Mitten in Freiburg wurde für ein denkmalgeschütztes Gebäudeensemble aus der Gründerzeit ein außergewöhnliches Heizkonzept umgesetzt: Ein Mikrowärmenetz, das sowohl von einer großen Solarthermieanlage gespeist wird als auch von einem Blockheizkraftwerk (BHKW), das zugleich Mieterstrom erzeugt. Initiiert hat das Demonstrationsprojekt die Stadt Freiburg im Rahmen der Solarthermie-Initiative mit dem Ziel, das Potenzial der Solarwärme im Mehrgeschosswohnungsbau zu fördern.

Die Ökohauptstadt Freiburg ist immer für ein solares Pilotprojekt gut – zahlreiche Initiativen und Pioniervorhaben zeugen davon. Nicht nur weil im Breisgau – der "Toskana Deutschlands" – mehr als anderswo im Land die Sonne scheint, finden sich hier überdurchschnittlich viele Beispiele, wie mit effizienten und nachhaltigen Konzepten der Anteil regenerativer Energie vorangetrieben und so die Energiewende unterstützt wird.

Dass dies nicht nur mit Neubauten funktioniert, zeigt ein Solarthermie-Demonstrationsprojekt an einem denkmalgeschützten Mehrfamilienhaus-Ensemble im nördlich gelegenen Stadtteil Herdern. Es ist das erste und älteste Gebäude der Wohnungsgenossenschaft Bauverein Breisgau. Der nahezu komplett geschlossene Block aus insgesamt zehn Stadthäusern mit insgesamt 92 Wohnungen und zwei Gewerbeeinheiten umfasst knapp 5.000 Quadratmeter Wohn- und Nutzfläche. Gebaut in den Jahren 1903 und 1904, gehört die Anlage aus der Gründerzeit zu den begehrteren Wohnlagen in der Stadt, allerdings mit dem Nachteil einer nicht mehr zeitgemäßen Heizwärmeversorgung: Die meisten Wohnungen waren mit einer Gas-Etagenheizung ausgestattet, um heiß duschen zu können und die Heizkörper warm zu bekommen. Manche Mieter hatten sogar noch Einzelöfen in ihren Räumen stehen. Insofern sah sich der Bauverein im Rahmen der 2015 durchgeführten Sanierung gezwungen, die Einzelfeuerstellen durch eine zentrale Wärmeversorgung über ein Mikrowärmenetz zu ersetzen.

Freiburg möchte das Potenzial der Solarwärme fördern

In Absprache mit der Stadt Freiburg, die einerseits über den Denkmalstatus des Ensembles zu wachen hatte, andererseits aber das Potenzial der Solarwärme im Mehrgeschosswohnungsbau fördern möchte, kam man so zu der Idee des Solarthermie-Demonstrationsprojektes. Gefördert vom Badenova Innovationsfonds und unterstützt von den Fördergeldern des BAFA erklärte sich der Bauverein Breisgau in Freiburg bereit, das ambitionierte Projekt unter der wissenschaftlichen Begleitung vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) umzusetzen.

Obwohl rund ein Drittel der Neubauten in Deutschland mit Solarthermieanlagen ausgestattet wird, hat dieser oft unterschätzte Baustein für die Wärmewende eine solche Unterstützung bitter nötig: Nach Angaben des Umweltbundesamtes deckt die Solarthermie nur rund ein Prozent des Wärmeverbrauchs in Privathaushalten ab.

Ausgeklügeltes Mikrowärmenetz mit intelligentem Wärmemanagement

Die Sonnenkollektoren sind natürlich nicht die alleinige Komponente des Mikrowärmenetzes – zu dem energetischen Konzept gehören auch ein kondensierendes Blockheizkraftwerk und ein gasbetriebener Spitzenlastkessel. Die erzeugte Wärme wird in zehn Speichern gebunkert, die zwischen 1.200 und 1.700 Liter Wasser fassen können. In Anbetracht der 76 Flachkollektoren, die eine Gesamtfläche von 191 Quadratmetern auf den Dächern belegen, ergibt sich somit eine Auslegung von 50 Liter pro Quadratmeter Kollektorfläche.

