klima:aktiv solarwärme

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1 klima:aktiv solarwärme KONZEPT FÜR EINE SOLARANLAGE DES Balance Ressort Hotels in Stegersbach Studienersteller arsenal research, Geschäftsfeld Erneuerbare Energietechnologien DI Fritz Brandstetter In Kooperation mit AEE INTEC, Arbeitsgemeinschaft Erneuerbare Energie Institut für Nachhaltige Energietechnologien

2 INHALTSVERZEICHNIS 1 Gegenstand der Studie Ausgangssituation Empfehlungen für die Auswahl eines passenden Hydraulikschemas Auslegung der Kollektorfläche und des Solarspeichervolumens Berechnung der Einsparungen Minimierung der Systemkosten bei Großanlagen Qualitätssicherung Zusammenfassung und Empfehlung Weitere Informationen

3 1 Gegenstand der Studie Ziel dieses Konzeptes ist die Untersuchung unterschiedlich dimensionierter Solarsysteme hinsichtlich ihrer technischen und betriebswirtschaftlichen Eignung für die Unterstützung von Warmwasserbereitung und Beheizung des Balance Ressort Hotels in Stegersbach. Die Untersuchungen basieren auf den von Herrn Mag. Sauer und Hr. Lichtenecker bei der Besprechung am 27. Juni 2008 zur Verfügung gestellten Daten. Untersucht und verglichen werden: Brauchwasser- und Heizwärmebedarf des Balance Ressort Hotels Anlagenhydraulik Ermittlung der solaren Erträge sowie der erreichbaren solaren Deckungsgrade durch eine Computersimulation Kostenabschätzung sowie Informationen zu Förderungsmöglichkeiten Wirtschaftlichkeitsbetrachtung in Anlehnung an die VDI2067 Zusätzliche Informationen/Empfehlungen zu o Biomasse o Wohnungsstationen o Wärmerückgewinnung 2 Ausgangssituation Das bestehende Gebäude mit rund 140 Zimmern wird um einen Gebäudeteil mit weiteren 20 Zimmern erweitert. Zusätzlich ist geplant auf dem bestehenden Gebäude einige weitere Appartements zu errichten. Der bestehende Parkplatz wird erweitert die so entstehenden Flächen könnten ebenfalls zur Energiegewinnung genutzt werden. Die Energieversorgung erfolgt derzeit über 2 Gaskessel mit in Summe kw Leistung. Aufgrund der derzeit bereits hohen Auslastung der beiden Gaskessel ist bei der Erweiterung der Flächen ein zusätzlicher Wärmeversorger miteinzuplanen. Über die bestehende Wärmezentrale werden sämtliche Wärmeverbraucher wie die die Fußbodenheizung Klimaanlagen (Zimmer, Hallenbad, Whirlpool) Schwimmbad Innen und Außen Brauchwasser (Zimmer, Küche) Restaurants, Küche Seminarräume versorgt. Da es keine Aufschlüsselung des Gesamtenergieverbrauches auf die einzelnen Verbraucher gibt wird anhand der Verbrauchsdaten eine Abschätzung vorgenommen. Der Energiebedarf des Gebäudes betrug im Jahre 2007 in den Monaten Mai bis September im Durchschnittlich kwh oder pro Tag kwh für die Beheizung der Wellnesseinrichtungen sowie der Warmwasserbereitung. Basierend auf diesen Daten wurden die in den nachfolgenden Seiten beschriebenen Simulationen durchgeführt. 3

