Artikelserie

Regenerative Energien

Im Wochenblatt informieren Haus & Grund Bruchsal – Philippsburg in einer dreiteiligen Serie über regenerative Energien. Bereits erschienen sind:

Solarenergie und Photovoltaik

Wärmepumpen

Alle, die die Veröffentlichung im Wochenblatt verpasst haben, finden den Text hier unter Mitteilungen (weiter unten).

Als letzter Beitrag erscheint demnächst der Artikel zum Thema „Holzpelletheizung“.

AKtionstag 2010 - Bruchsal im Fernsehen

KraichgauTV zeigt „Aktionstag: Der Verein Haus & Grund Bruchsal-Philippsburg berät Hausbesitzer und Vermieter"

Der Verein Haus & Grund Bruchsal-Philippsburg veranstaltete einen Aktionstag rund um seine Leistungen, die er anbietet. Unser Stadtstudio gab den geeigneten Rahmen, um mit interessierten Bürgern, Wohnraum-Eigentümern und Vermietern ins Gespräch zu kommen.

Die Sendung ist zu empfangen im KraichgauTV-Magazin über Kabelfernsehen digital. Immer innerhalb einer 90minütigen Sendeschleife rund um die Uhr noch bis Freitag, 7. Mai, 15 Uhr.

Wer kein Kabelfernsehen digital hat, kann den ganzen Beitrag auch im Internet ansehen unter http://www.landfunker.de.

Haus & Grund informiert: Regenerative Energien

Teil 1 Wärme und Strom von der Sonne

Aufgrund seiner geographischen Lage und den bezogen auf das Bundesgebiet überdurchschnittlich hohen Sonnenstunden im Jahr sind Bruchsal und die umliegenden Gemeinden für die Nutzung des Sonnenlichts zur Erzeugung von Wärme und Strom geradezu prädestiniert.

Unterschied zwischen Solarkollektoren und Solarzellen

Solarkollektoren (auch Sonnenkollektoren genannt) dienen zur Wärmegewinnung. Solarzellen dienen der Stromerzeugung, der sogenannten Photovoltaik. Sonnenkollektoren nutzt der Hauseigentümer zur Warmwasseraufbereitung und zu Heizzwecken seines Hauses. Mit Solarzellen erzeugter Strom wird gegen Bezahlung in das Stromnetz eingespeist. Dies ist nicht zu verwechseln.

Solarwärme

Bei der Solarwärme wandeln in der Regel auf dem Dach eines Hauses montierte Sonnenkollektoren das Sonnenlicht, genauer die Solarstrahlung, in nutzbare Wärme um. Diese Wärme wird von einem Wärmeträger – einem Wasser-Frostschutzgemisch – aufgenommen und von einer Umweltpumpe in einen Warmwasserspeicher im Heizungsraum geleitet. Die so gewonnene Wärme dient zur Warmwasseraufbereitung. Bei großen Anlagen auch der Beheizung, jedoch immer in Ergänzung zu einer vorhandenen Heizungsanlage.

Und so funktioniert es

Im Warmwasserspeicher im Heizungsraum gibt die erwärmte Trägerflüssigkeit ihre Wärme über einen Wärmetauscher an das Wasser ab und wird zurück zum Kollektor geführt. Im Warmwasserspeicher ist ein zweiter Wärmetauscher eingebaut, mit dem das Wasser in Zeiten geringer Sonneneinstrahlung (bei Nebel, starker Bewölkung und in der kalten Jahreszeit) durch den Heizkessel weiter erwärmt wird. Das Wasser-Frostschutzgemisch ist durch ein eigenständiges Rohrsystem vollständig vom Trinkwasserkreislauf im Haus getrennt. Es sorgt dafür, dass die Kollektoren im Winter nicht einfrieren oder durch Frost beschädigt werden.

Welcher Standort ist für Sonnenkollektoren geeignet?

