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Sonne für alle

Für die Integration einer großen thermischen Solar­anlage in die Heizungs- und Trinkwasseranlage gibt es mehrere, praktikable Möglichkeiten

Eine einfache Möglichkeit, solare Trinkwassererwärmung in mittelgroßen Heizsystemen nachzurüsten, ist die Speicherreihenschaltung.

Vorwärm-Frischwasserstationen eignen sich ebenfalls zur Nachrüs­tung der solaren Trinkwassererwärmung in mittelgroßen Heizsystemen.

Für unterschiedlich große Anforderungen gibt es Energiezentralen in verschiedenen Baugrößen.

Hydraulik mit einer Frischwasserstation, die das Trinkwasser per Wärmeübertrager im Durchfluss erwärmt.

Energiezentralen bestehen aus den Baugruppen Solar-, Trinkwasser- und Heizungsmodul sowie einem oder mehreren Pufferspeichern.

 

Thermische Solaranlagen eignen sich auch für größere Wohn­gebäude, Hotels oder Krankenhäuser. Komplett abgestimmte Systeme zur Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung erleichtern sowohl die Planung als auch den Einbau.

Einfache Planung durch abgestimmte Systemlösungen
Für Ein- und Zweifamilienhäuser bieten Heiztechnikhersteller komplett konfektionierte Paketlösungen an – die Planung ist somit relativ einfach und sicher. Größere Anlagen waren in der Vergangenheit mit einer individuellen und damit aufwendigen Planung verbunden. Heute gibt es jedoch auch für solare Großanlagen bewährte Hydrauliken und Systemlösungen. Das Hauptunterscheidungskriterium liegt im Einsatz von Warmwasserspeichern oder von Frischwasserstationen. Hierfür stehen unterschiedliche Konzepte zur Auswahl: Speicher-Reihenschaltung, Vorwärm-Frischwasserstation, Frischwasserstation und Pufferentladestation.
Entscheidend bei der Auslegung einer solaren Großanlage ist der individuelle Trinkwasserbedarf. Daher ist die Unterscheidung wichtig, ob es sich beispielsweise um ein Mehrfamilienhaus, ein Pflegeheim, ein Hotel oder eine Sportstätte handelt. Die Versorgung mit Trinkwasser muss zu jeder Zeit gewährleistet sein, auch in Spitzenbedarfszeiten dürfen die Zapftemperaturen nicht sinken.
Soll die Sonnenenergie außer zur Trinkwasserbereitung auch der Heizungsunterstützung dienen, muss die Anlage so dimensioniert werden, dass möglichst wenig Stillstand (Stagnation) in den Kollektorfeldern entsteht. Denn Stillstände führen neben einer geringeren Effizienz oft zu einer schnelleren Alterung des Solarfluides und bringen höhere Wartungs- und Servicekosten mit sich. Stagnation ergibt sich immer dann, wenn Temperaturen über 120°C in den Kollektoren herrschen und keine Abnahme dieser Wärme erfolgt – z.B. im Hochsommer in der Ferienzeit.

Trinkwassererwärmung mit Reihenschaltung
Systeme mit Warmwasserspeichern eignen sich gut für die Nachrüstung. Denn der vorhandene Trinkwasserspeicher kann als Bereitschaftsspeicher genutzt werden. Das System wird lediglich durch einen zweiten Trinkwasserspeicher – den sogenannten Vorwärmspeicher – ergänzt, der mit solarer Wärme beladen wird. Zusätzlich ist der Kaltwasseranschluss vom Bereitschaftsspeicher auf den Vorwärmspeicher zu verlagern, sodass solar erwärmtes Wasser in den Bereitschaftsspeicher gelangen kann. Die vorhandene Anlagentechnik bleibt weitgehend unangetastet. Diese Speicherreihenschaltung ist die einfachste Möglichkeit, solare Trinkwassererwärmung in Mehrfamilienhäusern mit bis zu 20 Wohneinheiten, kleineren Hotels, Sportstätten und Pflegewohnheimen nachzurüsten.
Eine weitere Möglichkeit für die Trinkwassererwärmung in Mehrfamilienhäusern mit bis zu 20 Wohneinheiten oder anderen Objekte ohne ausgeprägte Spitzenvolumenströme ist die Vorwärm-Frischwasserstation. Sie eignet sich ideal zur Nachrüstung, wenn ein Bereitschaftsspeicher vorhanden ist. Bei der Entnahme von warmem Wasser wird das Kaltwasser in der Frischwasserstation vorgeheizt und strömt dann in den Bereitschaftsspeicher. Dadurch reduziert sich der Aufwand für die Nachheizung.

