Abbildung 1 : Optimale Einschichtung in verschiedene
Speicherhöhen durch den SOLVIS-SchichtenladerInhalt
1 Zeit für solares Heizen 2
2 Low-flow-Solartechnik 2
3 Das Konzept der solaren Heizungsunterstützung 3
3.1 KKompaktsysteme........................................................................................ 3
3.2 ZZwei-Speicher-Anlagen................................................................................ 3
3.3 DDer „low-flow“ Heizkreis: Solare Wärme 50/30............................................. 4
4 Praxisbeispiel: Hotel Luise, Erlangen 4
Konzepte zur solaren Heizungsunterstützung stellen einen sinnvollen Beitrag zur Einsparung fossiler Energie und damit zur notwendigen Schadstoffreduzierung dar.
Im Hotelsektor haben insbesondere Häuser mit starker Sommernutzung oder hauseigenen Schwimmbädern ein hohes Energiesparpotential, da die Solaranlage in allen Jahreszeiten gut ausgelastet ist. Das führt zu geringen solaren Energiepreisen. Ein Anhaltswert ist die ökonomische Energie-Kennzahl (Systemkosten / Jahres-Anlagenertrag), die hier auch bei kleineren Häusern mit etwa 15 Zimmern bereits unter 0,10 DM/kWh liegt.
Auch Hotels mit ganzjähriger Nutzung profitieren vom Solarenergieeinsatz durch eine stärkere Gastbindung: der eine genießt das unbeschwerte Duschen mit solar erwärmtem Wasser, der nächste honoriert diesen Umweltschutzbeitrag durch bewusste Bevorzugung genau dieses Hotels. Die Energie-Kennzahl liegt hier bei 0,16 ... 0,09 DM/kWh für Hotels mit z.B. 15 ... 30 Zimmern.
Wichtig für den Planer ist, bei der Auslegung die reale Auslastung der Hotels zu berücksichtigen. Dabei sind eventuelle Schwankungen der Auslastung über das Jahr ebenso wichtig wie der gewünschte solare Anteil an der Heizungsunterstützung. Für Hotels kann ein Schwerpunkt bei Häusern mit 30 – 100 Betten, für Pensionen und Hotels Garni bei 20 – 30 Betten und für Gasthöfe bei 15 – 30 Betten, jeweils überwiegend mit 1,5 ... 2 Betten/Zimmer festgestellt werden [Quelle: DEHOGA].
Generell gilt aus Kostengründen:
Erst den Energieverbrauch durch bessere Gebäudedämmung, gute Kessel-Wirkungsgrade
und sparsames Verbrauchsverhalten reduzieren, dann eine heizungsunterstützende
Solaranlage realisieren ! Für Neubauten und Sanierungen/Modernisierungen gilt
auch: laut EnergieSparVerordnung 2000 kann die aktive Solarenergienutzung vom
Wärmebedarf eines Hauses abgerechnet werden.
„Low-flow“ steht für Volumenströme, mit denen der Kollektor das Medium in nur einem Durchlauf auf „Betriebstemperatur“ hebt. Um dies zu erreichen, muss der Volumenstrom von ca. 40 l/(h*m²) in Standardanlagen auf ca. 12-15 l/(h*m²) bei „low-flow“ Anlagen reduziert werden. Daraus ergeben sich mehrere Vorteile, die im folgenden dargestellt werden. Wichtig dabei ist, dass „low-flow“ nur dann „funktioniert“, wenn alle Komponenten von Kollektor bis Speicher aufeinander abgestimmt sind.
Abbildung 1 zeigt das Prinzip der geschichteten Beladung - also die effektive Strahlungsausnutzung ohne Vermischung des Speichers. Bei wolkenlosem Himmel und somit voller Einstrahlung können in einem Umlauf direkt nutzbare Beladetemperaturen für den Speicher erreicht werden. In diesem Fall erfolgt die Beladung ganz nach oben in die oberste Speicherschicht. Bei weniger Einstrahlung wird nun in die Ebene geladen, die gleiche Temperatur wie der Ladestrom aufweist. Dies wird durch den euro-patentierten Schichtenlader erreicht.