4 Zirkulation 3 Empfehlungen für die Auswahl eines passenden Hydraulikschemas In Tourismusbetrieben mit hohen Warmwasserverbräuchen empfiehlt es sich, Zweispeichersysteme (ein Energiespeicher und ein bzw. mehrere trinkwasserführende Bereitschaftsspeicher) einzusetzen. Zweispeichersysteme bestehen aus einem einfachen, unbeschichteten Stahlspeicher als Energiespeicher und einem bzw. mehreren kleinen Bereitschaftsspeicher zur Abdeckung der Spitzenlast. Dieser wird in Abhängigkeit des Bedarfes an Brauchwasser über einen externen Wärmetauscher nach dem Ladespeicherprinzip geladen. Die bestehenden Vorwärme- und Brauchwasserspeicher können für die Solaranlage weiterverwendet werden. Raumheizung Kollektorfeld Energiespeicher T3 Bereitschaftsspeicher Warmwasser T2 Kaltwasser Kessel Solarsysteme die hydraulisch auch in die Raumwärmeversorgung eingebunden werden haben bei gleicher Dimensionierung um bis zu 10% höhere Erträge verglichen mit reinen Warmwasserbereitungsanlagen. Der Grund dafür liegt in der besseren Ausnutzung der solaren Erträge in den einstrahlungsreichen Monaten im Frühjahr und Herbst. Die zusätzlich dazu auftretenden Kosten sind vergleichsweise gering es wird daher empfohlen diese bei der Planung zu berücksichtigen. Ebenfalls zu berücksichtigen ist der Umstand, dass Warmwasserverteilnetze (Zirkulation) auf relativ hohem Temperaturniveau betrieben werden. Wird der Rücklauf der Zirkulationsleitung in den Bereitschaftsspeicher eingebunden, kommt es zu einer permanenten Durchmischung des Speicherinhaltes Kaltwasserzulauf und Zirkulation. Diese Durchmischung stellt für die Solaranlage einen ungünstigen Verbraucher dar. Besser ist es die Zirkulationsverluste über einen weiteren externen Wärmetauscher auszugleichen. 4

5 Warmwasser Kollektorfeld T3 T2 Energiespeicher Bereitschaftsspeicher Zirkulation Raumheizung KW Kessel Noch besser wäre eine Variante die Anwendung im Bereich des Geschosswohnbaus findet. In diesem Fall erfolgt die Wärmeverteilung im Gebäude nur mehr über zwei Leitungen. Bei entsprechender Einregulierung gibt es somit nur mehr eine warme Leitung, damit reduzieren sich die Wärmeverteilverluste im Gebäude vgl. Bestand Vor- und Rücklauf der Fußbodenheizung, der Fan Coils, Zirkulation und Warmwasser. Ein weiterer Vorteil dieses hydraulischen Konzeptes ist die hygienische Warmwasserbereitung. Dafür genügen in den Sommermonaten Vorlauftemperaturen um die C, zusätzlich müssen die Trinkwasserspeicher nicht mehr permanent auf über 60 C gehalten werden (diese könnten mit Ausnahme des Speichers der die Küche versorgt stillgelegt bzw. entsorgt werden. Kollektorfeld Energiespeicher T3 Warmwasser T2 Kaltwasser Warmwasser Kaltwasser Kessel Warmwasser Kaltwasser 5

6 4 Auslegung der Kollektorfläche und des Solarspeichervolumens Allgemeines Die Dimensionierung der Kollektorfläche thermischer Solaranlagen orientiert sich bei Tourismusbetrieben meist am Brauchwasserverbrauch, da durch dessen Kontinuität über das gesamte Jahr eine Abnahme der solaren Wärme garantiert ist. Solaranlagen sind umso wirtschaftlicher, je höher die Kollektoren ausgelastet sind. Bei Vorhandensein von zusätzlichen Wärmeverbrauchern wie Schwimmbecken sollte die Anlagenhydraulik trotzdem so gestaltet werden, dass eine Einbindung der Solarenergie in die Heizwärmeversorgung ermöglicht wird. So können durch geringere Belegung bedingte ungenützte Überschüsse der Solaranlage zur Temperierung des Schwimmbeckens sowie zur Beheizung der Wellnesseinrichtungen verwendet werden. In der Übergangszeit können die Solarerträge direkt die Heizung unterstützen, wodurch eine maximale Ausnutzung der Solaranlage erreicht wird. Zusammengefasst ergeben sich folgende Prämissen für die Dimensionierung der Kollektorfläche: Erzielen von hohen Kollektorlaufzeiten (geringe Stillstandszeiten im Sommer das Maximum der eingestrahlter Solarenergie wird genutzt) Basis für die Dimensionierung ist damit der durchschnittliche Verbrauch an Warmwasser in der Periode Mai bis September Auslegung der Solaranlage mit Dimensionierungsnomogrammen Für die Dimensionierung von Solarsystemen stehen in der Praxis vielfach bewährte Nomogramme zur Verfügung. Die darin ausgewiesene so genannte Auslastung (in Liter Warmwasser mit 60 C pro Quadratmeter Kollektorfläche und Tag) bildet die Basis für die Berechnung der Kollektorfläche der Solaranlage. Wie im Nomogramm ersichtlich wird bei einer Auslastung von etwa 10 l/d mit 60 C und m 2 Kollektorfläche eine nahezu 100% ige Sommerdeckung erreicht. Der empfohlene Auslegungsbereich zur Erreichung eines Kosten-Nutzen-Optimums liegt im gelb ausgewiesenen Bereich. Erfahrungswerte für das optimale Solarspeichervolumen liegen für die in weiterer Folge erwähnten solaren Deckungsgrade von 50 bis 75% bei ungefähr 50 bis 75 Liter pro m² Kollektorfläche. 6

