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Das Direktgewinnhaus mit Wasser-Saisonspeicher
In einem grösseren Objekt, z. B. in einem Mehrfamilienhaus, kann diese Lösung das schwächere Sonnenstrahlungsangebot im Hochwinter im Mittelland über eine saisonale Speicherung überwinden und erfüllt die Bereitstellung von Warmwasser und Zusatzheizwärme vorzüglich (siehe Mehrfamilienhaus Poststrasse, Spreitenbach, Seite 82).
Das Solarthermiehaus mit Wasser-Saisonspeicher
Entspricht dem Mehrfamilienhaus der Firma Jenni in Oberburg bei Burgdorf. www.jenni.ch
Das Photovoltaikhaus mit Wärmepumpe und Erdsonden-Speicherfeld
Ein innovatives Heizsystem mit Wärmepumpe versorgt die Passivhaus-Siedlung Oberfeld in Ostermundigen beinahe emissionsfrei mit Heizwärme und Warmwasser (Abbildung 50). Auf den Dächern sind über 1000 m2 hybride Sonnenkollektoren installiert – sie produzieren zugleich Strom und Wärme (Abbildung 51). Die Photovoltaikmodule wandeln Licht in Elektrizität um, Kollektoren auf deren Rückseite erwärmen Wasser. Die grosse Menge an warmem Wasser wird im Sommer über ein Erdsondenspeicherfeld in das Erdreich geleitet und die Wärme dort gespeichert. Im Winter holen Wärmepumpen die gespeicherte Wärme aus dem Erdsonden-Speicherfeld zurück und leiten sie mit einer Vorlauftemperatur von 28°C als Heizenergie in die Gebäude (Abbildung 52). Die Wassererwärmung erfolgt über Frischwasserstationen mit einem hohen Anteil an solarer Energie. Die Photovoltaikmodule liefern genug Energie, um zusätzlich den Strombedarf von etwa 20 Haushalten zu decken. Die Wohnsiedlung Oberfeld ist die erste grössere Überbauung in der Schweiz, die mit einer derartigen Anlage energetisch versorgt wird (siehe auch Seite 92).
Wärmepumpen, die mit am Gebäude produziertem Solarstrom betrieben werden, kommen häufig zum Einsatz. Erdsonden sollen regeneriert oder genügend grosszügig ausgelegt werden.
Das geöffnete Haus
Zu sanierende Altbauten mit viel innerer Masse, guter Besonnung, offenen Grundrissen und geeigneter Statik können auch nachträglich im Südbereich grosszügig mit Fensterflächen und neu gedämmter Hülle ausgerüstet werden, um sie hauptsächlich durch Direktgewinn zu beheizen. Als kostengünstigste Fenstervergrösserung bewährt sich eine Entfernung der Fensterbrüstung.
Das überglaste Haus
Altbauten, die man nicht «öffnen» kann, wie beispielsweise das über 100-jährige Bruchsteinobjekt, ein Mehrfamilienhaus in Felsberg, können auch überglast werden. In diesem Fall sind die alten, mit Fensterstöcken gebildeten Öffnungen ohne Fenster belassen worden. Im Abstand von rund 40 cm wurde eine Pfosten-Riegel-Dreifach-Verglasung vorgelagert. Die ganze Fensterfläche verfügt über einen Sonnenschutz und die einzelnen Zwischenräume können im Sommer über Klappen belüftet werden. Mit dieser Überglasung, einer Fassadendämmung mit 20 cm Steinwolle, neu gedämmten Dachflächen mit 26 cm Holzfaserdämmung und den Sonnenkollektoren erreicht die Sanierung tiefere Werte des Heizwärmebedarfes als ein Minergie-P-Neubau.
Der Wintergarten
Der Wintergarten kann bei optimaler Lage und Grösse ebenfalls zentrales Element eines Solarhauses sein. Der nach Südwesten ausgerichtete und vollverglaste Raum erwärmt sich bei Sonneneinstrahlung sehr schnell. Eine Lehmwand sowie der wärmegedämmte Betonboden dienen als Speichermasse, um den Wintergarten am Abend zu beheizen und damit die Aufenthaltsdauer zu verlängern.
Im Sommer wird die erwärmte Luft über steuerbare Schlitze nach aussen geleitet. Zusätzlich kann das Wintergartendach beschattet werden. Die zurückversetzte Gebäudewand bleibt immer im Schatten und überhitzt dadurch nie.
Nach etwa 1 bis 2 Stunden Sonnenschein kann im Winter von rund 20°C Raumtemperatur im Wintergarten ausgegangen werden. Ist diese Temperatur erreicht, werden die Schlitze zum Obergeschoss geöffnet, damit warme Luft in angrenzende Wohnräume aufsteigen kann. Sowohl im Obergeschoss als auch im Erdgeschoss werden nun die inneren Türen geöffnet. Über den Luftraum im Gebäudeinnern kann die abgekühlte Luft zurück in den Wintergarten gelangen, wo sie erneut aufgewärmt wird. So kann an einem sonnigen Wintertag das Gebäude vollständig mit Sonnenenergie aufgeheizt werden.
Das Luftkollektorhaus
Hinter 4 von 6 Fensterelementen in der südorientierten Giebelwand liegt mit einem Abstand von 40 cm ein dunkel eingefärbter Luftkollektor, der Wärme in Form von warmer Luft an einen angrenzenden Steinspeicher abgibt. Die Verglasung im Fenster ist g-Wert-optimiert. In Abbildung 57 erkennt man, dass für eine Wärmeabgabe aus der Luft mit Vorteil mit Verwirbelungen gearbeitet wird (einzelne durchgehend gemauerte Steine). Der eingesetzte Ventilator kann auf 2 Leistungsstufen betrieben werden und schaltet aufgrund einer Temperaturdifferenz ein. Dazu wird die Speicherinnentemperatur mit der Kollektorinnentemperatur verglichen und bei mindestens 2 K Differenz auf Stufe 1 gestartet. Überschreitet der Kollektor einen definierten Temperaturunterschied, wird die höhere Stufe gefahren. Um nicht zu viel Strom zu verbrauchen, sollten die Luftkanalquerschnitte so gross gewählt werden, dass die Luftgeschwindigkeit von 2 m/s nicht überschritten wird. Dieses Konzept bietet tagsüber solare Direktgewinne über die Fensterflächen und Stunden später den spürbaren Wärmeeintrag aus der Speicherwand. Die Sanierung Einfamilienhaus Bischoff in Chur erreicht damit und mit einer thermischen Solaranlage eine gemessene Energiekennzahl von rund 13 kWh/(m2K).
Das Wasserkollektorhaus
Statt Luftkollektoren lassen sich Wasserkollektoren und Wasserspeicher einsetzen. Die Platzierung in der Südfassade hat den grossen Vorteil, dass während etwa 8 Monaten im Jahr von einem mehr oder weniger gleich hohen Ertrag ausgegangen werden kann, weshalb sich diese Lösung gut für die Wassererwärmung eignet. Nur im Hochwinter und im Hochsommer sind die Erträge etwas kleiner. In Kombination mit einem Saisonspeicher macht eine Dachintegration Sinn, steilere Dächer sind zu bevorzugen.