Prognostizierende Regelungen zur Effizienzsteigerung von Solaranlagen

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1 Ergebnisse zum Projekt Prognostizierende Regelungen zur Effizienzsteigerung von Solaranlagen von Institut fuer Waermetechnik TU Graz Inffeldgasse 25B, A-8010 Graz Tel.: Fax : ProgReg-Ergebnisse, Neunkirchen 1 Inhalt zur Potentialuntersuchung Zusatz ProgReg-Ergebnisse, Neunkirchen 2

2 - Synopsis Das Projekt erforscht die Machbarkeit und das Potential einer prognostizierenden Solar- und Heizungsregelung, die sich selbstständig durch die Vernetzung mit einem Wetterdienst mit prognostizierten Wetterdaten versorgt. Es wird untersucht, welchen Einfluss die Verwendung von prognostizierten Wetterdaten auf die Gesamteffizienz der Solar- und Heizungsanlage im Vergleich zu herkömmlich geregelten Anlagen hat. Die steigenden solaren Einträge in das Warmwasser- und Heizungssystem werden gemeinsam mit der dadurch bewirkten Laufzeitreduktion des Nachheizsystems dargestellt. ProgReg-Ergebnisse, Neunkirchen 3 zur Untersuchung des Potentials /Pot Bivalentes System (mehrere Wärmequellen) Solares Volumen (Vsolar) und Bereitschaftsvolumen (Vaux) Whg FW Whg ProgReg-Ergebnisse, Neunkirchen 4

3 Solar-optimale Gesamtanlage /Pot Abstimmung der Anlage auf optimale Betriebsbedingungen für den Kollektor 1 Brauchwasseheizung Raum- Prozeßwärme 0,9 Kollektorkennlinie: 0,8 Quelle: Skript SEN IWT (2012) Wirkungsgrad 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Schwimmbadheizung Schwimmbadabsorber Nichtselektiver Absorber Flachk. Selektiver Absorber Flachk. Evakuierter Kollektor Heat Pipe 0 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 0,2 0,22 0,24 (TAbs - Ta)/Ig Beeinflussbar durch die mechanische Installation Hohes Solarvolumen geringes Bereitschaftsvolumen Beinflussbar überwiegend durch richtige Einstellung sämtlicher Regler Speichertemperatur so niedrig wie möglich Niedrige Temperaturen im unteren Solarvolumen Niedrige Rücklauftemperaturen ProgReg-Ergebnisse, Neunkirchen 5 /Pot Untersuchung des Potentials einer präd. Regelung ProgReg-Ergebnisse, Neunkirchen 6

4 Untersuchung des Potentials einer präd. Regelung /Pot Variation des Bereitschaftsvolumens (Vaux) oberes Volumen im Speicher Einsparung von Zusatzenergie (Fernwärme) ProgReg-Ergebnisse, Neunkirchen 7 Untersuchung des Potentials einer präd. Regelung /Pot Variation des Bereitschaftsvolumens (Vaux) oberes Volumen im Speicher Erhöhung des Solarertrages ProgReg-Ergebnisse, Neunkirchen 8

5 Untersuchung des Potentials einer präd. Regelung /Pot Variation des Bereitschaftsvolumens (Vaux) oberes Volumen im Speicher Verringerung der Speicherverluste ProgReg-Ergebnisse, Neunkirchen 9 : Allgemeine Bewertung der Anlage über den spezifischen Solarertrag Wo liegt das Problem? ProgReg-Ergebnisse, Neunkirchen 10

6 die wichtigsten Daten Hohes Solarvolumen (geringes Bereitschaftsvolumen) Speichertemperatur so niedrig wie möglich Niedrige Temperaturen im unteren Solarvolumen Niedrige Rücklauftemperaturen Interessant: Vorlauf-/Rücklauftemperaturen aus/in den Speicher Massenfluss von den Wohnungsstationen Zapfleistungen (Stw. Begrenzte Einspeiseleistung) Fehler: Geschätzter Messfehler +/- 10 % ProgReg-Ergebnisse, Neunkirchen 11 VL und RL Temperaturen aus/in Speicher von den Wohnungsstationen Histogramme aus ca Messwerten Messwert alle 5 min 12 Messwerte pro Stunde Vorlauf Rücklauf ProgReg-Ergebnisse, Neunkirchen 12

7 Massenfluss in den Speicher von den Wohnungsstationen und die jeweilige RL-Temperatur Kaum Massenfluss bei niedrigen RL Temperaturen T < 45 C ProgReg-Ergebnisse, Neunkirchen 13 Maximale Zapfleistung Häufigkeit ProgReg-Ergebnisse, Neunkirchen 14

