Inhalt
Projektstart 2
Technische Planung 3
Low-flow Prinzip im Solarkreis........................................................................... 3
Low-flow Prinzip in den Heizkreisen................................................................... 3
Vorplanung........................................................................................................ 3
Ausführungsplanung........................................................................................... 5
Ausführung 5
Schlußstatement 5
Für den engagierten Planer immer wieder interessant: Erfahrungsberichte aus der Praxis. Anhand eines aktuellen Projektes möchte der Autor die wesentlichen Betrachtungs- und „Knack-„ Punkte festhalten. Im Beispiel ist es der Neubau einer Unterkunft für Garten-Bauarbeiter in Berlin.
Projektstart
Die ersten Anfragen zum Projekt kamen im Dezember 1998 vom Berliner Oberstufenzentrum Bautechnik (OSZ), dessen Ausbilder sich die Realisierung von Solaranlagen als Ausbildungsteil zur Aufgabe gemacht hat. Die Ausbildungsstätte bildet 400 Lehrlinge in Baugewerken (u.a. auch Gas-, Wasser-Installateure) aus. Das OSZ hatte zu diesem Zeitpunkt bereits den Auftrag zum Bau des Gebäudes.
Es wurden der mögliche solare Ertrag und die Nutzwärmekosten für eine solare Warmwasserbereitung hinterfragt. Ein Ziel war es, in den Monaten Juli und August eine 100 %-ige solare Deckung zu erreichen. Unsere ersten Empfehlungen auf dem 50° geneigten, südlich ausgerichteten Dach sind in der Tabelle zu erkennen:
|
Absorber- |
Puffer- |
Warmwasser- |
Heizlast |
WW-Last |
Solar-Deckungs |
anteil |
|
fläche |
volumen |
Speicher |
60/30 °C |
45 °C |
Warmwasser |
Heizung |
|
20 m² |
1,6 m³ |
1000 l |
- |
ca. 1410 l/d |
55 |
- |
Als Besonderheiten sind hier die zunehmende sommerliche Verschattung ab 16 Uhr durch eine Baumreihe aus westlicher Richtung sowie die Aufgliederung der vorgesehenen Dachfläche durch Dachfenster zu nennen. Simulationen ergaben bei einem Systemnutzungsgrad von 55 % solare Nutzwärmekosten von 0,30 DM/kWh (Randbedingungen: Solarkreis mit 20 m² Absorberfläche im norm-flow Betrieb; 1,6 m³ Puffer- und 1 m³ Warmwasserspeicher; Warmwasserbedarf ca. 1400 l/d; Fördersatz: 30 %).
In den weiteren Gesprächen konkretisierte das OSZ die Vorgaben. Das Objekt würde von 20 - 25 Personen (Gartenarbeiter) genutzt – Wochenenden und Ferienzeiten ausgenommen (Warmwasserbedarf, 45 °C: 1200 l/d, nachmittags über 8 Duschen mit Selbstschlussarmaturen und binnen 30 Minuten). Der Heizwärmebedarf für die 440 m² beheizte Flächen wurde mit 24 kW angegeben und in die weiteren Überlegungen mit dem Ziel einer geringen solaren Deckung von maximal 8 % mit einbezogen. Ende Januar 1999 wollte das zuständige Hochbauamt über die grobe Planung informiert werden.
Technische Planung
Ausgangspunkt der Planung war eine Solaranlage mit nachgeheiztem Pufferspeicher und Umladesystem für die Warmwasserbereitung. Eine geringe solare Heizungsunterstützung war vorgesehen.
Low-flow Prinzip im Solarkreis
„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/(hm²) in Standardanlagen auf ca. 12-15 l/(hm²) 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 (low-flow-tauglich !), über Wärmetauscher (log. Temperaturdifferenz etwa 5 K) bis zum Speicher (Schichtladesystem) aufeinander abgestimmt sind.
Low-flow Prinzip in den Heizkreisen
Sollen Solaranlagen zur Heizungsunterstützung eingesetzt werden, ist es (fast)
unerlässlich, dass die Nachheizung in den Pufferspeicher erfolgt. Bei „Stratos“
Pufferspeichern mit Schichtladerohren müssen für eine optimal temperaturorientierte
Einschichtung bestimmte maximale Volumenströme berücksichtigt werden.
Die Auslegung von Niedertemperatur-Heizungsanlagen sieht oft eine Temperaturspreizung
von nur ca. 10 Kelvin zwischen Vor- und Rücklauf vor. Für effektive solare Heizungsunterstützung
sollte eine Temperaturspreizung von mindestens 20 Kelvin, optimal von 30 Kelvin
vorgesehen werden.