Die Nennleistung der Kollektoren liegt bei rund 150 Kilowatt an thermischer Energie. Das BHKW erbringt 20 Kilowatt elektrisch und 47 Kilowatt thermisch, der Spitzenlastkessel noch einmal 450 Kilowatt. Jede Wohnung ist zudem mit einer modifizierten Wärmeübergabestation versehen worden, die dank zusätzlich eingebautem Thermostatventil mit Feinfühler im Warmwasseraustritt eine möglichst niedrige Rücklauftemperatur im Heizungsnetz (Primärkreis) garantiert. So bleibt auch bei kurzzeitigen Zapfvorgängen, wie zum Beispiel beim Händewaschen, die Rücklauftemperatur während der Warmwasserbereitung niedrig. Dies ist wichtig, um die Temperaturspreizung in den Speichern möglichst hoch zu halten, wodurch sich insbesondere der Solarertrag optimieren lässt.

In einem Übergabesystem wird die Solarwärme in die Speicher eingespeist

Das Wärmemanagement des gesamten Heizsystems erfolgt über dezentrale Kontrollsysteme und ist so ausgerichtet, dass die Solarwärme sowohl bevorzugt eingespeist als auch dezentral verbraucht wird. So kann überschüssige Wärme, die von den Speichern in einem Gebäudeteil nicht mehr aufgenommen werden kann, in die Ringleitung eingespeist und über die Zentrale an alle Häuser verteilt werden. Der vom BHKW erzeugte Strom wird den Mietern über eine Tochtergesellschaft des Bauvereins Breisgau für den Eigenverbrauch angeboten.

Komplexe Einflussgrößen für den Heizenergiebedarf

Die besondere Problematik bei dem Projekt mit hybridem Heizkonzept lag zum Einen in der Ermittlung des Heizenergiebedarfs – mit der Umstellung von Etagen- und Einzelofenheizung auf die zentrale Wärmeversorgung galt es, den Heizenergiebedarf des gesamten Ensembles zu ermitteln. Dazu wurde insbesondere auf die Verbrauchsdaten der Bewohner zurückgegriffen, aber auch die vergleichsweise schlechten Dämmwerte des über 100 Jahre alten Mauerwerks sowie die vorhandenen Heizkörper und Fensterqualitäten flossen in die Kalkulation mit ein.

Zum Anderen beeinflusste natürlich die energetische Qualität der Gebäudehülle den Bedarf, die in Einklang mit der Denkmalschutzbehörde überall ertüchtigt wurde, wo dies möglich war: so bei der Kellerdecke (10 Zentimeter PUR-Dämmplatten, U-Wert 0,23 Watt pro Quadratmeter und Kelvin), dem Speicherboden (16 cm PUR-Dämmplatten mit Gehbelag aus Pressspan) und dem Mansarddach (Zwischensparrendämmung mit Mineralwolle, U-Wert ca. 0,32 Watt pro Quadratmeter und Kelvin). Am Ende ergab sich ein Bedarf für Heißwasser und Heizung von rund 630 Megawattstunden pro Jahr.

Eine Investition, die sich rechnet

In Anbetracht der Gesamtkosten von 1,4 Millionen Euro, von denen alleine rund 1,1 Millionen das Mikrowärmenetz inklusive Wärmeübergabestationen, Kesselanlage und Steuerung verschlang, stellt sich für die Wohnungsgenossenschaft natürlich die Frage der Amortisation. Hierzu sind die Mehrkosten für die Einbindung der Solarkollektoren und des BHKW in das Heizsystem maßgeblich, da die Kosten für das Mikrowärmenetz in konventioneller Bauart ohnehin angefallen wären – diese Zusatzkosten lagen bei rund 170.000 Euro. Dem gegenüber stehen Einsparungen bei den Gaskosten, Einnahmen durch den Verkauf des BHKW-Stroms sowie Fördergelder des BAFA für die Solarthermieanlage. Setzt man überschlägig einen Gaspreis von 6 Cent pro Kilowattstunde an und berücksichtigt die aktuell erhältliche Einspeisevergütung für BHKW-Strom, so amortisieren sich die Investitionskosten nach etwa elf Jahren.

