Technik für mehr Unabhängigkeit

Photovoltaik, Batteriespeicher, Solarthermie, Wärmepumpe und Lüftungsanlage – das sind im Plusenergie- und Effizienzhaus die Zutaten, die Bauherren unabhängiger von öffentlicher Versorgung machen.

In Deutschland liefert die Sonne jährlich rund 1.000 Kilowattstunden Energie. Pro Quadratmeter, im Durchschnitt – und im Sommer fünfmal so viel. Und das kostenlos! Kein Wunder, dass das Erneuerbare-Energien-Gesetz mit seinem Förderansatz für Sonnenstrom findige Süddachbesitzer dazu anstiftete, ganze meist ländliche Dachlandschaften mit den damals noch überwiegend technoid blau schillernden PV-Modulen zu verschandeln, um die einst recht profitable Einspeisevergütung kassieren zu können. Diese Zeiten sind vorbei. Heute kostet der Strom vom eigenen Dach erheblich weniger als der gekaufte. Es geht also kaum noch um Einspeisevergütung, sondern um die eigene Nutzung des selbstproduzierten günstigen Stroms und damit um die wachsende Unabhängigkeit vom öffentlichen Netz. Mit Hilfe immer effektiver werdender PV-Module, die in Farbe und Design so unauffällig wie möglich in die Architektur integriert sind. Und die heute auch nicht mehr unbedingt nur auf der Südseite effizient funktionieren: Besonders auf flach geneigten Dächern sind die Leistungseinbußen bei einer Ost-West-Ausrichtung nur noch gering, und bei Satteldächern dieser Ausrichtung profitiert man ohnehin von der doppelten PV-Fläche, wenn beide Seiten genutzt werden.

Unentbehrlicher Partner der häuslichen Stromproduktion ist die Hausbatterie. Es gibt zwei Systeme: Die modernen Lithium-Ionen- und Lithium-Eisenphosphat-Speicher überholen dabei derzeit die altbewährten Blei-Gel-Speicher. Normalerweise wird die meiste Energie im Einfamilienhaus nicht dann verbraucht, wenn die Sonne mittags am höchsten steht und die Ertragszähler heiß laufen lässt. Vielmehr wird die meiste Energie abends und morgens verbraucht, wenn die Familie zu Hause ist und duscht, heizt oder beleuchtet. Es geht also um den erhöhten Stromverbrauch außerhalb der Produktionszeit. Solarstrom-Deckungsgrade von 60 bis 90 Prozent lassen sich im energieeffizienten Wohnneubau mit Batterie schon erreichen.

Im modernen Effizienzhaus wird kein Öl oder Gas mehr zur Erzeugung von Wärme verbrannt. Eine kleine Pumpe und ein Kältemittelkreislauf – das Wärmepumpenprinzip – haben Kessel und Brennstoff abgelöst: Das Kältemittel verdampft schon bei relativ niedrigen Temperaturen, zum Beispiel der Luft oder des Erdbodens. Die Pumpe verdichtet diesen Dampf, der sich dabei weiter erhitzt. Er kann nun ein Vielfaches der Energie, die zuvor die Pumpe für ihren Betrieb verbraucht hat, als Wärme an einen Wasserspeicher abgeben. Eine Jahresarbeitszahl von Vier trauen sich die meisten Systeme heute zu.

Die am häufigsten eingesetzten Heiztechniken sind die Luft-Luft- und die Luft-Wasser-Wärmepumpe. Erstere überträgt die hochgepumpte Temperatur der Außenluft direkt an die Raumluft und wird Lüftungs- oder auch Frischluftheizung genannt. Sollte die Umgebungstemperatur ausnahmsweise einmal zu niedrig sein, können elektrische Heizelemente in den Luftauslässen zugeschaltet werden. Die Luft-Wasser-Wärmepumpe überträgt die hochgepumpte Außenlufttemperatur an einen Warmwasserspeicher. Der wiederum erwärmt das Trinkwasser und das Heizwasser einer Flächenheizung, die mit maximal 35 Grad eine nur niedrige Vorlauftemperatur benötigt, um für ein warmes Haus zu sorgen. Bei diesem System springt ein elektrischer Heizstab im Wasserspeicher an, wenn die Umgebungstemperatur einmal nicht ausreichen sollte.

Die höchsten Jahresarbeitszahlen erreichen Sole-Wasser-Wärmepumpen, auch Erdwärmepumpen genannt. Klar – sie können auf die auch im kältesten Winter konstanten Temperaturen unter der Erde zurückgreifen. Diese werden mittels bis zu 100 Meter tiefen Bohrungen oder großflächiger in etwa 1,20 Metern Tiefe eingegrabenen Kollektoren gefördert, durch die Sole geleitet wird. Diese Sole besteht aus einem Frostschutz-Wasser-Gemisch, das verdampft und dann verdichtet und dabei erhitzt wird. Tiefenbohrungen sind teuer und nicht überall erlaubt oder möglich. Und die Flachkollektoren benötigen einiges an Gartenfläche, die dann nicht mehr für tief wurzelnde Pflanzen zur Verfügung steht. So hat die höhere Effizienz auch ihren höheren Preis.