7 Im Fall des Balance Ressort Hotels in Stegersbach kann von einer durchschnittlichen, täglichen Warmwassermenge von rund 100 Kubikmetern mit 60 C ausgegangen werden. Bei Warmwassermengen dieser Größenordnung ist in vielen Fällen die verfügbare Fläche der limitierende Faktor. Sollte sich diese Fläche auf dem bestehenden Gebäude und dem geplanten Zubau nicht unterbringen lassen könnte der geplante Um/Zubau der Parkplätze als weitere Fläche herangezogen werden. In diesem speziellen Fall wurde nicht mit dem Nomogramm gearbeitet da zusätzlich zu dem Warmwasserbedarf in den Zimmern und Wellnesseinrichtungen auch noch die Schwimmbäder mit sehr hohen Verbräuchen zu berücksichtigen sind. Würde mit dem Nomogramm gearbeitet werden würden sich riesige Kollektorflächen ergeben die aufgrund des Platzangebotes nicht zu realisieren wären. Aus diesem Grund wurde eine, bezogen auf den Verbrauch, klein dimensionierte Anlage genauer untersucht Solaranlage mit rund Quadratmeter zur Schwimmbaderwärmung, Warmwasserbereitung und zur Unterstützung der Heizung Aufstellung der Kollektoren möglichst in Richtung Süden, Aufstellwinkel um 30 Der für diese Größenordnung notwendige Solarspeicher sollte ein Volumen von etwa 50 Kubikmeter haben. Für den Speicher sollte gleich in der Planungsphase im Neubau der entsprechende Platz vorgesehen werden. Zusätzlich sollte bereits in der Planungsphase die Überarbeitung der bestehenden Hydraulik/Wärmeverteilung angedacht werden. Die Wärmeverteilung an unterschiedliche Verbraucher (z.b. Schwimmbad mit 34 C Temperaturbedarf, Warmwasserbereitung mit über 60 C,..) über einen zentrale Verteilstation erscheint verbesserungswürdig. Die Zieltemperatur die von den Gaskesseln bereitgestellt werden muss wird von dem Verbraucher mit dem höchsten Temperaturniveau vorgegeben. Damit wird aber den Gasbrennwertkessel die Chance genommen im Brennwertbereich zu arbeiten. Mit einer temperaturorientierten Einbindung in den neu zu errichtenden Pufferspeicher könnten auch mit dieser Maßnahme wesentliche Einsparungen erzielt werden. 7