Besonders geeignet sind nach Süden gelegene Dach- und Fassadenflächen. Weniger gut geeignet ist die Ausrichtung nach Ost und West. Vollkommen nutzlos ist eine Ausrichtung nach Norden. Lagenachteile durch Ost- oder Westlagen werden in der Regel durch eine Vergrößerung der Sonnenkollektorenfläche kompensiert.

Selbstverständlich können Sonnenkollektoren auch auf einem Flachdach, einem Garagendach oder im Garten aufgestellt werden. Der ideale Neigungswinkel beträgt 45 Grad. Der Neigungswinkel sollte 30 Grad nicht unter und 60 Grad nicht überschreiten, da ansonsten kein akzeptabler Ertrag erzielt wird.

Was bringen Sonnenkollektoren?

Im Sommer übernehmen die Sonnenkollektoren die Warmwasseraufbereitung vollständig. Im Winter muss die zentrale Heizungsanlage zuheizen. Bezogen auf das Jahr liefern die Sonnenkollektoren zwischen 60 und 70% des Energiebedarfs für die Aufbereitung des Warmwassers.

Große Sonnenkollektoranlagen können einen Teil des Heizwärmbedarfs decken. Bei guter Dämmung des Gebäudes kann hier ein Beitrag von 20% erreicht werden. In der Übergangszeit reicht mitunter die Heizleistung der Sonnenkollektoren aus.

Gibt es verschiedene Kollektoren?

Man unterscheidet zwischen Flach- und Vakuumröhrenkollektoren.

Die Flachkollektoren sind durch kleine Röhren durchzogen, die eine Wärmeträgerflüssigkeit durchströmt. An diese Röhren sind Wärmeleitbleche angeschweißt, welche die Wärme aufnehmen und an die Flüssigkeit weiterleiten.

Bei Vakuumröhrenkollektoren sind die Wärme aufnehmenden Metallröhrchen in Glasröhren untergebracht. Diese Glasröhren stehen unter Vakuum. Dadurch erzielen Vakuumröhrenkollektoren höhere Wirkungsgrade als Flachkollektoren.

Was sind die Vor- und Nachteile der einzelnen Kollektoren?

Flachkollektoren zeichnen sich durch ein günstiges Preis-Leistungs-Verhältnis sowie durch eine breite Palette an Montagemöglichkeiten aus. Man unterscheidet die Indachmontage, die Aufdachmontage, die Freiaufstellung auf Ständern, sowie die Verwendung als Fassadenelemente.

Die Vakuumröhrenkollektoren sind effizienter, teuerer, jedoch nicht überall zur Montage geeignet.

Muss die Anlage täglich ein- und ausgeschaltet, von Hand gesteuert und bedient werden?

Nein! Thermische Solaranlagen werden über einen Solarregler automatisch gesteuert. Sobald die Temperatur am Kollektor die Temperatur im Speicher um einige Grad übersteigt, schaltet die Regelung die Solarkreis-Umweltpumpe ein und die Wärmeträgerflüssigkeit transportiert die im Kollektor aufgenommene Wärme in den Warmwasserspeicher.

Wie viel Kollektorenfläche wird benötigt, um das Warmwasser für einen 4-Personen-Haushalt zu erzeugen?

Für einen 4-Personen-Haushalt werden je nach Ausrichtung zwischen 4 bis 6 m² Flachkollektoren, sowie ein 300 Liter-Speicher benötigt.

Was lässt sich dadurch einsparen?

Mit einer solchen Anlage lassen sich etwa 60% des jährlichen Energiebedarfs für die Warmwasseraufbereitung einsparen.

Wie viel muss man für so eine Anlage investieren?

Die Investitionskosten für eine Anlage der o. g. Größe liegen einschließlich Montage zwischen 4.000 € und 6.000 €.

Wie groß müssen Anlagen zur Unterstützung der zentralen Heizungsanlage sein?

