9.1 Solarsiedlung "Am Petersberg" in Berlin Zehlendorf

Zur Untersuchung einer möglichen Anwendungsweise einer Solaranlage haben wir im Folgenden die Wohnsiedlung "Am Petersberg" genauer betrachtet.

Die Solaranlage gehört zu den 10 größten Anlagen in Berlin und wurde 1998 fertig gestellt. Die Wohnsiedlung mit Niedrigenergiehäusern und zentraler solarunterstützter Wärmeversorgung entstand aus einem städtebaulichen Realisierungswettbewerb, den das städtische Wohnungsbauunternehmen GEHAG mit dem Entwurf des Berliner Architekten Prof. K. Theo Brenner gewann.

Die Zehlendorfer Siedlung besteht aus 15 kubischen "Stadtvillen" mit je 7 Wohneinheiten. Die 105 Wohnungen umfassen eine Wohnfläche von insgesamt ca. 9.660 qm die sich in Fünf- und Zwei-Zimmerwohnungen mit 85 bis 119 qm Wohnfläche aufteilen. Zur Reduzierung des Endenergiebedarfs der Siedlung wurden eine kompakte Kubatur der einzelnen Gebäude und eine dichte Bebauung umgesetzt.

Der Wärmeschutz entspricht dem Niedrigenergie-Standard und die Gebäude sind mit Niedertemperatur Nahwärmeversorgung mit zentraler Solaranlage und Kurzzeitwärmespeicher ausgerüstet. Darüber hinaus sind die Gebäude zur kontrollierten Be- und Entlüftung jeweils mit einer zentralen mechanischen Abluftanlage ohne Wärmerückgewinnung ausgestattet.

"Der durchschnittliche jährliche Heizwärmebedarf der Gebäude liegt mit ca. 50 kWh/(qm a) etwa 25 bis 30 % unter den gesetzlich geforderten Werten der geltenden Wärmeschutzverordnung (Außenwand U- Wert:
0,25 W /(qm K), Flachdach U- Wert: 0,16 W/(qm K), Fenster U-Wert: 1,3 W/(qm K), g-Wert: 0,58). Durch lediglich zwei Haustypen (U- Typ und T-Typ) und die Fertigteilbauweise- zweischalige Betonwandelemente mit Kerndämmung - wurde ein kostensparendes Bauen möglich." (7)

Zur Deckung von ca. 50% des jährlichen Wärmebedarfs zur Warmwasserbereitung wurde eine zentrale Solaranlage in die Nahwärmeversorgung der Siedlung integriert. Um diese Energieeinsparung zu erzielen reicht eine Kollektorfläche mit hocheffizienten Vakuum-Röhrenkollektoren (VRK) von ca. 180 qm Größe, die auf drei der Stadtvillen aufgeteilt wurde. Dies entspricht einer Fläche von nur ca. 1,7 qm pro Wohnung.

Für die Speicherung der von den Kollektoren gelieferten Wärme sind zwei Pufferspeicher mit einem Volumen von insgesamt 15 cbm (ca. 0,083 cbm Speicher pro qm Kollektorfläche) in den Vor- und Rücklauf des Zwei-Leiter-Wärmeverteilnetzes der Anlage integriert worden. Zur zeitweise notwendigen Nachheizung wurde den Pufferspeichern eine Fernwärmeübergabestation nachgeschaltet, die den Vorlauf des Wärmeverteilnetzes auf die Solltemperatur erwärmt (s. Abb. 36).

"Die Solaranlage übernimmt somit die Vorwärmung des Netzrücklaufes und wird auf dem niedrigsten Temperaturniveau im System betrieben. Die Heizanlagen in den Gebäuden sind auf Vor- bzw. Rücklauftemperaturen von 70°C bzw. 40°C ausgelegt und werden direkt ohne Wärmetauscher an das hausinterne Heizsystem angeschlossen." (8)

Um einen effizienten Betrieb der Solaranlage zu erreichen erfolgt die Warmwasserbereitung dezentral (je Gebäude) in Speicher-Ladesystemen mit externen Plattenwärmetauschern, die eine niedrige Temperatur im Netzrücklauf ermöglichen und Transmissionsverluste gering halten. (s. Abb. 38).