8 Interpretation der Ergebnisse: Durch die moderate Auslegung wird die Solaranlage sehr gut ausgenutzt. Ersichtlich ist dies am ausgezeichneten Systemnutzungsgrad der Solaranlage von 40 Prozent. Bedingt durch die hohe Auslastung ergeben sich auch hohe Anlagenerträge von über 500 kwh/m². Dieser hohe Ertrag entspricht in unseren Breiten einem sehr guten Wert. und schlagen sich in einer günstigen Wirtschaftlichkeit der Solaranlage nieder, selbst bezogen auf den relativ geringen Gaspreis. Vom gesamten Wärmebedarf (Warmwasser und Heizung) können durch die Solaranlage etwa 15 % gedeckt 1. Damit werden pro Jahr rund Kubikmeter Gas eingespart. Reduktion der CO2 Emissionen: 120 Tonnen jährlich Die vom Solarsystem erbrachten Erträge sowie die solaren Deckungsgrade sind das Ergebnis der mit dem Simulationsprogramm T*SOL durchgeführten Berechnungen. Die Ergebnisse dieser Untersuchung sollen zur Entscheidungsfindung beitragen, können aber eine gesamtheitliche Detailplanung der solarunterstützten Wärmeversorgungsanlage nicht ersetzen. 1 Das verwendete Simulationstool T*SOL lässt nur gewisse Freiheiten in der Auswahl der Hydraulik, Verbrauscherprofil,.. zu. Aus Erfahrung sind die Erträge aus der Solaranlage durchaus realistisch. 8

9 5 Berechnung der Einsparungen Für die Abschätzung der betriebswirtschaftlichen Sinnhaftigkeit der Solaranlage wurde eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung in Anlehnung an die VDI 2067 durchgeführt. Rahmenbedingungen: Lebensdauer der Solaranlage 25 Jahre Aktueller Gastarif des Hotels 0,043 /kwh Förderung durch Kommunalkredit Public Consulting 30% plus weitere 5 % bei Durchführung einer weiteren Energiesparenden Maßnahme oder z.b. dem Einsatz von Biomasse Förderinformationen unter Pensionen/Foerderungen/ Energiepreissteigerungen: Dieser Faktor hat natürlich wesentlichen Einfluss auf die Amortisationszeit der Anlage. Ausgehend von den zur Verfügung gestellten Unterlagen ist alleine der Gaspreis von 2007 auf 2008 um rund 16% gestiegen (von 0,037 auf 0,043 pro kwh). In dieser Berechnung wurde ein Energiepreisanstieg von jährlich 5% angenommen. Eckdaten der Wirtschaftlichkeitsberechnung: Systempreis (Planung, Komponenten, Installation) bei günstigen Rahmenbedingungen etwa 500 pro Quadratmeter Kollektorfläche (siehe Diagramm bei Anlagen dieser Größenordnung können bei entsprechender Planung auch niedrigere Systemkosten erreicht werden). 9

10 Die Investitionskosten mit Berücksichtigung der Förderungen für die Solaranlage betragen etwa Bei einem Jahresertrag der Solaranlage von 500 MWh ergibt sich damit bezogen auf den ersetzten Wärmeträger Gas eine jährliche Ersparnis von derzeit Die Solaranlage hat sich durch diese Einsparung in etwa 15 Jahren refinanziert und liefert ab diesem Zeitpunkt für den Rest der etwa 25-jährigen Lebensdauer die Wärme quasi zum Nulltarif. (Vergleich: - Kostengünstigere Anlage mit 450 Kosten je Quadratmeter Kollektorfläche und 7,5% Energiepreissteigerung Amortisationszeit 11 Jahre). 6 Minimierung der Systemkosten bei Großanlagen Die wichtigsten Kriterien für die Minimierung der Systemkosten bei Großanlagen sind im Folgenden zusammengefasst: Durch eine frühzeitige Einbeziehung der Solarplanung in die Gesamtplanung des Neubaus oder der Sanierungsmaßnahmen lassen sich günstige Montagesituationen und kurze Leitungswege sicherstellen. Ausdrückliche Einbeziehung aller Solarmaßnahmen in den Bauzeitplan, um eine optimale Abstimmung der Gewerke zu erreichen und Doppelarbeiten sicher zu vermeiden. Dies ist besonders wichtig bei allen Maßnahmen zur Gebäudeintegration. Vielfach wird der Kostenvorteil, den z.b. Vormontage bieten kann, durch unnötige Wartezeiten auf der Baustelle wieder zunichte gemacht. Vormontagemöglichkeiten nutzen! Dies gilt insbesondere bei aufgeständerten Kollektoren. Vormontierte Einheiten benötigen einen Kran, der an der Baustelle meist ohnehin vorhanden ist. Oft genug wird aber die Nutzung des Krans nicht 10