Bei einer sogenannten „Kombianlage“ benötigt man für ein Einfamilienhaus etwa 10 bis 18 m² Flachkollektoren mit 70 bis 100 Liter Speichervolumen je Quadratmeter Kollektorfläche.

Wie hoch ist das Einsparpotential einer solchen Kombianlage?

Bei gleichzeitiger optimaler Dämmung lassen sich mit einer solchen Anlage bis zu 20% des gesamten Energieverbrauchs (Heizung und Warmwasseraufbereitung) einsparen.

Mit welchen Kosten muss ich bei einer solchen Anlage rechnen?

Die Preise für eine solche Kombianlage liegen zwischen 8.000 € und 12.000 € incl. Montage. Dabei sind die Kosten der normalen Heizungsanlage nicht mit berücksichtigt.

Benötigt man eine Baugenehmigung oder sonstige Erlaubnis?

In der Regel ist der Einbau einer Solaranlage nicht genehmigungspflichtig. Einschränkungen gibt es im Bereich Denkmalschutz, bei historischen Stadtbildern, unter Umständen aus örtlichen Bebauungsplänen. Eine Rückfrage beim Baurechtsamt ist daher nützlich.

Gibt es Fördermittel?

Im Rahmen des „Marktanreizprogramms für erneuerbare Energien“ gibt es Zuschüsse und zinsverbilligte Darlehen der KfW. Darüber hinaus gibt es Länder und Kommunalprogramme (siehe Servicekasten).

Empfiehlt es sich die Anlage zu versichern?

Auch eine sach- und fachgerechte montierte Anlage ist durch Sturm und Hagelschlag gefährdet. Insofern empfiehlt sich der Abschluss einer Versicherung.

Und die Umweltbilanz?

Gegenüber konventionellen Warmwasseraufbereitungssystemen hat eine Solaranlage eine positive CO 2 - Bilanz. Wirtschaftlich und ökologisch optimal ist der Einsatz einer Solaranlage kombiniert mit energieeffizienter Heiztechnik, also einem Brennwertkessel, einer Holzpelletheizung oder einer Wärmepumpenheizung (siehe Teil 2 und 3 dieser Serie).

Was ist Photovoltaik?

Photovoltaik bezeichnet die Nutzung der Sonnenenergie zur Stromerzeugung.

Wie funktioniert das?

Solarzellen zur Stromerzeugung bestehen aus Halbleiterelementen. Wenn die Sonne scheint, stoßen die Photonen des Sonnenlichts in den Solarzellen Elektronen an, die dadurch „auf Wanderung gehen“. Ein elektrischer Strom fließt. Der so erzeugte Strom wird in das öffentliche Stromversorgungsnetz eingespeist.

Gibt es verschiedene Solarzellen?

Man unterscheidet je nach Material zwischen Poyikristallinen, Monokristallinen und Multikristallinen Solarzellen. Daneben gibt es Dünnschichtsolarzellen mit den Bezeichnungen DSI, CdTe, Amorphe und Mikroamorphe. Die Erläuterung der Unterschiede und Besonderheiten würde hier zu weit führen.

Aus welchen Bestandteilen besteht eine Photovoltaikanlage?

Aus den Solarzellen/Solargeneratoren, dem Wechselrichter, dem Einspeisezähler, dem Bezugszähler, den Verbindungskabeln und dem Anschluss an das Stromnetz.

Wo können Photovoltaikanlagen montiert werden?

Hier gelten die gleichen Ausführungen wie bei den Sonnenkollektoren, d. h. Dächern, Wandflächen und Freiflächen. Maßgebend sind dabei die Dachgröße, die Dachneigung, die Dachausrichtung sowie der Einstrahlwinkel. Besonders zu beachten sind hier Beschattungen durch Sträucher, Bäume und Nachbargebäude.

Gibt es besondere Vorschriften zu beachten?

