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Wärmequellen optimal geregelt Ganzjährig von der Sonnenenergie profitieren

Effiziente Wärmepumpensysteme nutzen möglichst viel Regenerative Energie zur Bereitstellung von Heizwärme. Das Ziel ist, eine hohe Jahresarbeitszahl mit entsprechend geringem Stromaufwand zu erreichen. Dazu muss allerdings ganzjährig für eine wohltemperierte Wärmequelle gesorgt werden. Hier kann die Solarthermie unterstützen, indem sie Wärme auf niedrigem Temperaturniveau liefert. Das Energiemanagement-System des Herstellers Immosolar verknüpft Solarthermie und Geothermie zu einem System, das einen hohen Deckungsgrad an regenerativen Energien für die Heiz- und Kühlenergieversorgung in Verbindung mit flächenintegrierten Heiz- und Kühlsystemen verspricht.

Das Energy-Management-System EMS des Herstellers Immosolar bindet Solarthermie auf verschiedenen Temperaturniveaus in die Wärmeversorgung mit ein. Solarerträge auf geringem Temperaturniveau können beispielsweise verdampferseitig in der Wärmepumpe genutzt werden.

 

Komplett unabhängig sein von fossilen Ener­gien und sogar von nachwachsenden Rohstoffen, das ganze Jahr über die Energie von der Sonne nutzen – das ist nach Meinung von Immosolar schon heute möglich. Das Energy-Management-System (EMS) des Herstellers setzt auf ein intelligentes Zusammenspiel zwischen Solarthermie- und Wärmepumpenanlage. Abhängig von Temperaturangebot und Anforderung speist das EMS die verschiedenen Wärmeabnehmer (Prioritäten gesteuerte Zieltemperaturbeladung). D.h., die Wärmeenergie kann dem integrierten Warmwasserspeicher, dem Erdreich, einem Schwimmbad oder der Betonkernaktivierung des Gebäudes zur Beheizung und zur Kühlung zur Verfügung gestellt werden. Auf diese Weise ermögliche das EMS-Konzept die maximale Nutzung solar erzeugter Energien für die Gebäudeheizung und -kühlung. Selbst an kühleren Tagen, an denen die Wärme vom Dach nicht mehr dazu ausreicht, den Warmwasserspeicher zu beheizen, kann auch die diffuse Strahlung durch die  Kollektorfläche genutzt werden, um Wärme für den Erdspeicher zu generieren. Der Kollektor ist daher das ganze Jahr über in Betrieb, die Solarenergie wird auch auf geringstem Temperaturniveau genutzt. Die Steuerungs- und Hydraulikeinheit führt der Wärmepumpe immer die optimale Quelltemperatur vom Sonnenkollektor oder vom Erdspeicher zu.

Hohe Wärmequellentemperatur, geringer Temperaturhub
Wenn die Wärme der Sonne vom Kollektor im Winter nicht mehr für die Heizung oder für die Brauchwasseraufbereitung ausreicht, wird die notwendige Energie aus dem Erdsolespeicher über eine Wärmepumpe bereitgestellt. Durch die konstant hohe Quelltemperatur von 18°C und den damit verbundenen, sehr geringen Temperaturhub, erreicht die Wärmepumpe eine sehr hohe Leistungszahlen über 6. Im Vergleich zu anderen Konzepten, die Solarthermie und Geothermie kombinieren, koppelt Immosolar die Solarenergie auf der Verdampferseite der  Wärmepumpe ein.

Voraussetzung für die Funktion des Systems sind flächenintegrierte Heiz- und Kühlsysteme wie Fußboden- oder Wandheizsysteme. Eine Betonkernaktivierung kann als zusätzlicher Speicher genutzt werden.

