IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 16/17 2004, Seite 44 ff.
SOLARTECHNIK
Solare Heizungsunterstützung
Heizen mit der Sonne bleibt kein Ausnahmefall mehr
Wolfgang Heinl
Die in Deutschland neu installierte Kollektorfläche zur solaren Wärmegewinnung könnte nach Einschätzung der Unternehmensvereinigung Solarwirtschaft e.V. (UVS) in 2004 erstmals über eine Million Quadratmeter betragen. Die Gründe für diesen verstärkten Trend sieht die UVS in den hohen Öl- und Gaspreisen, aber auch in der ausgereiften Technik und den hohen Wirkungsgraden moderner Solarkollektoren. Noch mehr Energieeinsparung und damit mehr Unabhängigkeit von fossilen Energieträgern kann mit solarer Heizungsunterstützung erzielt werden.
Noch werden etwa 4/5 aller Solarwärmeanlagen als reine Warmwasserlieferanten installiert. Die ausgereifte Technik und die hohen Solar-Deckungsraten bieten sich aber dazu an, solarthermische Anlagen auch für die Heizungsunterstützung zu nutzen.
Als das solare Heizen noch in den Anfängen steckte, wurde der Solar-Warmwasserspeicher mit einem Pufferspeicher für die Heizung ergänzt. Für diesen Zweck genügten zwar einfach konstruierte Speicher, allerdings erhöhten sich durch den zweiten Speicher und die zusätzliche Verrohrung die Wärmeverluste erheblich.
| Für Solarwärmeanlagen zur Heizungsunterstützung und Warmwasserbereitung haben sich Kombispeicher auf dem Markt durchgesetzt. Der Warmwasserbereiter ist dabei im Solar-Pufferspeicher integriert. |
Solare Heizungsunterstützung wissenschaftlich untersucht
Nach der Projekt-Info "Solare Heizungsunterstützung mit Kombianlagen" des BINE-Informationsdienstes wurden im Rahmen eines Versuchsprojekts die möglichen Vor- und Nachteile verschiedener Speicherladekonzepte untersucht. Am Projekt waren das Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik (ITW) der Universität Stuttgart sowie der Fachbereich Physik der Universität Marburg beteiligt. Verglichen wurde beispielsweise, ob eine solare Heizungsunterstützung mit separaten Puffer- und Warmwasser-Speichern oder Solarspeicher mit integrierten Warmwasserbereitern bessere Erträge erzielen. Aus den gewonnenen Ergebnissen sollten Speicherkennwerte und Prüfverfahren entwickelt werden, die als Grundlage für eine internationale Normung dienen sollen. Die Forscher hatten sich die zentrale Frage gestellt, wie Kombianlagen beschaffen sein müssen, damit Solarkreis, Raumheizungskreis, Nachheizung und Speicher optimal zusammenarbeiten.
Anhand der simulierten Betriebszustände eines Referenz-Einfamilienhauses untersuchten die Projektteams der beteiligten Universitäten vier Varianten von Solarspeicher-Konstruktionen:
- Zweikreisspeicheranlage,
- Einspeicher-Kombianlage,
- Kombianlage mit Rücklaufanhebung,
- Kombianlage mit eingebautem Gasbrenner.
Die Daten des fiktiven Testgebäudes: Einfamilienhaus, Wohnfläche ca. 120 m2, Kollektorfläche 10 m2, Größe des Pufferspeichers 750 l.
Forschungsergebnis überrascht
Für jedes System sollte dabei die jeweilige Energieeinsparung ermittelt werden. Als Kenngröße für die jährliche Ersparnis diente als Basiswert der Gesamtwärmebedarf des zugrunde gelegten Durchschnittswohnhauses. Allerdings kamen die Forscher zu dem eher überraschenden Ergebnis, dass die Energieeinsparungswerte für alle vier Systemvarianten dicht beieinander lagen. Die Abweichung bewegte sich in einem Bereich zwischen 18,3 und 20,8%. Gemessen an der Anlagengröße entspricht diese Differenz einem Absolutwert von 470 kWh (das entspricht dem Energieinhalt von 47 Litern Heizöl EL).