8 Maximale Zapfleistung in Stunden ProgReg-Ergebnisse, Neunkirchen 15 Zapfleistungsbereitstellung durch den Speicher Zapfleistung kaum über 56 ±8 kw Berechnung der Verfügbarkeit der maximalen Leistung ProgReg-Ergebnisse, Neunkirchen 16

9 Fernwärmeeinspeisung Pumpe für FW-Einspeisung fast dauerhaft Ein. zeitweiliges Entladen des Speichers. ( ~2% (2109 kwh) der Energie gehen verloren ) Stunden relativ zum Derzeit Abschaltung nur wenn die Rücklauftemperaturbegrenzung bei 70 C anspricht. Stunden relativ zum ProgReg-Ergebnisse, Neunkirchen 17 Stunden relativ zum Zusammenfassung der Messergebnisse 1. Eine Analyse des Leistungsbedarfs führt einem die Zirkulationsverluste vor Augen und zeigt, dass die maximal benötigte Nutzleistung kaum 50 kw übersteigt 2. Der Solarertrag der untersuchten Anlage beträgt ungefähr nur 2/3 des optimalen Wertes. 3. Abschaltung der FW-Einspeisung ausschließlich dann wenn die Rücklauftemperaturbegrenzung bei 70 C anspricht zeitweiliges Entladen des Speichers, 2% (2109 kwh) Energieverlust. 4. Der spezifische Heizenergiebedarf ergibt sich mit bei einer Wohnnutzfläche von ca m² zu kwh/m²a, was ca. 50% über dem Bedarf laut Energieausweis liegt. 5. Der spezifische WW Nutzwärmebedarf von 2168 kwh pro Wohneinheit (der Wert aus der Hochrechnung ist 1950 kwh), verglichen mit dem durchschnittlichen Verbrauch pro Wohnung (1460 kwh/a, vgl. Mack (1998)) ist relativ hoch. 6. Regelung des Solarkreises ist nicht optimal ProgReg-Ergebnisse, Neunkirchen 18

10 - Variation der Anschlüsse am Speicher Grenzen der : Fehler +/- 12 % ist ProgReg-Ergebnisse, Neunkirchen 19 - Variation von Reglerparametern ProgReg-Ergebnisse, Neunkirchen 20

11 - Ist Zustand vs. Optimierter Zustand für die validierte Systemsimulation ProgReg-Ergebnisse, Neunkirchen 21 Fazit Suboptimales Anlagendesign (Anschlusshöhen) Unpassende Regler-Einstellungen Hohe Rücklauftemperaturen Relativ hoher Heizenergiebedarf Relativ hoher Warmwasserenergiebedarf Relativ kleine Solaranlage ProgReg-Ergebnisse, Neunkirchen 22

12 Sollsystem- Ingerlgasse, Optimierung Zusatz Änderung des Anschlusses FW Rücklauf Änderung der Reglereinstellungen für FW-Einspeisung C A = 35 m² m C T pc,out T ph,out T C T ph,in pipe model T hx T pc,in Q hx VL Sol high V1 T aux,in T aux1 T aux2 VL Sol low T S,high T solar,in T S,low T solar,out V S = 4 m³ z rel= 0.87 V aux V solar Reduktion der Rücklauftemperaturen (Einstellung Pumpenvordruck, bzw. Wohnungsübergabestationen) Änderung der Anschlüsse für die solare Einspeisung am Speicher Getrennte Regelung der sekundären Pumpe im Solarkreis T S1 T SN-1 T SN z rel= 0.62 z rel= 0.35 z rel= 0.05 T SH,out RL FW T SH, in RL Whg T DHW,in T SH Heating and DHW T aux,out Q aux,max district heat ProgReg-Ergebnisse, Neunkirchen 23 Suboptimale Systeme und häufige Fehler Zusatz Zu geringes Solarvolumen Schlechte Abstimmung des Wärmeabgabesystemes auf die Solaranlage Unpassende Einstellung diverser Regler Diverse unnötige Verkalkungen durch suboptimales Anlagendesign. ProgReg-Ergebnisse, Neunkirchen 24

13 Auslegung Allgemein Zusatz Optimale Kollektorfläche pro Wohnung (Kosten/ Nutzen-Optimum); ACHTUNG doppelt logarithmische Darstellung. Empfehlung: Flachkollektor < 4*N 0.25, (Vakuumkollektor < 3*N 0.25 ) [<mack1998>] ProgReg-Ergebnisse, Neunkirchen 25