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Kollektorertrag und Passivsolargewinne
Der Kollektorertrag ist eine zentrale Kennzahl für die Effizienz solarthermischer Anlagen. Doch wie lässt sich der reale Ertrag in modernen, gut gedämmten Gebäuden mit großen Glasflächen realistisch abschätzen? Neue Forschungsergebnisse und Simulationen zeigen: Die richtige Modellierung ist entscheidend, um das volle Potenzial von Solarenergie zu nutzen.
Kollektorertrag und Passivsolargewinne: Was steckt dahinter?
Moderne Gebäude zeichnen sich durch hervorragende Dämmung und häufig durch große Glasfassaden aus. In diesen Gebäuden spielen Passivsolargewinne – also die direkte Nutzung der Sonnenstrahlung durch Fenster, insbesondere auf der Südseite – eine zentrale Rolle, vor allem in den Wintermonaten. Sie können einen erheblichen Teil der Heizlast abdecken und so den Bedarf an zusätzlicher Heizenergie deutlich senken.
Die Herausforderung: Kollektorertrag richtig berechnen
In der Praxis werden Kollektorerträge oft mit einfachen Einzonen-Gebäudemodellen abgeschätzt. Diese Modelle gehen davon aus, dass die passiven Solargewinne gleichmäßig im gesamten Gebäude zur Verfügung stehen. Die Realität sieht jedoch anders aus: Wärmeüberschüsse an der Südfassade lassen sich oft nicht ohne Weiteres für die Beheizung nordseitiger Räume nutzen. Dadurch werden die tatsächlichen Kollektorerträge systematisch unterschätzt, insbesondere bei größeren Gebäuden wie Mehrfamilienhäusern.
Die Lösung: Mehrzonen-Gebäudesimulation
Das im PDF vorgestellte Simulationsverfahren nutzt ein Mehrzonenmodell, das die unterschiedlichen Bereiche eines Gebäudes (z.B. Südzone, Nordzone) getrennt betrachtet. Dafür werden spezialisierte Simulationswerkzeuge wie Polysun (für die solarthermische Anlage) und Thermo (für die Gebäudesimulation nach SIA-Norm) eingesetzt. Über eine offene Schnittstelle wird der Heizwärmebedarf jeder Zone exakt berechnet, wobei Verluste durch Transmission und Lüftung, interne Wärmegewinne sowie die solaren Gewinne individuell berücksichtigt werden.
Vorteile des Mehrzonenmodells:
- Exakte Abbildung der realen Energieflüsse im Gebäude
- Vermeidung der systematischen Unterschätzung des Kollektorertrags
- Optimale Dimensionierung und Steuerung der Solaranlage, insbesondere bei komplexen Gebäudestrukturen
Praxisbeispiel: Simulationsergebnisse
Die Simulationen zeigen deutlich: Während das Einzonenmodell den Kollektorertrag stark unterschätzt, liefert das Mehrzonenmodell realistische Werte, die eine bessere Planung und Auslegung der Anlage ermöglichen. Besonders bei intelligenter Regelung kann die solar erzeugte Wärme gezielt dort genutzt werden, wo sie benötigt wird – etwa zur Beheizung weniger besonnter Gebäudeteile.
Fazit: Kollektorertrag gezielt steigern
Wer die Kollektorerträge in modernen Gebäuden optimal nutzen will, sollte auf detaillierte Simulationen mit Mehrzonenmodellen setzen. Nur so lassen sich sowohl die aktiven als auch die passiven Solargewinne realistisch erfassen und das volle Potenzial der Solarenergie ausschöpfen. Für Planer, Ingenieure und Bauherren bedeutet das: Mehr Präzision in der Planung, mehr Effizienz im Betrieb – und ein wichtiger Beitrag zur nachhaltigen Gebäudeenergieversorgung.
>> Download PDF (Paper 26. OTTI Symposium Thermische Solarenergie)