Für alle Betreiber von Photovoltaikanlagen gelten die Vorschriften zur Sicherung elektrischer Anlagen und den Vorschriften der VDE, VDEW und der DIN.

Warum gleich so viele Vorschriften?

Es liegen Spannungen bis zu 1000 Volt an. Die Berührung einer Gleichspannung von mehr als 120 Volt ist lebensgefährlich. Es besteht Feuergefahr durch Lichtbogenentzündung. Beispielsweise durch Abschmelzen der Isolierung bei einer Brandeinwirkung. Die Leitung zwischen dem Solarmodul und dem Wechselrichter führt auch trotz gezogener Hauptsicherung weiterhin Spannung. Die Anlage ist blitzgefährdet.

Die Vorschriften gelten der Reduzierung dieser Gefahren und sollen die Installation, Freischaltung und Kontrolle durch Fachleute sicherstellen. Die Anlage muss vor Inbetriebnahme von einem Fachmann abgenommen werden.

Was macht eine Photovoltaikanlage attraktiv?

Sie erzeugen Strom und speisen diesen in das Leitungsnetz ein. Dabei erhalten Sie eine attraktive Vergütung je Kilowattstunde. Seit Januar 2010 können Sie den selbst erzeugten Strom für sich auch selbst verbrauchen und geben lediglich die Überschussmenge ab.

Rechnet sich das?

Diese Frage lässt sich nicht allgemein beantworten. Maßgebend sind die Dachgröße, die Dachausrichtung, die Dachneigung, die Verschaltung, die Verschattung und die Modultechnik. Investitionen und Einnahmen aus der Stromerzeugung müssen genau kalkuliert werden, um Fehlinvestitionen zu vermeiden.

Was ist sonst noch zu beachten?

Die Photovoltaikanlage ist nicht billig und muss unter Umständen mit Fremdmitteln finanziert werden. Der Abschluss einer Versicherung ist unbedingt empfehlenswert. Um Fehlinvestitionen zu vermeiden, sollte man im Vorfeld in eine Machbarkeitsstudie investieren, um eine genaue Kalkulation aufstellen zu können.

Das klingt ja nach Unternehmen?

Ist es auch. Wer Strom produziert und einspeist ist Unternehmer. Er muss das Unternehmen ebenso anmelden, wie die geplante Einspeisung ins Netz. Wegen der steuerlichen Komponenten ist er gut beraten, einen Steuerberater hinzu zu ziehen. Für die Vertragsprüfung und Vertragsgestaltung im Einzelnen empfiehlt sich ein Anwalt.

Gibt es Alternativen zum Betrieb eines solchen Unternehmens?

Sie können als Hauseigentümer eine solche Anlage installieren und dann komplett an einen Betreiber vermieten. Der Betreiber kümmert sich dann um Betrieb und Reparatur und führt an Sie eine Miete für die Anlage ab. Diese ist freilich in der Summe geringer, als die durch die Stromeinspeisung erzielten Gewinne.

Hauseigentümer können sich auch zu einer Firma oder Genossenschaft zusammenschließen, die für sie dann die entsprechenden Anlagen errichtet und betreibt.

Als einfachste Spielart bleibt die Vermietung der Dachfläche an eine Firma, die dann auf ihre Kosten die Photovoltaikanlage errichtet und betreibt. Der Hauseigentümer erhält dann gewissermaßen lediglich die Miete für die Dachfläche.

Sie sehen, es gibt viele Gestaltungsmöglichkeiten.

Für wen ist die Errichtung einer Photovoltaikanlage besonders geeignet?

Bei großen Dachflächen und entsprechender Dachneigung und Ausrichtung ist die Errichtung einer Photovoltaikanlage durchaus lukrativ. Eigentümer von großen Miethäusern mit entsprechenden Dachflächen, Wohnungsbaugesellschaften und große Wohnungseigentumsanlagen haben hier einen Platzvorteil. Gerade bei Wohnungseigentumsanlagen bietet sich die Möglichkeit durch den Betrieb einer Photovoltaikanlage oder der Vermietung der Dachfläche an einen Betreiber zusätzliche Einnahmen für den Unterhalt und die Instandsetzung der Wohnungseigentumsanlage zu erzielen.

