Solar erwärmte Zuluft – mehr Wärme, weniger Feuchte
Die meisten klassischen Photovoltaikanlagen nutzen Wasser oder ein Wassergemisch als Trägermedium. Sogenannte Luftkollektoren bedienen sich hingegen der Luft, um die Wärmeenergie der Sonne aufzunehmen und nutzbar umzuwandeln. Das ist vor allem für Gebäude praktisch, die ohnehin Luftsysteme nutzen, um Innenräume zu beheizen: Sport- und Industriehallen, Bürogebäude, Schwimmbäder oder auch Niedrigenergie- und Passivhäuser sowie temporär beheizte Ferienhäuser.
Luftgeführte Solaranlagen haben Tradition
Die erste luftgeführte Solaranlage, die der Erwärmung von Raumluft diente, lässt sich schon in den USA Ende des 19. Jahrhunderts verorten. Eine Vermarktung blieb allerdings bis etwa 1980 aus, als Luftkollektoren langsam durch kommerzielle Hersteller entdeckt wurden. Zunächst verbreiteten sich vor Ort gebaute Systeme dach- und fassadenintegrierter Ausführungen bis hin zu Fensterkollektoren, bei denen eine Jalousie im luftgefüllten Zwischenraum eines Doppelglasfensters als Absorber fungiert, bevor die Industrie den Markt für sich entdeckte und betriebsfertige Kollektoren in Massenproduktion fertigte. Sie kamen nicht nur in Wochenendhäusern zum Einsatz, sondern dienten auch in Sporthallen, Bürogebäuden und Privathäusern der Temperierung und Entfeuchtung.
Funktionsweise luftgeführter Kollektoren
Die sogenannten Luftkollektoren bestehen aus einem Gehäuse, einer transparenten Abdeckung, einem Absorber sowie einer rückseitigen Wärmedämmung. Sie unterscheiden sich damit kaum von wassergeführten Kollektoren – außer der Dimensionierung, da Luft ein größeres Volumen benötigt, um vergleichsweise effizient beim Wärmetransport zu sein.
Die kalte Außenluft wird angesaugt und strömt durch die von der Sonne erwärmten Absorberbleche hindurch. Anschließend wird die erwärmte Luft in die zu erwärmenden Räume geleitet. Auf diese Weise unterstützt der Kollektor die Heizung und wärmt die Frischluft vor. Auch die Ausbildung von Fassadenelementen als Luftkollektoren ist hier möglich. Da der Wirkungsgrad mit zunehmender Länge der Rohre abnimmt, empfiehlt es sich stets, die Rohrleitungen möglichst kurz zu halten.
Da die Luft Wärme nur schlecht über einen längeren Zeitraum speichern kann, bieten sich verschiedene Optionen an, um die Energie dauerhaft zu nutzen:
- Mit einem Wärmetauscher ist die Nutzung bei der Warmwasserbereitung möglich.
- Der Einsatz von Hypo- und Murokausten ermöglicht eine Speicherung der Wärme von 1-3 Tagen, ist jedoch mit aufwendigen baulichen Maßnahmen und einem hohen finanziellen Aufwand verbunden.
- Über einen zweiten Wärmeträger lässt sich über eine Dampfmaschine mechanische Energie für die Stromgewinnung erzielen.
Systemtypen luftgeführter Solaranlagen
- Solare Heizung der Ventilationsluft: Die Außenluft wird durch einen verglasten oder unverglasten Kollektor direkt in den gewünschten Raum geleitet. Besonders einfach ist hier die Installation der Anlage senkrecht direkt an der Außenwand. Anwendungsbereiche sind z. B. zeitweise unbewohnte Ferienhäuser und Industriehallen.
- Kollektor/Raum/Kollektor im Constanini-System: Die Raumluft wird durch einen Kollektor erwärmt, steigt auf und kommt über die Decke zurück, die gleichzeitig als thermischer Energiespeicher dient. Im Sommer kann über die Oberseite des Kollektors gleichzeitig eine Entlüftung erfolgen. Das System kommt häufig bei Mehrfamilienhäusern zum Einsatz.
- Kollektorerwärmte Luft, die durch Hohlräume in der Gebäudeummantelung zirkuliert: Durch dieses System lassen sich Wärmeverluste der Gebäudehülle deutlich reduzieren. Parallel kann die erwärmte Luft zur Brauchwassererwärmung genutzt werden. Ein Anwendungsbereich ist beispielsweise die nachträgliche Dämmung schlecht isolierter Mehrfamilienhäuser.