11 abgesprochen und er wird vor Anlieferung der Kollektorelemente abgezogen oder abgebaut. Möglichkeiten zur großflächigen Kollektormontage nutzen, vorzugsweise als Gebäudeintegration. Mit den entsprechenden Gutschriften eingerechnet, lassen sich Kostenreduktionen von bis zu 100 /m² erreichen. Bei großflächiger Fassaden- oder Dachintegration vielfach sogar darüber. Einfache, standardisierte Systemschaltungen verwenden mit den vom Hersteller vorgegebenen Komponenten. 7 Qualitätssicherung Bedingt durch die teilweise noch geringe Erfahrung von Professionisten sind bei der Vergabe der Planung und Ausführung von Solaranlagen einige Maßnahmen zur Sicherung der Qualität anzuraten. Die Qualitätssicherung setzt am Besten bereits bei der Ausschreibung ein. Bestandteil der Ausschreibung können etwa Anforderungen für die zu verwendeten Komponenten, die Inbetriebnahme, Betriebsführung und Wartung sein. Für Solarsysteme existieren einschlägige Normen, auf die Bezug genommen werden kann. Musterausschreibungen mit einer Zusammenstellung der wichtigsten Anforderungen können vom solarwärme Team bereitgestellt werden. Es ist anzuraten, zur Vergleichsmöglichkeit Angebote von verschiedenen Firmen einzuholen. Auf jeden Fall soll das Angebot auch eine Ertragssimulation der Solaranlage auf Basis der zugrunde liegenden Dimensionierung beinhalten. Grundsätzlich sollte auf erfahrene Firmen und Professionisten, die bereits eine Reihe von Referenzanlagen vorweisen können zurückgegriffen werden. Für geprüfte Kompetenz im Solarbereich wurde in Österreich die Marke Zertifizierter Solarwärmeinstallateur bzw. planer eingeführt. Eine Liste der zertifizierten Installateure und Planer und deren Firmen kann auf der Seite bezogen werden. Ertragsgarantien Der Hauptfaktor für die Wirtschaftlichkeit von Solaranlagen ist die Refinanzierung der Anfangsinvestition über die eingesparten Betriebskosten. Je höher die Wärmeerträge der Solaranlage ausfallen, desto mehr Zusatzenergie kann eingespart werden und desto schneller amortisiert sich die Anlage. Der Solarertrag bezogen auf die Kollektorfläche ist somit die wichtigste Kennzahl zur Beurteilung von Solaranlagen. Zur Absicherung besteht die Möglichkeit, vom anbietenden Unternehmen eine vertragliche Garantie eines definierten Solarertrags einzufordern. Der Garantiewert muss dabei auf einer hochwertigen Simulation unter realen Betriebsbedingungen basieren. Erbringt die Solaranlage die vertraglich zugesagten Erträge nicht, wird der Minderertrag auf die Lebensdauer der Solaranlage hochgerechnet und vom Haftrücklass abgezogen. Vorlagen für die Vertragsgestaltung können vom solarwärme Team bereitgestellt werden. Contracting Unter Contracting wird die Drittfinanzierung der Solaranlage durch ein Energiedienstleistungsunternehmen bezeichnet. Der Contractor übernimmt dabei neben der Finanzierung auch die Planung, Errichtung und Betriebsführung der Solaranlage. Der 11