Teil 2: Wärmepumpenheizung

Seit rund 30ig Jahren werden Wärmepumpenheizungen in Wohngebäuden eingesetzt. Sie verfügen über eine ausgereifte Technik.

Woher beziehen Wärmepumpen ihre Energie?

Sie beziehen ihre Energie aus dem:

1. Erdreich

2. Grundwasser

3. Der Umgebungsluft

Und geben diese Energie an den Heizkreislauf oder das Warmwasser ab.

Welche Pumpen sind am effizientesten?

Am effizientesten sind Erdwärmepumpen.

Für welche Gebäude sind Wärmepumpenheizungen besonders geeignet?

Das Haupteinsatzgebiet sind Zentralheizungen in Ein- und Zweifamilienhäusern.

Welche Bestandteile hat eine Wärmepumpenheizung?

Das Heizungssystem besteht aus Wärmekollektoren und einer elektrisch angetriebenen Wärmepumpe. In einem geschlossenen Kreislauf transportiert die Pumpe den flüssigen Wärmeträger von den Kollektoren zur Heizung. Die Wärmepumpenheizung entzieht der Umwelt Wärme und bringt sie ins Haus. Das technische Prinzip ist das Gleiche wie beim Kühlschrank, nur umgekehrt: Beim Kühlschrank wird die Wärme herausgepumpt und in den Raum abgegeben.

Und wie funktioniert das?

Der Vorgang lässt sich am besten am Beispiel einer Erdwärmepumpe beschreiben:

Eine spezielle Wärmeträgerflüssigkeit mit sehr niedriger Temperatur durchströmt den Erdkollektor.

Aus dem wärmeren Erdreich nimmt sie Wärme auf und wechselt dadurch ihren Zustand von flüssig zu gasförmig.

Dieses Gas wird anschließend von einer Pumpe unter starkem Druck verdichtet. Dadurch erwärmt es sich nochmals stark (vgl. mit der Erhitzung des Ventils eines Fahrradschlauchs beim Aufpumpen).

Sodann gibt das heiße Gas die Wärme an das Wasser im Heizungssystem ab und wird wieder flüssig.

Bevor der Wärmeträger erneut in den Kollektor strömt wird der Druck abgebaut und die Flüssigkeit kühlt sich auf die ursprüngliche Temperatur ab.

Für welche Gebäude eignen sich Wärmepumpenheizungen besonders?

Sie eignen sich für energieeffiziente Neubauten und sehr gut sanierte Bestandsgebäude. Ein niedriger Heizwärmebedarf durch optimale Wärmedämmung und eine Wärmeverteilung auf niedrigem Temperaturniveau – wie bei einer Fußboden- oder Wandflächenheizung – sind ideal für den sparsamen Einsatz.

Sorgfältige Planung ist erforderlich!

Nur Wärmepumpen mit geringem Stromverbrauch sind energetisch Sinnvoll. Dies erfordert große Sorgfalt bei Planung und Abstimmung der Komponenten.

Wie misst man die Effizienz der Wärmepumpe?

Als Maßstab dient die Jahresarbeitszahl. Sie gibt das Verhältnis der Nutzenergie in Form von Wärme zur aufgewendeten Energie in Form von Strom an. Um eine Einheit Strom im Kraftwerk zu erzeugen, müssten 3 Einheiten fossiler Brennstoffe verfeuert werden. Daraus folgt, dass Wärmepumpen nur dann energetisch sinnvoll sind, wenn sie eine Jahresarbeitszahl ausweisen, der höher als 3 liegt. Das heißt:

Eine Wärmepumpe arbeitet nur dann energetisch sinnvoll, wenn sie aus einer Einheit zugeführte Energie (Strom) mindestens 3 Einheiten Heizwärme bereitstellt.