Abbildung 1 : Optimale Einschichtung in verschiedene
Speicherhöhen durch den SOLVIS-Schichtenlader
Für die Einbindung der Solarenergie in die Heizungstechnik ist ein Konzept notwendig, das der Solaranlage die Möglichkeit gibt, mit einem guten Wirkungsgrad zu arbeiten: nur niedrige Solarrücklauf-Temperaturen ermöglichen einen guten Kollektorwirkungsgrad und die Möglichkeit, solare Energie effektiv zum Heizen einzusetzen.
Eine hervorragende Lösung sind die Systeme „Stratos Integral“ (Abbildung 2, Mitte: Kombianlage mit beliebiger Wärmequelle koppelbar) und „SolvisMax“ (Abbildung 2, rechts: Solare Brennwert-Zentrale). Alle notwendigen Anschlusspunkte wurden auf ihr Minimum reduziert, um Montagekosten aber auch Wärmeverluste gering zu halten.
Eine einfache Erweiterbarkeit dieser Systeme ist z.B. durch die Parallelschaltung mehrerer kleiner Warmwasser-Wärmetauscher für verschiedene Abnahmestellen möglich !
Abbildung 2 : Konventionelle Solaranlage – „Stratos Integral“ – „SolvisMax“
Das Schwedische Solarenergie-Forschungs-Zentrum (SERC) an der Universität Falun/Borlänge hat 10 Kombispeicher in einem 6-Tages-Test verglichen. Das Konzept des „Stratos Integral“ hat mit Abstand am besten abgeschnitten.
Eine Weiterentwicklung erfuhr dieses Prinzip 1997 durch die Brenner-Integration beim „SolvisMax“ – einer solaren Brennwertzentrale mit 20 kW Gas-Brenner, die sich (wie der „Stratos Integral“) in den Standardausführungen zur Warmwasserversorgung von bis zu 4 Wohneinheiten eignet.
Eine sehr effektive Variante für größere Anwendungen – insbesondere bei bestehenden Anlagen - ist die solare Vorwärmanlage mit zentralem Schichtspeicher:
Abbildung 3 : Typischer Aufbau einer 2-Speicher-Anlage mit Vorwärmstufe
Basis auch dieses Konzepts ist der geschichtete Speicher als „Energie-Manager“, in dem jede Energiequelle (Solaranlage, Heizkessel) nur in dem Temperaturbereich einspeichert, der sich auf gleichem Niveau befindet.
Besonders clever: vorhandene Brauchwasserspeicher können direkt weiter verwendet werden – es wird lediglich ein Plattenwärmetauscher vorgeschaltet !
Die Auslegung von Niedertemperatur-Heizungsanlagen sieht oft eine Temperaturspreizung von nur ca. 10 Kelvin zwischen Vor- und Rücklauf vor. Für effektive solare Heizungsunterstützung sollte jedoch eine Temperaturspreizung von mindestens 20 Kelvin, optimal von 30 Kelvin vorgesehen werden.
Die Auslegung des Heizkreises auf eine größere Temperaturspreizung wirkt sich auf mehrere Punkte positiv aus. Es sind kleinere Rohrquerschnitte sowie niedrige Rücklauftemperaturen, also effektiver Solarbeitrag möglich. Die erforderliche Pumpenleistung wird geringer.
Ort des Geschehens: das von vielen Geschäftsleuten genutzte Hotel „Luise“ (
http://www.hotel-luise.de
) mit Alt- und Neubaugebäuden und Fernwärmeanschluss, 100 Zimmer, durchschnittliche
Auslastung 60 %. Warmwasserbedarf vor allem am frühen Vormittag und abends;
kurze Zirkulationslaufzeiten zu den Abnahmezeiten. Ökologische Unternehmens-Zielsetzung
seit 1992. Installation einer Regenwassernutzungsanlage und von Spar-Armaturen
in allen Zimmern. Jedes der drei Teilgebäude hat einen eigenen Trinkwasserversorgungsstrang.
Außerdem: hoteleigener Fahrradverleih; Solarmobil-Tankstelle mit Hotelbeteiligung
gegenüber.
1996 waren die notwendigen Voraussetzungen für die Planung und Errichtung einer
Solaranlage erfüllt.
