Sonnenhaus: Heizen nur mit Sonne?

Hinter der Idee des Sonnenhauses steckt die Erkenntnis, dass die Kraft der Sonne ohne weiteres ausreicht, um ein gut gedämmtes Haus teilweise oder auch vollständig mit Heizenergie zu versorgen. Allerdings scheint die Sonne nicht immer dann, wenn Heizbedarf besteht. Manchmal ist ihre Kraft dagegen so stark, dass sie mehr Energie liefert, als gerade benötigt wird. Die zentrale Idee hinter einem Sonnenhaus: Diese Energie muss gespeichert werden. Und zwar in riesigen Pufferspeichern, in denen erwärmtes Wasser gelagert wird.

Das Sonnenhaus-Institut, in dem sich Architekten, Ingenieure und Solartechniker organisiert haben, hat die wichtigsten Regeln zusammengefasst, die beim Bau eines Sonnenhauses zu beachten sind:

• Der solare Deckungsgrad sollte mindestens 50 Prozent betragen. Höhere Werte – bis hin zu 100 Prozent – sind erwünscht und auch machbar.
• Wärme, die nicht solar erzeugt werden kann, soll möglichst durch die Verbrennung von Holz gewonnen werden.
• Sonnenenergie sollte auch passiv genutzt werden: Hier helfen große, nach Süden ausgerichtete Glasflächen, die zur Beheizung beitragen.
• Der jährliche Primärenergiebedarf eines Sonnenhauses soll 15 Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr nicht übersteigen.

Um das gewünschte Ergebnis einer möglichst hohen solaren Deckung zu erreichen, gibt es zwei technische Lösungen, die Bestandteil jedes Sonnenhauses sind:

• Sehr viel Kollektorfläche. Soll eine hundertprozentige Deckung erreicht werden, wird bestenfalls das komplette steile Süddach mit Solarkollektoren bedeckt.
• Ein riesiger Pufferspeicher. Für eine 100-Prozent-Deckung benötigt er ein Fassungsvermögen von über zehntausend Litern. Zum Vergleich: in konventionellen Häusern haben Pufferspeicher ein Fassungsvermögen von unter 1.000 Litern.

Die riesigen Wärmespeicher im Sonnenhaus sind in der Regel sogenannte Schichtspeicher. Das bedeutet, dass der Speicher im oberen Teil wärmer ist als unten, die Wärme also geschichtet ist. Durch die Temperaturschichtung ist es möglich, dass die Sonnenwärme dort aufgenommen wird, wo das Speicherwasser kühler ist. Auf diese Weise kann auch schwächere Sonnenstrahlung im Winter genutzt werden.

Das Wasser im Speicher wird allerdings nicht direkt entnommen. Denn dadurch würden wärmere und kältere Wasserschichten vermengt. Vielmehr befinden sich in ihm Rohrleitungen und Wärmetauscher, über die die Nutzwärme entnommen wird. Dabei handelt es sich um einen geschlossenen Kreislauf, der vollständig vom Wasser im Speicher getrennt ist. Das Speicherwasser wird also nie verbraucht oder ausgetauscht. Im oberen Bereich des Speichers wird mittels Wärmetauscher heißes Brauchwasser entnommen, weiter unten die Wärme für die Flächenheizung.

Standort des Speichers

Die großen, zylindrischen Schichtspeicher sind meist im Haus platziert und erstrecken sich oft vom Keller bis zum Dach über alle Stockwerke. Gestalterisch wird oft die Treppe um den verkleideten – und damit optisch unauffälligen – Speicher gebaut. Die Platzierung des Speichers im Haus ist auch deshalb sinnvoll, weil trotz guter Dämmung Wärmeverluste auftreten. Diese Wärme geht durch die Platzierung im Haus nicht verloren, sondern bleibt dort. Daneben gibt es aber auch kubische Solarspeicher für den Keller oder zum unterirdischen Einbau im Erdreich.

