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Solar-Luftkollektoren

Solar-Luftkollektoren nutzen – anders als handelsübliche Solarthermieanlagen – nicht Wasser oder ein Wassergemisch als Wärmeträger, sondern erwärmte Luft. So können sie insbesondere in der Übergangsjahreszeit die Heizung ersetzen und Energie sparen.

Bereits die Römer der Antike bedienten sich warmer Luft, um Fußböden aufzuheizen, indem sie heißen Rauch durch Hohlräume im Boden leiteten. Die erste solare Luftheizung entstand Ende des 19. Jahrhunderts in den USA. Heute werden zahlreiche Industrie- und Bürogebäude mit Luftsystemen klimatisiert, die im Sommer kühlen und im Winter heizen. Zum Einsatz kommen Luftkollektoren in Gebäuden, die ohnehin Luftsysteme zur Wärmeversorgung nutzen: Hallen und Bürogebäude, Schwimmbäder und zunehmend auch Niedrigenergiehäuser. Die einfache und unkomplizierte Heizmöglichkeit steigert die Verbreitung der Luftkollektoren in Deutschland aktuell zunehmend.

Funktionsweise von Solar-Luftkollektoren

Die Bauweise ist die gleiche wie bei Flachkollektoren: Solar-Luftkollektoren bestehen aus einem Kollektorgehäuse, einer transparenten Abdeckung, einem Absorber und einer rückseitigen Wärmedämmung.

Die Außenluft wird angesaugt und strömt an durch die Sonne erwärmten Absorberblechen entlang. Dadurch erwärmt sich die Luft, die über Zuluftöffnungen in Räume geleitet wird. D. h. der Kollektor wird in die Zuluftführung integriert und ermöglicht damit eine solare Heizungsunterstützung nach dem „Wintergarten-Prinzip“. Alternativ zu Standardkomponenten können auch Fassadenelemente direkt als Luftkollektoren ausgebildet werden.

Speicherung der Wärmeenergie

Luft kann Wärme über längere Zeit nur schlecht speichern. Entsprechend bestehen neben der Abgabe der Luft in das Gebäude, wo sie direkt die Raumluft erhitzt, drei Möglichkeiten zur Speicherung der Wärme in der Luft:

  • Für die über den Luftkollektor unterstützte Warmwasserbereitung wird ein Wärmetauscher benötigt, der in Kombination mit einem Wasserspeicher Wasser erwärmt und so eine weitere Möglichkeit bietet, die Wärme der Luft zu speichern.
  • Der Einsatz von Hypo- und Murokausten ermöglicht bei optimaler Auslegung ein Speichervolumen von ein bis drei Tagen. Diese Erwärmung von Böden bzw. Wänden ist nachträglich jedoch nur mit hohem finanziellen wie auch baulichen Aufwand realisierbar.
  • Durch einen zweiten Wärmeträger (Wasser, Alkohol oder andere leicht siedende Flüssigkeiten) kann mittels der erhitzten Luft durch eine Dampfmaschine mechanische Energie für die Stromgewinnung bereitgestellt werden (Energiekaskade).

Bauweisen von Solar-Luftkollektoren

Für Solar-Luftkollektoren gibt es unterschiedliche Bauweisen. Am einfachsten ist es, eine Lüftungsanlage mit Zuluft senkrecht an der Außenwand zu installieren. Die kalte Luft strömt unten ein, wird erwärmt und über einen Ventilator in das Gebäude geleitet. Kollektoren bestehen aus Absorberblechen mit Perforierung oder aus verglasten Luftkollektoren, die auch auf dem Dach angebracht sein können. Besonders bewährt hat sich schwarzes Aluminiumblech, das auch die bei bedecktem Himmel das Erzeugen von Wärme ermöglicht.

Komplexere Varianten funktionieren ähnlich wie Flüssigkollektoren, bei denen die Luft über die Absorberschicht der Kollektoren erwärmt und über einen Wärmetauscher an eine Zuluftanlage, den Warmwasserspeicher oder in eine Wärmepumpe übertragen wird.

Vakuumröhren ermöglichen besonders hohe Temperaturen. Sie sind dennoch druckfrei und einfach zu integrieren.
Möglich ist auch die Integration in die Fassadendämmung bei optischer Gleichheit zu einem Fenster oder einer Abstimmung auf die Fassade.

Finanzielle Förderung beim Bau der Anlagen

In Deutschland werden Solar-Luftkollektoren vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) staatlich durch das Marktanreizprogramm oder das KfW-Programm Erneuerbare Energien gefördert. Hiernach wird die Installation einer solarthermischen Anlage gefördert, jedoch können die Fördergelder auch für Luftkollektoren in Anspruch genommen werden. Förderfähige bzw. geprüfte Luftkollektoren sind auf der Webseite der BAFA gelistet.

  • Der Fördersatz liegt aktuell bei 140 € je angefangemen m² Bruttokollektorfläche.
  • Der Kollektor muss bei der BAFA gelistet sein.
  • Gefördert werden nur Anlagen an Gebäuden, in denen zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme der neuen Anlage seit mindestens 2 Jahren ein anderes Heizungs- oder Kühlsystem installiert war.
  • Der Antrag ist seitens eines Unternehmens bei Vorhabensbeginn in einem zweistufigen Antragsverfahren zu stellen.

Nachteile von Luftkollektoren

  • dickere Luftrohre anstelle der dünnen Wasserrohre, was vor allem bei Altbauten individuelle Lösungen erfordert
  • hoher Aufwand der Wärmespeicherung

Vorteile von Solar-Luftkollektoren

  • keine aufwendige Heizungsanlage ist erforderlich, um die Wärme an den Raum abzugeben.
  • Solange die Temperatur der Warmluft über jener der Raumtemperatur liegt, ist der Wirkungsgrad gut. Moderne Luftkollektoren erreichen in Bezug auf die Wärmeübertragung Wirkungsgrade von 50 bis 70 %.
  • einfache Installation der Kollektoren oder Absorber bei Belüftungsanlagen
  • Wärmeüberschuss kann für Warmwasserbereitung genutzt werden
  • Frostsicherheit
  • zusätzliche Heizung, Einsparungen von bis zu 50 % gegenüber der Heizung
  • niedrige Betriebskosten
  • wartungsarm und netzunabhängig
  • Leckagen sind weniger schädigend als in Wassergeleiteten Systemen.
  • Verbesserung des Raumklimas
  • geringe Dichtigkeitsanforderungen
  • sind nicht frostgefährdet

Fazit

Solar-Luftkollektoren bieten eine geeignete Möglichkeit, um die Heizkosten zu senken und die Qualität der Raumluft gleichzeitig zu steigern. Aufgrund der einfachen Installation und der Förderungsmöglichkeiten durch die KfW bietet sich hier eine kostengünstige, nachhaltige Optimierung der Energieeffizienz.