Rund 70 Prozent des vom Bauverein Breisgau angebotenen Mieterstroms wird von einem BHKW produziert

Positive Erfahrungen von allen Seiten

Nach inzwischen zweijähriger Betriebserfahrung lassen sich die Erkenntnisse aus dem Projekt wie folgt zusammenfassen:

  • Die sehr tiefen Rücklauftemperaturen erlauben ganzjährig einen hocheffizienten Betrieb des Gesamtsystems.
  • Mit durchschnittlich 63 Megawattstunden pro Jahr deckt der solare Wärmeertrag rund 11 Prozent des Gesamtwärmeverbrauchs ab – in den Sommermonaten steigt der solare Deckungsanteil bisweilen sogar auf 60 Prozent.
  • Das BHKW und der Spitzenlastkessel teilen sich die Bereitstellung der Wärmemenge nahezu mit 46 beziehungsweise 43 Prozent. Die prognostizierte Laufzeit des BHKW wurde mit 6.100 Stunden pro Jahr deutlich übertroffen, der Gesamtwirkungsgrad erreicht im Jahresmittel gut 97 Prozent (ca. 30 Prozent elektrisch, 67 Prozent thermisch).
  • Die Idee mit dem Mieterstrom kam sehr gut an – mehr als drei Viertel der Mieter haben sich dafür entschieden, ihren Stromverbrauch über das BHKW abzudecken. Dabei werden knapp 70 Prozent ihres Stromverbrauchs aus dem BHKW gespeist, die übrigen 30 Prozent beziehen die Mieter vom örtlichen Versorger.
  • Der sogenannte Jahres-Mischpreis für Wärme lag im Jahr 2016 bei 12,75 Euro pro Quadratmeter (inklusive Mehrwertsteuer). Darin enthalten sind die den Mietern in Rechnung gestellten Arbeitspreise, Grundpreise und Messpreise – die Summe wird dann durch die gesamte beheizte Fläche geteilt. Zum Vergleich: der bundesdeutsche Durchschnitt lag im Vergleichszeitraum (für Fernwärme) bei 13,80 Euro pro Quadratmeter.
  • Nicht nur die Mieter, auch die Umwelt profitiert von dem Konzept: das Heizsystem erspart der Atmosphäre rund 50 Tonnen CO2 pro Jahr – dies entspricht einer Reduktion der früheren CO2-Emission um ca. 20 Prozent.

Inzwischen ist ein Erfahrungsbericht erschienen, der die Erkenntnisse aus Planung, Realisierung und Betrieb des von der Stadt Freiburg initiierten und vom Badenova Innovationsfonds geförderten Projekts zusammenfasst. Die Broschüre kann kostenlos als pdf-Datei heruntergeladen oder über die E-Mail-Adresse solarthermie@brian-kommunikation.de kostenlos als gedrucktes Exemplar angefordert werden.

Bautafel:

Bauherr: Bauverein Breisgau eG, Freiburg

Initiatoren: Stadt Freiburg / Umweltschutzamt, Freiburg

Wissenschaftliche Begleitung: Fraunhofer ISE, Freiburg

Planung/Bauleitung: TGA Planungsgruppe, Freiburg

Förderung: Badenova Innovationsfonds, Freiburg

Solarthermie-Initiative Freiburg

Der Anteil erneuerbarer Wärme im Wärmemarkt muss substanziell gesteigert werden, wenn Deutschland seine Klimaschutzverpflichtungen erreichen will. Dabei ist insbesondere das Potenzial für größere Solarwärmeanlagen auf Mehrfamilienhäusern beträchtlich: Rund die Hälfte aller Wohneinheiten in Deutschland befindet sich in Mehrfamilienhäusern. Von besonderer Bedeutung hierbei sind Gebäude mit 3 bis 12 Wohnungen, da sie rund 90 Prozent Mehrfamilienhausbestands ausmachen und immerhin 80 Prozent aller Mietwohnungen umfassen. Die Stadt Freiburg möchte dazu beitragen, dass das Potenzial der Solarwärme im Mehrgeschosswohnungsbau besser erschlossen wird und hat deshalb ein Solarthermie-Demonstrationsprojekt initiiert, das vom Badenova Innovationsfonds gefördert und vom Bauverein Breisgau eG in Freiburg umgesetzt wurde. Im Rahmen der "Solarthermie-Initiative" werden das Projekt und die damit verbundenen Erfahrungen bekannt gemacht, um so die Umsetzung weiterer Solarthermieprojekte in Mehrfamilienhäusern zu stimulieren.