Die Auslegung des Heizkreises auf eine größere Temperaturspreizung bei geringeren Volumenströmen wirkt sich auf mehrere Punkte positiv aus. Es sind kleinere Rohrquerschnitte sowie niedrige Rücklauftemperaturen von 30 ... 40 °C, also effektiver Solarbeitrag möglich. Die erforderliche Pumpenleistung wird geringer.
Vorplanung
Der (öffentliche) Bauherr entschied sich für ein solare Heizungsunterstützung, die mit insgesamt 26 m² aktiver Kollektorfläche (also der Aperturfläche) realisiert werden sollte. In Abstimmung zwischen dem OSZ und den Wünschen des Architekten wurde entschieden, welche Kollektortypen aus dem Anbietersortiment eingesetzt werden, und dass das OSZ zwei weitere Kollektoren in Eigenregie maßangefertigt.
Entsprechend dem Fortschritt der Bauplanung konnte die geplante Kollektorfläche auf drei vorhandenen Teilflächen zwischen den Dachfensterbereichen aufgeteilt werden. Um die Dachoptik nicht zu beeinträchtigen wurde eine Dachintegration der Kollektoren vorgesehen.
Mit diesen , sowie den jetzt feststellbaren geometrischen Vorgaben wurde von uns eine überarbeitete Simulation erstellt, die auch das speziell abgeschätzte Zapfprofil berücksichtigt. Sie ergab folgende Werte:
|
Das OSZ bewirkte im Februar 1999 durch hartnäckige Gespräche mit dem Bauherrn und Hinweise auf unsere Aussagen, dass ein Teil der Heizung als Flächenheizung ausgeführt wird. Der bis hier geplante Anlagentyp mit Nachheizung in den Pufferspeicher hat in der Praxis prinzipiell den Nachteil, dass über angeschlossene Zirkulationssysteme hohe Temperaturen im Brauchwasserspeicher herrschen. Während des Umladevorgangs zwischen Puffer- und Brauchwasserspeicher steigen dadurch die in den Puffer gelangenden Rücklauftemperaturen von etwa 25 °C stetig bis auf maximal 50 °C an. Dieser Vorgang reduziert natürlich die solare Aufnahmekapazität des Pufferspeichers und führt dadurch zu geringeren Erträgen als im Idealfall. Deshalb rieten wir zu einem low-flow Solarsystem mit Vorwärmstufe, das auf Grund der gewollten Heizungsunterstützung im Pufferspeicher konventionell nachgeheizt wird. AusführungsplanungIm März 2000 begann die Detailplanung am OSZ. Dabei wurde mit als erstes festgestellt, dass die Technikraummaße laut Plan den Einsatz eines 2 m³ Pufferspeichers nicht zulassen. Mit geringen Einbußen für den solaren Deckungsgrad wurde daher ein 1,5 m³ „Stratos“ Schichtlade-Pufferspeicher ausgewählt. Der Architekt bestand auf einer farblichen Anpassung der Absorber- an
die rötlichen Dachflächen. Eine Farbgebung für die Eindeckrahmen war ebenfalls
im Gespräch. Eine Anfrage zu speziellen Absorbern wurde an uns herangetragen. Im Weiteren wurde die Hydraulik im Solarkreis optimiert. Letztlich war die Entscheidung zu treffen, welcher Grundtyp (einseitig oder diagonal durchströmt) für die Kollektoren gewählt wird. Dabei waren auch der Verrohrungsaufwand, die Verteilung der Druckverluste im Solarkreis sowie die dazu erforderliche Pumpenleistung festzulegen. Das OSZ entschied sich später zwischen zwei von uns ausgearbeiteten Alternativen für die Variante, die weniger Pumpenleistung benötigte. AusführungAnfang April 2000 wurde vor Beginn der Montagearbeiten bei einer Ortsbesichtigung festgestellt, dass der 1,5 m³ Pufferspeicher nicht in den vorgesehenen Raum passen würde. Weiterhin wurde bekannt, dass es nur 7 Duschplätze geben wird. Darauf wurde die Auslegung des Vorwärmsystems korrigiert. Der passende 1 m³ Pufferspeicher war inzwischen im Verhältnis zu den Kollektoren zu klein, so dass auch die Absorberfläche auf 24 m² reduziert wurde. Zudem wurde der Brauchwasserspeicher auf 300 l verringert.
|