- Geschlossener Kreislauf von Kollektoren und Energiespeicher, Wärmeabgabe durch Strahlung: Die durch den Kollektor erwärmte Luft wird in massive Böden oder Wände geleitet, die die Wärme anschließend abstrahlen. Geeignet ist das System für alle Gebäudetypen, bei denen sich eine Niedrigtemperaturheizung als vorteilhaft erweist.
- Einfacher, offener Kreislauf zu den Räumen des Gebäudes: Das System funktioniert ebenfalls über Rohrleitungen in Wänden und Böden, allerdings ist hier eine kontrollierte Wärmeabgabe über getrennte Rohrleitungen möglich. Auch ist eine Speicherung der Wärme möglich, bis sie benötigt wird. Da dieses System sehr kostspielig ist, kommt es nur selten zum Einsatz.
- Im Kollektor erwärmte Luft, Wärmeabgabe erfolgt in einem Luft-Wasser-Wärmetauscher: Das erhitzte Wasser fließt anschließend durch Fußboden- oder Wandheizungen, klassische Radiatoren oder für einen Heißwassertank. Da die meisten Heizungssysteme ohnehin wassergeführt sind, ist eine Nachrüstung hier in der Regel unkompliziert.
Anwendungsbereiche solar erwärmter Zuluft
Besonders effizient ist der Einsatz von Luftkollektoren in Gebäuden, die ohnehin mit einer Lüftungsanlage ausgestattet sind. Das können Schwimmbäder, Sporthallen und Industriehallen, aber auch Passiv- und Niedrigenergiehäuser sein.
Der Einsatz einfacher Zuluft-Kollektoren erweist sich dabei vor allem bei hohen und großen Gebäuden als effizient, da hier die thermischen Voraussetzungen für die Verteilung der Warmluft in den Raum ideal sind. Dabei ist die Ergänzung einer bestehenden luftgeführten Heizungsanlage ebenso möglich wie die Anbindung an das Heizungssystem über Wärmetauscher. Auch eine Kombination mit Photovoltaikanlage oder Solarthermie erweist sich als klimaschonend und effizient. Von einer Kombination mit einer Gas oder Ölheizung ist in der Regel allerdings abzuraten.
Eine Nachrüstung in Altbauten und anderen Gebäudetypen, die mit einer wassergeführten Heizung ausgestattet sind, ist hingegen sehr aufwendig und finanziell meist nicht attraktiv, da anstelle der Wasserleitungen Lüftungsrohre verlegt werden müssen, die über einen ungleich größeren Querschnitt verfügen.
Vor- und Nachteile luftgeführter Solaranlagen
Vorteile | Nachteile |
- Frostfrei | - Wärmespeicherung ist aufwendig |
Finanzierung luftgeführter Solaranlagen
Die Kosten für eine luftgeführte Solaranlage lassen sich nicht pauschal beziffern, da Größe und Installationsumfang individuell variieren. Bei Wohnhäusern ist eine Nachrüstung ab ca. 2.500 Euro zuzüglich der Einbaukosten möglich, einzelne Räume lassen sich gegebenenfalls ab 600-700 Euro nachrüsten. Bei Industriehallen sind Amortisationszeiten von 25 Jahren durchaus realistisch.
In Deutschland werden Solar-Luftkollektoren vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) oder auch die KfW gefördert. Wenngleich die Programme vorwiegend für solarthermische Anlagen gelten, so ist auch eine Förderung von Luftkollektoren möglich. Welche Systeme förderfähig sind, ist auf der Webseite der BAFA vermerkt.
Beratung zur Ermittlung passgenauer Luftkollektoren
Die Installation von solar geführten Zuluftanlagen stellt unter Umständen eine sinnvolle Ergänzung zu bestehenden Lüftungsanlagen dar. Vor allem bei Bauten, die ohnehin eine luftgeführte Belüftung nutzen, ist eine Nachrüstung problemlos und kostengünstig möglich und kann die anfallenden Heizkosten deutlich reduzieren. Um hier optimale Wirkungsgrade und ein angenehmes Raumklima gleichermaßen zu erzielen, empfiehlt sich vor der Anschaffung die Beratung durch Fachpersonen, die mit ihrer langjährigen Expertise eine individuell auf Ihre Bedürfnisse zugeschnittene Lösung ermitteln.
