Kraftwerk Eigenheim - Das Plusenergiehaus

17.7.2021


Die Energiewende bringt nicht nur in der Art der Energieerzeugung eine radikale Änderung mit sich, sondern auch in der ihrer Verteilung. Im 20. Jahrhundert waren Erzeuger und Verbraucher relativ streng getrennt. Strom wurde in großen Kraftwerken erzeugt und zu den Verbrauchern, Häusern und Firmen/Fabrikgebäuden geleitet. Auch Heizung und Warmwasser wurden zunehmend zentralisiert, entweder durch Fernwärme oder durch die Belieferung von Brennstoff. Diese Grundverteilung ist gerade in einem tiefreichenden Wandel begriffen.

Die Energiewende bringt nicht nur in der Art der Energieerzeugung eine radikale Änderung mit sich, sondern auch in der ihrer Verteilung. Im 20. Jahrhundert waren Erzeuger und Verbraucher relativ streng getrennt. Strom wurde in großen Kraftwerken erzeugt und zu den Verbrauchern, Häusern und Firmen/Fabrikgebäuden geleitet. Auch Heizung und Warmwasser wurden zunehmend zentralisiert, entweder durch Fernwärme oder durch die Belieferung von Brennstoff. Diese Grundverteilung ist gerade in einem tiefreichenden Wandel begriffen.

Früher mehr ein (manchmal auch verwirklichter) Traum von Autarkie, ermöglicht es heute vor allem die in den letzten Jahren bedeutend günstiger gewordene Photovoltaik, dass fast jedes Eigenwohnheim zum eigenen Kraftwerk werden kann. Mit Hilfe einer Speicherbatterie ist es mittlerweile möglich, sich z.T. selbst mit Strom zu versorgen. Über 70% Eigenverbrauch sind so möglich, mit Warmwasserspeicher ev. sogar über 90%. Überschüsse werden ins Stromnetz eingespeist.

Doch die Stromversorgung ist meist nur der geringere Teil des Energiebedarfs in einem Wohnhaus. Der Wärmebedarf für Heizung und Warmwasser ist meist viel höher. Hier liegen daher auch die meisten anfallenden Energiekosten. Ein unsanierter Altbau weist in der Regel einen Heizwärmebedarf (HWB) von 100-200 kWh/m² im Jahr auf, kann aber – abhängig auch vom Verhalten der Bewohner – gut und gerne bis auf das Doppelte oder Dreifache steigen. Ein Einfamilienhaus von 150 m² Wohnfläche kommt so auf 15.000 – 45.000 kWh Heizwärmebedarf im Jahr.

Warmwasser macht etwas weniger aus, Meist werden ca. 12,5 kWh/m² im Jahr kalkuliert, was in obigem Beispiel 1.875 kWh ergibt. Strom wird üblicherweise mit 3.500 kWh/Jahr für ein Einfamilienhaus angenommen.

Ein erster Schritt zur Unabhängigkeit von äußerer Energiezufuhr ist daher eine gute thermische Isolierung, die den Heizwärmebedarf deutlich senkt. Stetig wachsende Auflagen für Neubauten sorgen mittlerweile für Energiestandards von unter 50 kWh/m² im Jahr für Niedrigenergiehäuser. Sogenannte Passivhäuser erreichen sogar nur mehr 15 kWh/m² im Jahr. Dieser Wert ist nicht mehr sinnvoll zu unterbieten. Für ein Einfamilienhaus von 150 m² ergibt sich so ein Heizwärmebedarf von ca. 7.500 kWh/Jahr in Niedrigenergiebauweise und sogar nur 2.250 kWh/Jahr in Passivbauweise. Ein Passivbau muss daher in der Regel nicht mehr aktiv beheizt werden. Die Sonnenstrahlung reicht – abhängig vom Standort, der Architektur und vom Einwohnerverhalten – in der Regel, um für ein ausgeglichenes, angenehmes Raumklima zu sorgen.

Damit wird es verhältnismäßig leicht, vom Energiebezieher zum Energieproduzenten zu werden. Je weniger Energie (also Strom und Wärme) selbst benötigt wird, umso mehr kann abgegeben werden.

Denkbar sind auch Systeme bei denen ein Einfamilienhaus, aber auch ein Wohnblock, völlige Autarkie erreichen. Auf der anderen Seite macht es Sinn, Überschüsse weiterhin in das Stromnetz einspeisen zu können.

Hier eine Zusammenfassung der einzelnen/möglichen Komponenten für ein Plusenergiehaus:

Stromerzeugung durch Photovoltaik:

Neben den klassischen Solarpanelen auf dem Dach gibt es noch weitere Möglichkeiten. Steht zum Beispiel eine Dachsanierung an, bieten sich Solarziegel oder eine Indach-Photovoltaikanlage als Alternative an. Solarziegel sind vor allem für historische Bauwerke interessant, da sie die Optik des Gebäudes nicht verändern. Dabei sind sie so stabil, dass sie auch etwa schweren Hagel ohne Schäden überstehen.