Im Hintergrund: Der im Mittelpunkt des Treppenhauses integrierte Pufferspeicher. Vorne: Der wasserführende Kaminofen versorgt das Sonnenhaus an kalten Wintertagen mit der Energie, die die Sonnen dann nicht liefern kann. Foto: Sonnenhaus-Institut e.V.

Sonnenenergie hat einen entscheidenden Nachteil: Sie ist im Winter weit weniger gut verfügbar als im Sommer – genau zu jener Zeit, in der besonders viel Heizenergie benötigt wird. Das Problem lässt sich auch mit den riesigen Speichern eines Sonnenhauses nicht ganz aus der Welt schaffen. Weiter Ansätze sind:

• Die Solarmodule sollten optimal ausgerichtet werden. Generell wird ein Neigungswinkel von 30 bis 35 Grad empfohlen, das hängt aber vom Standort des Hauses ab, je weiter nördlich, desto steiler. Beim Sonnenhaus sollte außerdem der Sonnenstand im Winter stärker berücksichtigt werden. Das spricht für einen etwas steileren Neigungswinkel.
• Flächenheizungen, also Wand- oder Fußbodenheizungen funktionieren mit niedrigen Vorlauftemperaturen und benötigen weniger Sonnenenergie.
• Sonnenhäuser, die für weniger als 100 Prozent solare Deckung ausgelegt sind, brauchen im Winter eine Zusatzheizung. Im Sonnenhaus ist das meist ein mit Holz beheizterwasserführender Kaminofen. Solche Öfen sind an den Wasser-Heizkreislauf angeschlossen.
• Als Alternativen bieten sich auch Pelletheizungen oder Holzvergaserkessel an. Sie sind deutlich teurer als ein einfacher wasserführender Kaminofen. Deshalb lohnen sich solche Systeme meist nur in größeren Gebäuden, deren solarer Deckungsgrad recht weit von 100 Prozent entfernt ist.
• Eine weitere Alternative wäre der Einsatz einer Wärmepumpe. Der Vorteil: Weniger direkte Schadstoffemissionen – wird die Wärmepumpe mit regenerativem Strom betrieben, arbeitet sie klimaneutral.

Das Sonnenhausinstitut geht von Systemkosten – also die Kosten für Montage, Speicher, Leitungen und Modulen – in Höhe von 700 bis 800 Euro pro Quadratmeter installierter Kollektorfläche aus. Ein System mit 50 Quadratmeter Kollektorfläche und passend dimensioniertem Speicher würde demnach rund 35.000 bis 40.000 Euro kosten.

Der tatsächliche Aufpreis gegenüber einem Gebäude, das gerade so die aktuellen Vorgaben der Energieeinsparverordnung erfüllt, ist allerdings niedriger, denn andere Häuser brauchen ja auch eine Heizung. Das Sonnenhausinstitut geht davon aus, dass sich der Mehrpreis nach etwa 20 Jahren amortisiert hat – unter der Prämisse, dass die Kosten für Öl und Gas jährlich um acht Prozent steigen. Danach würde der Sonnenhaus-Eigentümer jedes Jahr bares Geld sparen.

Das Sonnenhaus ist nur eine von vielen Möglichkeiten, den Energieverbrauch auf ein Minimum zu senken. In direkter Konkurrenz zum Sonnenhaus steht das Passivhaus, das noch besser gedämmt ist als das Sonnenhaus und zudem über eine Anlage zur Wärmerückgewinnung verfügt. Diese ist beim Sonnenhaus zwar möglich, aber nicht obligatorisch. Daneben gibt es Konzepte zum energieautarken Wohnen, das Konzept des Bio-Solarhauses, bei dem große Glasflächen wie bei einem Wintergarten eine Rolle spielen und andere Bauweisen. Auch herkömmliche Häuser als KfW 40- oder 40Plus-Häuser kommen mit sehr wenig Energie aus.