Der unterschiedliche solare Ertrag resultierte weniger aus den verschiedenen Anlagen- bzw. Speicherkonzepten, sondern vielmehr aus der Ausführung und Abstimmung der einzelnen Komponenten. Die Wissenschaftler kamen zu dem Schluss, dass optimale Dämmung und Dimensionierung der Speicher ausschlaggebend sind. Typische Schwachstellen seien Dämmungen im Bereich von Anschlüssen, die zu hohen Wärmeverlusten führen. Ebenso entscheidend sei eine ausreichend große Leistung der Wärmeübertrager und die konstruktive Vermeidung von Konvektionsströmungen.
| Das Bild zeigt die Installation einer Solarwärmeanlage mit Heizungsunterstützung im Wohnhaus eines SHK-Meisters. Das geregelte Zusammenspiel aller Systemkomponenten schöpft das maximale Leistungspotenzial aus. Der Speicher Vitocell 333 von Viessmann ist eine Kombination aus Heizwasser-Pufferspeicher und Speicher-Wassererwärmer. |
Heizwärmebedarf kann zu mindestens 20% gedeckt werden
Eine Solarwärmeanlage für Heizungsunterstützung und Warmwasserbereitung kann, sofern richtig dimensioniert, 20 - 25% des Gesamtwärmebedarfs decken. Im Vergleich zu einem reinen Brauchwassersystem käme dies laut dem BINE-Projektbericht einer Verdoppelung des solaren Ertrags gleich. Die im Rahmen des Projekts gemessene Energieeinsparung belief sich auf etwa 20%. Mit solarer Heizungsunterstützung lässt sich also ein beträchtlicher Teil des Heizwärmebedarfsdecken. In den Frühlings- und Herbstmonaten arbeiten kombinierte Solaranlagen daher besonders effektiv. Sie eignen sich insbesondere für Heizungsanlagen mit niedrigen Systemtemperaturen. Daraus lässt sich schließen, dass sich die solare Heizungsunterstützung auch beim Einsatz von Brennwert-Heizgeräten und Fußbodenheizungen anbietet.
| Schnittbild des Energie-Speichers WES 800-C von Weishaupt. Die Grafik zeigt, welche Wärmelieferanten und -abnehmer jeweils auf welcher Höhe angeschlossen werden. |
Holzpelletheizung braucht Pufferspeicher: Einsatzfall für Solar
Auf dem Markt haben sich Kombi-Solarspeicher mit integriertem Warmwasserbereiter etabliert. Diese erfüllen gleichzeitig die Funktion als Pufferspeicher für den Heizkessel. Daraus ergibt sich ein weiterer Einsatzfall: Verfeuert der zugehörige Kessel Holzpellets oder Stückholz, wäre für diesen ohnehin ein Pufferspeicher unumgänglich. Die Heizungsunterstützung wirkt durch die Anhebung der Rücklauftemperatur aus dem Heizkreis. Empfohlen wird dies allerdings nur in Kombination mit einem modulierenden Brenner oder einem Kessel mit hinreichend großem Wasservolumen - was natürlich auch für Gas- oder Ölkessel gilt. Ansonsten besteht bei geringen Temperaturdifferenzen zwischen dem beim Durchströmen des Pufferspeichers erwärmten Rücklauf und der Vorlauf-Solltemperatur die Gefahr, dass der Brenner häufiger taktet. Die Folge wäre ein verschlechterter Kesselwirkungsgrad. Positiv auf die durch die Solaranlage erzielbare Energieeinsparung würde sich zudem auswirken, wenn das Bereitschaftsvolumen für die Warmwasserbereitung nicht überdimensi-oniert wird.
| Beispiel für Modernsierungs-Situationen: Gegenüber einer konventionellen Kesselanlage mit nur 64% Nutzungsgrad kann die Energieeinsparung beim Austausch gegen Brennwertgerät plus Solarwärmeanlage bis zu 45% betragen. |
Regelung muss Heizung und Solarthermie koordinieren
Damit das Zusammenspiel der Komponenten optimal funktioniert, führt bei der solaren Heizungsunterstützung kein Weg an einer effizienten Solarregelung vorbei. Aufgabe des Regelsystems ist, die Ventile, Mischer und Pumpen so anzusteuern, dass die Nutzung der Solarthermie stets Vorrang hat. Reicht die Solarwärme nicht aus, schaltet sich der konventionelle Wärmeerzeuger dazu. Die elektronische Regelung koordiniert die unterschiedlichen Anlagenteile und sorgt für einen energieoptimierten Betrieb.