[Foto Kollektorfeld]
Aufgrund des als hoch eingeschätzten Warmwasserbedarfs wurde eine Anlage zur
Warmwasserbereitung mit ca. 38 m² Absorberfläche und (aus Sicht der Solaranlage)
knapp bemessenem Trinkwasser-Puffervolumen von 2 m³ geplant. Dieser Vorrat müsste
zur Legionellen-Prävention nach DVGW-Norm wenigstens einmal täglich vollständig
auf 60 °C erhitzt werden, und wäre dadurch weitgehend für die Solaranlage blockiert.
Dazu kommen die dann eintretenden hohen Speicherverluste.
Ein findiges Installationsunternehmen schlug in der Realisierungsphase vor,
stattdessen das Speichervolumen in Heizungs-Puffer und angepasst kleinen Brauchwasserspeicher
aufzuteilen. Somit muss heute nur das Volumen des Brauchwasserspeichers (400
l) der Legionellenprävention unterzogen werden, nicht jedoch die beiden 1 m³
Pufferspeicher mit Schichtenlader. Ein weiterer Vorteil war der damit mögliche
Betrieb der Anlage in „low-flow“ mit den bekannten Einspareffekten. Die Leistung
der Anlage wird an einer eigens für das Hotel erstellten Anzeigetafel mit Schaubild
„online“ in der Lobby visualisiert.
[Foto
Anzeigetafel]
Die 3-monatige Realisierungsphase ergab keinerlei Beeinträchtigung des Hotelbetriebes.
Auffällig sind jedoch die für das hoch gelegene Flachdach erforderlichen Zusatzmaßnahmen
(und -kosten) zur Befestigung der Kollektoren: ein Statiker berechnete über
die auftretenden Windlasten an den aufgeständerten Kollektoren ein Stahlprofil,
das die Kollektoren sicher trägt. Die Montage erfolgte dann mit Hilfe eines
Kranes direkt auf das Dach - ohne weitere Beeinträchtigung innerhalb des Hauses.
Den Betrieb der Anlage schildern die Bauherren als reibungslos. Es musste lediglich
in der Inbetriebnahmephase der Solarkreis einmal nach-entlüftet werden. Seitdem
findet nur eine jährliche Kontrolle der Anlagenparameter durch die Installationsfirma
statt.
Nach vier Betriebsjahren hat sich der Solarertrag bei etwa 10.000 kWh/a eingestellt – ein für diese Anlagengröße relativ geringer Wert. Nachfragen ergaben plausible Gründe dafür:
· Die Anlage wurde dahingehend ausgelegt, auch den Warmwasserbedarf des (im Oktober fertigwerdenden) Wellness-Centers zu decken.
· An die solare Warmwasserbereitung sind derzeit nur die 45 Zimmer des Mittelbaus angeschlossen. Der derzeitige Bedarf kann nur bei 1,2 ... 2,1 m³/d (45 Zimmer x 1,5...2 Betten/Zimmer x 30...40 l/(Person*d) x 60 % Auslastung) liegen.
Zur weiteren Verbesserung des Anlagen-Nutzungsgrades würde neben dem geplanten Anschluss des Centers eine Anbindung der Solaranlage an das Heizsystem in Frage kommen. So können Solarerträge in den Übergangszeiten auch für die Heizung des Hotels genutzt werden. Alternativ ist auch eine Anbindung der beiden separaten Warmwasserbereiter aus den entfernteren Gebäudeteilen zu überdenken, da diese insbesondere im Sommer eine Energieabnahme versprechen und so den Solarertrag höher ausfallen lassen.
Familie Förtsch, Inhaber des seit 1992 mehrfach ausgezeichneten Hotels ist sehr zufrieden mit den Ergebnissen ihrer Solaranlage. Das Hotel ist inzwischen als 1. Hotel in Bayern mit eigenem Ökomanagement nach dem EG-Audit validiert. Viele der oft technisch orientierten Gäste fragen nach privaten Anwendungsmöglichkeiten und dem Einsparpotential, das Herr Förtsch gut mit Hilfe des Anlagen-Schaubildes darstellen kann.
Dipl.-Ing.
Christoph Drescher
DreSys - regenerative Systeme -