Mindestens ebenso effizient wie mit Erdwärme lässt sich jedoch mit Wasser in einer Zisterne beziehungsweise mit Eis heizen. Eis verfügt über sogenannte Latenzwärme: Während das Wasser gefriert, bleibt seine Temperatur konstant, obwohl weiter Wärmeenergie entzogen wird. Erst wenn das Wasser ganz gefroren ist, sinkt seine Temperatur weiter und der Wärmeentzug wird ineffizient. Die Wärme des Wassers und seine Latenzwärme nutzt eine spezielle Wärmepumpe zum Heizen. Ist das Wasser durchgefroren, kehrt sich der Kreislauf um, das Wasser wird getaut und der Vorgang beginnt von vorn. In milden Wintern wie den beiden vergangenen allerdings friert die Zisterne gar nicht ganz zu, da auch der Boden in dieser Tiefe eisfrei bleibt.

Auch wenn sie derzeit eher als Partnerin in einem Hybridheizsystem mit Öl oder Gas Verwendung findet und diesen fossilen Energieträgern damit noch eine Gnadenfrist ermöglicht, spielt auch Solarthermie noch eine Rolle im Plusenergie- und Effizienzhausbau. Sie absorbiert die Wärmeenergie des Sonnenlichts, gibt sie an eine Wärmeträgerflüssigkeit weiter, die sie wiederum an das Wasser eines Speichertanks überträgt. Dieser thermische Speicher kann das Warmwasserreservoir sein oder die Flächenheizung unterstützen oder beides.
Eine interessante Rolle kann Solarthermie in einer PV-Anlage zukommen: PV-Module erhitzen sich bei Sonneneinstrahlung sehr stark und verlieren dadurch unangenehmerweise an Effizienz – mit jedem Grad Celsius über den Standardtestbedingen geht etwa ein halbes Prozent an Wirkkraft verloren. Die schlaue Idee: Hybridmodule mit solarthermischer Funktion nutzen die enorme Hitze zur Wassererwärmung und werden dadurch zugleich gekühlt. Und der Stromertrag um bis zu 10 Prozent gesteigert. So bleibt ihre Effizienz auch bei sengender Sonne hoch. Diese Module sehen gleich aus und bauen trotz der Solarthermieschicht nicht höher auf als konventionelle PV-Module. Obendrein haben sie dank einer Solarthermiekomponente eine Abtaufunktion, die es ermöglicht, nach verschneiter Nacht an sonnigen Wintertagen gleich wieder Wärme und Strom zu produzieren.

Eine letzte Bastion ängstlicher Vorurteile und zugleich notwendiger Effizienzhaustechnik ist die zentrale Lüftungsanlage. Nur sie kann in einem energieeffizienten Neubau für den in der betreffenden DIN-Norm vorgeschriebenen Luftaustausch sorgen, Gerüche, Feuchtigkeit und Schadstoffe abtransportieren und so gesunde Raumluft garantieren. Und: dank ihrer Wärmerückgewinnungstechnik die Wärmenergie gleichzeitig fast vollständig im Haus halten. Sie saugt die frische Außenluft durch ein Filtersystem an, das Staub und Pollen zurückhält, und überträgt mittels Kreuzwärmetauscher die Wärme der Abluft, ohne dass sich die beiden Luftströme berühren. Die frische, gereinigte und gewärmte Zuluft wird über die Wohn- und Schlafräume zugfrei und geräuschlos zugeführt, die verbrauchte Abluft in Küche und Bädern angesaugt und im Kreuzwärmetauscher vor dem Ausblasen wieder abgekühlt. Einzige Wartungsaufgabe: das regelmäßige Auswechseln der Filter.

Etwas komplexer ist da schon die intelligente Steuerung der Haustechnik mit dem Ziel, möglichst viel des selbst erzeugten Stroms auch selbst zu verbrauchen. Von der Stromerzeugung und -speicherung über die Heizung und Lüftung bis zur Beleuchtung und Beschattung – eine Smart-Home-Steuerung hat alles fest im effizienten Griff. Sie informiert über und optimiert den Stromverbrauch. Aufwendige Kabeltrassen braucht man für ein solches Steuerungssystem heute nicht mehr zu verlegen. Dadurch ist die funkgestützte, sogar batterielos erhältliche Smart-Home-Steuerung auch erweiterbar und rasch lernfähig. Die Bedienung erledigen die Bewohner komfortabel via Smartphone oder Tablet, und das natürlich auch von unterwegs.

Aber viel zu tun ist eigentlich nicht. Das Optimum: Die Sonne scheint und Waschmaschine sowie Geschirrspüler starten – morgens beladen – mit selbst produziertem Strom, sobald mittags die Sonne ihren höchsten Stand erreicht. Sinkt der Verbrauch danach wieder, wird die Batterie geladen. So wird ein möglichst großer Teil Solarstroms selbst genutzt. Mit weiterem überschüssigem Strom heizen Geräte wie Heizstab oder Wärmepumpe effizient den Warmwasserspeicher auf. Der Stromverbrauch für Wärmeerzeugung ist zeitlich flexibel, die Eigenverbrauchsquote kann damit Maximalwerte erreichen. Hier rückt auch wieder die Elektromobilität in den Blick, denn billiger als mit selbst erzeugtem Strom kann man nicht fahren. Und so eine Autobatterie erhöht – in die andere Richtung gedacht – obendrein die Speicherkapazität fürs Haus. Perfekte Ergänzung des Plusenergiehauses: der elektrische Zweitwagen.

Lesen Sie den ausführlichen Bericht ab Seite 114 in der Ausgabe Mai/Juni 2016 mein schönes zuhause°°°