Speicher-fähigkeit des Gebäudes.

Im Norden soll der Glasanteil möglichst gering sein; an der Südfassade soll er groß - aber nicht zu groß sein.

Um Überhitzungen im Sommer und in den Übergangszeiten zu vermeiden sollten große Fensterflächen im Süden und Westen konstruktiv verschattet oder mit einem außenliegenden Sonnenschutz versehen sein.


Scheint die Sonne, kommt ein Sonnenhaus auch an kalten Tagen häufig ohne aktive Heizung aus. Die passive Sonnenenergienutzung konkurriert jedoch nicht mit der aktiven, weil die durch die Kollektoren geerntete Solarstrahlung im Tank über mehrere Tage oder sogar Wochen zwischengespeichert werden kann.


Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung: eine Option, aber kein Muß. Mit diszipliniertem Lüftungsverhalten der Bewohner halten sich die Wärmeverluste durch freie Lüftung in vernünftigen Grenzen. Durch eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung können die Lüftungswärmeverluste in etwa halbiert werden. Dies schlägt sich allerdings kaum in der Primärenergiebilanz nieder, da die Wärme im Sonnenhaus zu 100% regenerativ erzeugt wird, und der Stromverbrauch der Ventilatoren zu berücksichtigen ist.

 

Orientierung zur Sonne

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Ein Sonnenhaus "lebt" von und mit der Sonne
Daher ist eine Architektur und Gebäudeorientierung, die zu allen Jahreszeiten dem Sonnenstand gerecht wird eine wichtige Grundvoraussetzung.

 

 

 

 

 

 

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Im Winter gilt es die Sonneneinstrahlung aktiv und passiv optimal zu nutzen.


Im Sommer wird durch konstruktive Maßnahmen eine Überhitzung des Gebäudes und der Solaranlage vermieden.

 

 

 

 

 

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Idealerweise wird die Kollektorfläche nach Süden mit einer Neigung von 60 bis 70° ausgerichtet um die direkte Sonnen-strahlung im Winter optimal nutzen zu können.
Die Orientierung sollte möglichst innerhalb der angegebenen Grenzen liegen.

 

 

Nutzbarer Solarertrag für ein Sonnenhaus in % vom Maximum in Abhängigkeit von der Orientierung der Kollektorfläche:

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Das Heizkonzept im Sonnenhaus

files/sonnhauspic/system9.jpgDer Jahres-Wärmebedarf für Raumheizung und Warmwasser wird im Sonnenhaus zu mehr als 50% mit einer thermischen Solaranlage gedeckt. Die Nachheizung des Pufferspeichers erfolgt ebenfalls regenerativ, zum Beispiel durch einen wohnraumbeheizten Holzofen mit Wassereinsatz.

Ein Flächenheizsystem sorgt mit seiner raumweise regelbaren Strahlungswärme für hohen Wohnkomfort bei niedrigen Heizmitteltemperaturen.

 

Wichtig für einen hohen Heizkomfort und Solarertrag ist eine Speicherbewirtschaftung mit guter Temperatur-schichtung: Im oberen Bereitschaftsteil des Speichers soll warmes Wasser auf Nutztemperaturniveau zur Verfügung stehen. Unten soll der Speicher so gut und lange als möglich ausgekühlt sein, damit die Solaranlage bei niedriger Betriebstemperatur arbeitet und so einen hohen Wirkungsgrad erreicht.

 

 

 

So funktioniert die Sonnenheizung:

Die Solaranlage kann Wärme liefern, wenn die Kollektortemperatur größer wird ist als im unteren (kältesten) Bereich des Pufferspeichers. Eine aus Frostschutzmittel und Wasser bestehende Wärmeträgerflüssigkeit wird durch die jetzt einschaltende Pumpe im Solarkreis umgewälzt, erhitzt sich dabei im Kollektor um 10 bis 15 Grad und gibt diese Wärme über den unteren Wärmetauscher an das Wasser im Speicher ab.

 

Wird die Temperatur am Vorlauf höher als  im oberen Speicherdrittel, schaltet der zweite Wärmetauscher dazu. Nun wird der Wassertank auf ganzer Höhe bei guter Temperaturschichtung durchgeladen. Im Sommer kann Überwärme nachts über die Kollektoren rückgekühlt werden.


Die Entladung über den Heizkreis wird durch einen speziellen Mischer so gesteuert, daß vorrangig der untere Speicherbereich ausgekühlt wird. Nur wenn hier die Temperatur nicht mehr ausreichend hoch ist wird der Heißwasservorrat oben angezapft. Dort in der heißen Zone befindet sich auch der Warmwasserboiler; durch ein langes Rohr wird das unten einströmende Kaltwasser vorgewärmt.


Die Nachheizung durch den Ofeneinsatz oder Heizkessel erfolgt von oben nach unten. Es gilt das Wasser oben im Puffer möglichst schnell für den Gebrauch aufzuheizen. Erst dann lenkt der Vierwege-Mischer den Rücklauf in den unteren Speicherbereich um, so daß auf Vorrat weitergeheizt werden kann. Eine hohe wasserseitige Leistung und ein großer Brennstoff-Füllraum des Kessels begünstigen den Heizkomfort.
Auch andere Speicherkonzepte, die eine gute Wärmeschichtung gewährleisten, eignen sich prinzipiell gut.

 

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Einfamilienhaus mit 200 m² Nutzfläche, Dämmstandard KfW-Effizienzhaus 70, Standort Würzburg,
Kollektorausrichtung Süd / Neigung 45°