Auch die Fassade kann mit Photovoltaikpanelen bestückt werden, was vor allem im Winter eine etwas höhere Ausbeute garantiert. Auch sogenannte Solarzäune werden mittlerweile angeboten, wo senkrecht stehende Solarpanele als Grundstücksgrenze ebenfalls Strom erzeugen können.

Stromspeicher:

  • Als kurzfristiger Speicher empfiehlt sich der klassische Batteriespeicher. Gekoppelt mit einem elektrischen Warmwasserspeicher ist eine Stromeigenversorgung von über 80% möglich.
  • Als Saisonspeicher für Zeiten, in denen die Stromerzeugung den täglichen Bedarf nicht decken kann, ist Wasserstoff eine gute, wenngleich momentan auch nicht unbedingt billige Lösung. Im Sommer wird der Stromüberschuss genutzt, um über einen Elektrolyseur Wasserstoff zu erzeugen, der im Winter in einer Brennstoffzelle wiederum verstromt werden kann. Die dabei anfallende Abwärme wird entweder gespeichert oder direkt zur Heizung/Kühlung des Hauses oder des Nutzwassers verwendet.

Wärmeerzeugung:

Generell gilt: je weniger zusätzliche Wärmeenergie zur natürlichen Sonneneinstrahlung benötigt wird, umso besser. Ein Passivhaus bzw. ein Earthship Home kommt im besten Falle völlig damit aus. Seine Architektur (etwa große Fensterflächen nach Süden, keine Fenster nach Norden) ist speziell darauf ausgerichtet. Zusätzlicher Wärmebedarf (Warmwasser etc.) kann z.B. über eine Solarheizung aufgebracht werden. Auch eine Brennstoffzellenheizung, die gleichzeitig Strom erzeugt, ist möglich (siehe oben). Ein solcherart optimiertes Haus braucht auch in Mitteleuropa keine zusätzliche Biomasseheizung oder Holzöfen.

Wärmespeicher:

Wichtig ist, dass überschüssige Wärme aus dem Sommer für die kalte Jahreszeit gespeichert werden kann, wo der Wärmebedarf den Ertrag der Sonne übersteigt. Dies kann auf mehrfache Weise geschehen:

  • Eine gute Isolierung der Außenwände und Fenster ist die Basis, um Wärmeverluste im Winter zu minimieren. Dreifachglas-Fenster etwa sind in Passivhäusern Standard, was auch eine gute Akustikdämmung mit sich bringt.
  • Ein klassischer Warmwasserspeicher kann viel überschüssige Wärme aus dem Sommer für den Winter aufnehmen. Meist wird er jedoch für den Warmwasserbedarf eingesetzt. Wasser hat eine Speicherfähigkeit von 60 kWh/m³, kann also über eine elektrische Beheizung auch eine Menge an elektrischem Strom speichern.
  • Thermochemische Speicher haben mit bis zu über 200 kWh/m³ eine deutlich höhere Speicherdichte als Warmwasserspeicher. Sie können auch modular aufgebaut werden, was die Einsatzflexibilität erhöht. Manchmal werden sie auch in die Bausubstanz integriert, um Beheizung/Kühlung der Innenräume zu erleichtern.
  • Auch die ganz normale Bausubstanz eines Hauses wird manchmal ganz gezielt nicht nur für thermische Isolierung, sondern auch für thermische Speicherung optimiert. In Earthship Homes dienen etwa alte, mit Erde gefüllte Autoreifen hinter dem Wohnbereich dazu, die Wärmebilanz der Innenräume auszugleichen.

Plusenergiehäuser können in entsprechender Anzahl und Dichte helfen, die Energiestabilität von Dörfern und kleinen Städten zu erhöhen und gleichzeitig auch ihre Widerstandsfähigkeit in Notfällen stärken. Der Trend geht hier weg von der reinen Autarkie hin zu vernetzten Energiegemeinschaften, die auch nur aus wenigen Häusern bestehen können. Diese können untereinander nicht nur den Strom teilen, sondern auch ihren Wärmehaushalt gegenseitig ausgleichen.

Die Herausforderung der Zukunft wird sein, dieses Konzept auch auf Städte mit ihrer großen urbanen Dichte anzuwenden. Jedoch existieren auch heute schon Plusenergiehochhäuser und
-gewerbebauten, die zeigen, dass die Probleme lösbar sind. Der erste Schritt, der Beweis zur Machbarkeit, ist damit getan. Die vielen weiteren hin zur klimafreundlichen (und damit auch menschen- und naturfreundlichen!) Zukunft liegen noch vor uns.

 

Fotoquelle:

https://www.holzbauwelt.de/fileadmin/content/energiespartechnik/vorschau/plusnergiehaus.jpg

 Quellen:




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