Gegenüber dem heute üblichen Neubaustandard führt die Umsetzung dieses integralen Energiekonzeptes zu einer jährlichen CO2 Einsparung von rund 25%.

Die baulichen Mehrkosten für die Umsetzung des Energiekonzeptes belaufen sich auf lediglich 4050 € netto pro Wohnung. "Die Investitionskosten der Solaranlage lagen bei etwa 143.600 € (netto, inkl. Planungskosten) und damit bei rd. 800 € pro qm Kollektorfläche bzw. etwa 15 € pro qm Wohnfläche ...." (9).

Die Realisierung des integralen Energiekonzeptes wurde von der Berliner Senatsverwaltung für Bauen, Wohnen und Verkehr - Referat Ökologischer Städtebau - gefördert. Das Institut für Gebäude und Solartechnik (IGS) an der TU - Braunschweig führte das wissenschaftliche Begleitprogramm während der Bau- und einer zweijährigen Betriebsphase durch.

9.2 Anlagentechnik

Herzstück der oben beschriebenen Anlagentechnik sind hocheffiziente Vakuumröhrenkollektoren. Durch ihre röhrenförmige Bauart können sie in jedem beliebigen Einbauwinkel jeweils optimal zur Sonne ausgerichtet werden und daher auch auf Flachdächern wie in Zehlendorf oder an Fassaden ohne Verringerung des Wirkungsgrades montiert werden.

Die mit frostsicherem Glykol gefüllten Absorberrohre sind mit einer Titanlegierung beschichtet und erreichen somit einen hohen Wirkungsgrad.
Die Wärmeverluste des Kollektors können rund 40 % der Gesamtverluste ausmachen und sind daher ein wichtiger Ansatz bei der Optimierung der Leistung der Gesamtanlage.

9.3 Kumulierter Energieaufwand

Um die energetische Amortisationszeit zu ermitteln und somit den ökologischen Nutzen der Anlage beurteilen zu können, muss die für die Herstellung notwendige Energiemenge, also der Primärenergieaufwand sämtlicher Abbau-, Transport und Produktionsprozesse aufkumuliert werden.
Man spricht hier auch von "Grauer Energie".

Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf Werte eines Flachkollektors, der zwar anders aufgebaut ist aber zu dessen Herstellung ähnliche Materialien verwendet werden. Die Werte können daher nur als ungefähre Richtwerte angesehen werden.

Die Betrachtung sämtlicher Anlagenbestandteile ist für einen Vergleich gegenüber konventionellen Anlagen nicht notwendig, da abgesehen vom Pufferspeicher die anlagentypischen Unterschiede sehr gering sind.

Für 180 qm Kollektorfläche werden insgesamt 6831 kg Material benötigt (siehe Abb.41), wobei Stahl und Glas den größten Anteil einnehmen. Bei Betrachtung des Kumulierten Energieaufwands (KEA) wird deutlich, dass für die Herstellung von Aluminium im Vergleich zu den anderen benötigten Materialien überdurchschnittlich viel Energie aufgewendet wird (siehe Abb.42). Insgesamt beläuft sich der Primärenergieaufwand auf 128.736 KWh. Bei einem Jahresenergieertrag von etwa 81.000 KWh amortisiert sich die Anlage nach ca. 1 Jahr und 7 Monaten. Bei einer zu erwartenden Nutzungsdauer von 20 Jahren bedeutet dies, dass die Anlage in ihrer Lebensdauer etwa das 12-fache der Energie bereitstellt, die für ihre Herstellung notwendig waren (Erntefaktor = 12). Der jährliche Ertrag von 81.000 KWh entspricht ca. 8.100 Litern Heizöl, 8100 cbm Erdgas oder der Biogasjahresproduktion von 145 Rindern (13.370 cbm).