Welche anderen Wärmepumpen gibt es?

Neben der Erdwärmepumpe gibt es die Grundwasserwärmepumpe und die Umweltwärmepumpe. Bei der Grundwasserwärmepumpe, wird die hohe Temperatur des Grundwassers genutzt. Solche Anlagen werden aber wegen des Eingriffs in das Grundwasser nur noch selten genehmigt.

Die Umweltwärmepumpe entzieht ihrer Umgebung oder dem Abwasser die Wärme.

Welche Methoden gibt es bei Erdwärmepumpen?

Man unterscheidet zwischen einem horizontalen, großflächigem Wärmeaustauscher und einem vertikalen Wärmeaustausch mit Erdwärmesonden.

Wie funktioniert das horizontale System?

Bei dem horizontalen System werden Erdreichwärmeraustauscher in Schlangenform unterhalb der örtlichen Frostgrenze in einer Tiefe von 1 bis 2 m im Erdreich eines Grundstücks verlegt. Für eine 9 Kilowatt-Heizleistung wird je nach Bodenbeschaffenheit eine Fläche von 200 bis 500 m² benötigt.

Und wie funktioniert das vertikale System?

Bei dem vertikalen System wird eine Erdsonde bis zu 100 m tief ins Erdreich getrieben. Sie nimmt von dort die Wärme auf.

Welches ist die bessere Erdwärmepumpe?

Meistens wird eine Erdwärmesonde zum Einsatz gebracht. Zu deren Betrieb braucht man eine geringere Grundstücksfläche und eine wesentlich geringere Rohrlänge. Die Erdsonde ist effizienter als Erdkollektoren. Sie ist allerdings auch etwas teurer.

Welche Installation benötigt man im Haus?

Eine Wärmepumpenanlage erfordert im Haus keinen besonderen Installationsaufwand. Sinnvoll ist ein kleiner Pufferspeicher, um einen ausgeglichenen Betrieb der Wärmepumpe zu ermöglichen.

Die Wärmepumpenanlage selbst kann in einem normalen Kellerraum, einem Hauswirtschaftsraum oder in einer Garage installiert werden.

Was kostet eine Umweltwärmeheizung?

Die Kosten für eine Anlage betragen zwischen 16.000 € und 20.000 €. Die Kosten sind abhängig von der Auslegung der Anlage und der Erschließung der Wärmequelle. Ein Kostenfaktor ist die Bohrung zur Installation einer Erdsonde.

Im Falle eines Neubaus können die Kosten für den Öltank, einen Gasanschluss und den Schornstein eingespart werden.

Welche Vorschriften sind zu beachten?

Die Bestimmungen des Wasserhaushaltsgesetzes und des Wassergesetzes Baden-Württemberg sind zu beachten.

Die Erschließung der Wärmequellen Erdreich und Grundwasser bedürfen einer behördlichen Genehmigung. Zuständig ist somit die untere Baurechtsbehörde, d. h. die Städte bzw. das Landratsamt.

Gibt es Fördermittel?

Die Einrichtung von Wärmepumpen-Heizungen wird aus Mitteln der KfW-Förderbank gefördert. Im Rahmen verschiedener Programme bietet die KfW-Förderbank verschiedene Programme zinsverbilligter Darlehen an.

Wo gibt es weitere Informationen?

Weitere Informationen gibt es bei:

1. Haus & Grund Bruchsal – Philippsburg, Mozartweg 64, 76646 Bruchsal, Telefon 07251/84900, Telefax 07251/505815,

E-Mail hug-bruchsal-philppsburg@t-online.de

sowie

2. Der Deutschen Energieagentur Info 08000/736734

3. EWB Bruchsal

4. Energieagentur des Landratsamts

Bruchsal, 21.05.2010