Die Kollektorfläche liefert aufgrund ihres Ganzjahresbetriebes den Großteil des notwendigen Energiebedarfs und bedient vorrangig den integrierten Pufferspeicher. Um aber die gesamte, vom Kollektor bereitgestellte Sonnenenergie möglichst vollständig zu speichern und zeitversetzt für die Beheizung zu nutzen, werden die Bodenplatte und das sich unter dem Gebäude befindliche Erdreich in der „warmen“ Jahreszeit als Speicher für Überschussenergie genutzt. Die für Beheizung und Brauchwasserbereitung notwendige Energie wird bei Bedarf über eine Wärmepumpe sichergestellt. Diese erhält ihren Vorlauf direkt vom Kollektor oder bedient sich der unter der Bodenplatte eingelagerten, solaren Überschussenergie.
Die Kollektorfläche befindet sich auf der nach Süden gerichteten Dachfläche des Gebäudes und kann die Dacheindeckung (bei Indach-Installation) teilweise ersetzen. „Um Kondenswasser bei niedrigen Rücklauf-Temperaturen im Wärmepumpen-Betrieb zu vermeiden, wurde bei der Kollektorentwicklung Wert auf eine optimierte Entlüftung gelegt“, erklärt der Hersteller.

Funktionsschema des EMS-Energiekonzepts.

Speicherung nach dem „Routerprinzip“
Um die notwendige Energie für Heizung und Brauchwasser permanent bereit zu stellen, wird ein Kombispeicher eingesetzt. Um Taktungen der Wärmepumpe zu reduzieren und einen optimalen Betrieb zu gewährleisten, wird Überschuss­energie nach dem von Immosolar patentierten „Routerprinzip“ im Pufferspeicher zwischengespeichert und zeitversetzt bedarfs- und energieoptimiert dem Gebäude zugeführt. Die Thermo-Aktiven Bauteilsys­teme (TABS) werden auf 22°C bis 25°C erwärmt, dadurch wird der Baukörper träge gegen Temperaturschwankungen von außen und bildet eine zusätzliche Heizfläche für die darunter liegenden Räume. Er bildet einen optimalen Speicher, da die Solarenergie ohne Verluste gespeichet wird. Die TABS eignen sich darüber hinaus auch für die passive Kühlung von Gebäuden.

Mit der Wärme der Sonne ganzjährig heizen – Erd- und Solplatten-Speicher sollen für die dafür notwendige Langzeitspeicherung sorgen.

Jahresarbeitszahl JAZ = 6
Der Erdspeicher umfasst Teile der Bodenplatte und den als Speichermasse genutzten Boden unter dem Gebäude. In diesen Speicher wird die Energie eingelagert die nicht vom Pufferspeicher aufgenommen werden kann. In der „warmen“ Jahreszeit kann der Erdspeicher auf bis zu 35°C erwärmt werden. Diese eingelagerte Energie wird vom System wieder entnommen und z.B. der Wärmepumpe zur Beheizung und Warmwasserbereitung als Quelltemperatur (Ener­giequelle) zur Verfügung gestellt.

Das IBA-Dock ist das schwimmendes Ausstellungs- und Bürogebäude der Internationalen Bauausstellung Hamburg. Das als Nullenergie-Haus konzipierte Projekt wurde mit dem EMS-Konzept des Herstellers Immosolar ausgerüstet.

Für die ganzjährige Beheizung und Warmwasserbereitung des Gebäudes reicht die vom Kollektor bereitgestellte Energie nicht aus. Dieser zusätzliche Energiebedarf wird durch eine Wärmepumpe sichergestellt. Aufgrund der solaren Einbindung liefert die Wärmepumpe eine um ca. 40% größere Wärmemenge als im konventionellen Betrieb. Dabei handele es sich um eine Wärmepumpe, die auch hohe Quelltemperaturen störungsfrei verarbeiten kann. Für die Kühlfunktion wird Kälteenergie, die beim Betrieb der WP erzeugt wird, im Kältespeicher zwischengelagert. Bei Anforderung über die Raumtemperaturregelung wird diese an das Fußboden- oder Wandheizungssystem abgegeben.

Bilder: Immosolar GmbH, Hamburg

www.immosolar.com

 


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