Vorwärmsystem für größeren Warmwasserbedarf
Bei größeren Projekten mit einem täglichen Warmwasserbedarf von mehr als 1000 l, beispielsweise in Mehrfamilienhäusern mit über 20 Wohneinheiten, eignet sich ein Vorwärmsystem mit Zwischenspeicherung der solaren Wärme in einem Pufferspeicher. Die gespeicherte Wärme wird über einen Plattenwärme­übertrager auf das Trinkwasser übertragen. Dieses System lässt sich relativ einfach installieren und eignet sich besonders gut für die Nachrüstung.

Frischwassersystem: Auf den Spitzenvolumenstrom ausgelegt
Ebenfalls bei größeren Objekten wie Mehrfamilienhäuser mit bis zu 160 Wohneinheiten, kleineren Hotels oder Pflegeheimen lassen sich Frischwassersysteme einsetzen. Hierbei wird kein Trinkwasser bevorratet. Frischwassersysteme arbeiten mit Pufferspeichern und einer Frischwasserstation, die Trinkwasser per Wärmeübertrager im Durchfluss erwärmt.
Bei dieser Systemlösung werden über die thermische Solaranlage ein oder mehrere Pufferspeicher beladen, die wiederum die Frischwasserstation mit Wärme versorgen. Für die Effizienz der Anlage ist eine gute Temperaturschichtung im Speicher entscheidend: Je niedriger die Temperatur im unteren Teil des Speichers ist, desto besser sind die Kollektornutzungsgrade. Dagegen ist im oberen Teil, dem Bereitschaftsteil des Speichers, eine hohe Temperatur zur Versorgung der Frischwasserstation erforderlich. Die Austrittstemperatur aus der Frischwasserstation muss zur Vermeidung der Legionellengefahr mindestens 60°C betragen.

Energiezentrale übernimmt das Wärmeenergiemanagement
Eine komplexere, aber auch effizientere Lösung zur solaren Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung sind sogenannte Energiezentralen. Dabei handelt es sich meist um standardisierte und komplett vormontierte Hydraulikstationen. Diese übernehmen das gesamte Wärmeenergiemanagement. Unterstützt werden diese Systeme von einer integrierten Systemregelung.
Solare Wärme gelangt über das Solarmodul in den Pufferspeicher und kann so Trinkwasser- (vorrangig) und Heizungsbedarfe unterstützen oder vollständig abdecken. Bei fehlender Sonnen­energie soll der Speicher im unteren Teil – dem Vorwärmteil – kalt sein. Die daraus resultierenden niedrigen Rücklauftemperaturen zum Kollektorfeld steigern die Kollektornutzungsgrade.
Wird Trinkwasser angefordert, obwohl kein solarer Ertrag vorhanden ist, muss der obere Teil des Pufferspeichers erwärmt werden. Das Speicher-Management leitet dann einen Teilvolumenstrom der Heizkreisversorgung in den Pufferspeicher. Das verlängert Kessellaufzeiten, verringert die Zahl der Kesselstarts und erhöht so den Nutzungsgrad.
Eine Versorgung der Heizkreise erfolgt bei entsprechendem solaren Ertrag entweder aus dem Puffer oder direkt vom Heizkessel ohne Umweg über den Pufferspeicher. In Summe optimieren Energiezentralen die Einbindung solarer Wärme und verbessert die Kessellaufzeiten – das zeichnet eine gute Gesamtsystemlösung aus.

Fazit
Solarthermische Anlagen können heute mit überschaubarem technischen und planerischen Aufwand auch in großen Wohngebäuden, Hotels oder ähnlichen Einrichtungen eingebaut werden. Dafür sind komplett abgestimmte, vorgefertigte Lösungen mit standardisierten Hydrauliken erhältlich. So lassen sich mithilfe der Sonne die Energiekosten reduzieren – ohne Komfortverlust bei der Trinkwassererwärmung und Raumheizung.
Eine ausführliche Langversion dieses Artikels findet sich auf www.ikz.de.

Autor: Dipl.-Ing. Ingo Rieger, Senior-Produktmanager, Produktmarketing Solartechnik, Speicher, Photovoltaik bei Bosch Thermotechnik GmbH (­Buderus), Wetzlar

Bilder: Buderus

www.buderus.de

 


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