Solare Heizungsunterstützung auch im Altbau möglich
Die Forschungsergebnisse zeigen weiter, dass entgegen den Erwartungen Heizungsanlagen mit hohen Auslegungstemperaturen den solaren Ertrag weniger als erwartet vermindern. Somit ist die solare Heizungsunterstützung auch für das Modernisierungsgeschäft interessant. Eine Kombination mit Biomasse-Heizkesseln, aber auch mit konventionellen Öl- und Gasgeräten sei ohne wesentliche Minderungen des Kesselwirkungsgrades möglich. Wie die Energieeffizienz im Niedrigtemperaturbereich aussehen kann, verdeutlicht die Grafik der Firma Buderus Heiztechnik: Gegenüber einer alten Kesselanlage mit nur 64% Nutzungsgrad würde eine Kombination aus Brennwertkessel und Solarwärme 45% Energie einsparen. Der Nutzungsgrad gibt an, welcher Anteil der eingesetzten Energiemenge vom Heizkessel tatsächlich in Raumwärme umgewandelt wird. Diese Fakten könnten dem Heizungsbauer als Verkaufsargumente für Kunden nützlich sein, die sich zum 1. November 2004 von ihren veralteten Kesseln trennen müssen.
| Je besser Gebäude gedämmt sind, desto mehr verschieben sich die Anteile für Warmwasserbereitung und Heizwärmebedarf bei gleichzeitig sinkendem Gesamtwärmebedarf. |
Änderung in der Solarförderung seit 1. Juni 2004
Mithilfe des Marktanreizprogramms zur Nutzung erneuerbarer Energien verfolgt der Bund das Ziel, im Sinne der CO2-Minderung die Marktdurchdringung der Solartechnik zu stärken. In der Richtlinie zur "Förderung von Maßnahmen zur Nutzung erneuerbarer Energien" vom 26. 11. 2003 ist jedoch vorgemerkt, dass seit 1. Juni 2004 Förderungen von Solarkollektoranlagen nur noch gewährt werden, wenn ein jährlicher Kollektorertrag von mindestens 525 kWh/(m2 a) erzielt wird; bei einem gesamten solaren Deckungsgrad von 40%. Die Mehrzahl der lieferbaren Solarkollektoren würde diesen Anspruch bereits erfüllen, wie das Institut für wirtschaftliche Ölheizung e.V. (IWO) in einer Presseinformation erklärt.
Solarkollektoren müssen außerdem seit dem 1. Juni das Umweltzeichen RAL-UZ73 erfüllen - besser bekannt als Blauer Engel - und ihre Leistungsfähigkeit mittels Funktionskontrollgerät oder Wärmemengenzähler nachweisen. Bei Anlagen mit über 20 m2 Röhrenkollektoren bzw. 30 m2 Flachkollektoren ist ein Wärmemengenzähler im Kollektorkreislauf mittlerweile Pflicht.
75.000 genehmigte BAFA-Anträge
Dass die Nutzung regenerativer Energien vom Staat gefördert wird, wissen 81% der Bundesbürger. Dies geht aus der aktuellen repräsentativen Studie "Umwelt 2004" hervor, durchgeführt vom Institut für Demoskopie in Allensbach und neben anderen von der ZDF-Redaktion Umwelt und der Zeitschrift "impulse" in Auftrag gegeben. Interessant ist dabei auch, dass lediglich 16% der Befragten die Anschaffung von Sonnenkollektoren für Hausbesitzer als unwirtschaftlich betrachten. Angesichts von 75.000 BAFA-Förderzusagen aus dem Jahr 2003 scheint dies nach einer sonnigen Geschäftslage für das SHK-Handwerk zu klingen. Installateure sind deshalb gut beraten, im Sommerloch ihre Solar-Angebote nachzufassen.
Solarinfos
Informationen zum Marktanreizprogramm zur Förderung erneuerbarer Energien:
BAFA (Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle)
Frankfurter Straße 29-35, 65670 Eschborn
Tel.: 06196/908-625, Fax: 06196/908-800
E-Mail: solar@bafa.de
Internet: www.bafa.de
Faxabruf für Antragsformular: 01805/52126072
Internetinformationen: |
L i t e r a t u r :
[1] Solare Heizungsunterstützung mit Kombianlagen; BINE Informationsdienst, Projekt-Info 5/01; Hrsg.: Stuttgart Univ. Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik (ITW); Fachinformationszentrum Karlsruhe, Ges. f. wissenschaftlich-technische Information mbH; 2001
[2] Bevölkerungsumfrage "Umwelt 2004" zum Thema "Unsere Energiezukunft"; Institut für Demoskopie Allensbach
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