12 Abnehmer bezieht lediglich die Energiedienstleistung solare Wärme zu einem vertraglich definierten Tarif. Grundsätzlich bietet sich der Tourismusbereich aufgrund großer Kollektorflächen und günstiger Voraussetzungen für einen wirtschaftlichen Betrieb von Solaranlagen für Contracting geradezu an. Die Anbieter von solarem Contracting sind in Österreich noch relativ dünn gesät und hauptsächlich Energieversorgungsunternehmen, welche die Solaranlage im Verbund mit (einer Sanierung) der gesamten Wärmeerzeugungsanlage anbieten. Es gibt jedoch auch innovative Solarfirmen, die Contractingmodelle anbieten. Auskünfte zu möglichen Anbietern erhalten sie vom solarwärme Team. 8 Zusammenfassung und Empfehlung Aufgrund der Ergebnisse dieser Untersuchung ist sowohl aus betriebswirtschaftlicher als auch aus technischer Sicht die Errichtung einer Solaranlage zur Warmwasserbereitung, und zur Beheizung der Schwimmbäder zu empfehlen. Aufgrund der energetischen Vorteile ist im Zuge der Planung der Solaranlage auf jeden Fall die Einbindung der Heizung zu prüfen. Österreich hat sich im Kyoto-Protokoll verpflichtet, die Emissionen der Treibhausgase CO 2, CH 4, N 2 O, HFKW, PFKW, und SF 6 von 75 Mio t CO 2 Äquivalent im Basisjahr 1990 um 13 % auf 66 Mio t bis zur Zielperiode zu vermindern. Der weitaus größte Anteil der Emissionen mit 62 Mio t im Jahr 1190 entfällt auf das Treibhausgas CO 2, das unter anderem bei der Verbrennung fossiler Energieträger entsteht. Die Forcierung erneuerbarer und CO 2 - neutraler Energieträger ist daher ein wesentliches Anliegen der österreichischen Klimapolitik. Durch die von der KPC Kommunalkredit Public Consulting sowie des Landes NÖ gewährten Förderungen wird erreicht, dass solar unterstützte Wärmeversorgungseinrichtungen wirtschaftlich mit herkömmlichen Versorgungskonzepten konkurrieren können. 9 Weitere Informationen 9.1. Wohnungsstationen 2 Anbei eine allgemeine Beschreibung des Aufbaus und der Wirkungsweise von Wohnungsstationen In den ursprünglich aus Skandinavien stammenden Wohnungsstationen sind praktisch alle funktionswichtigen Komponenten für den effizienten und problemlosen Betrieb der Wohnungswärmeversorgung zusammengefasst. Die großen Vorteile hierbei sind die industrielle Fertigung unter höchsten Qualitätskriterien, die platzsparende Ausführung sowie der Einsatz von Komponenten ohne Fremdenergiebedarf. Wurden Wohnungsstationen ursprünglich im Bereich der Fernwärmetechnik eingesetzt, so gibt es in Österreich mittlerweile vier bis fünf Anbieter, die speziell für den Geschosswohnbau entwickelte Produkte offerieren (siehe beispielhaft zwei Anbieter. 2 Quelle: Skriptum zur Solarwärmeausbildung 12

13 Abbildung : Wohnungsstation der Firma Redan Abbildung: Wohnungsstation der Firma Logotherm Abbildung: Wohnungsstation in Unterputzausführung, Produkt Redan Neben der technischen Weiterentwicklung in den letzten Jahren hat sich durch die stark steigende Stückzahl ein Wettbewerb zwischen den Anbietern entwickelt, der auch eine deutliche Reduktion der Investitionskosten für Wohnungsstationen mit sich brachte. Aktuell liegen die Kosten für eine Wohnungsstation mit Standardausrüstung knapp über den Kosten für konventionelle Nachtstromspeicher. Auch die Bauart hat sich durch die große Nachfrage an die Erfordernisse des Geschosswohnbaus angepasst. Mittlerweile verfügbare geringe Bautiefen ermöglichen eine Montage der Stationen sowohl in Badezimmern (siehe Abb. 9.8) als auch in Abstellräumen. In der Praxis Abbildung: Wohnungsstation in Aufputzausführung Produkt Redan durchgesetzt hat sich als Montageplatz aber der Bereich über den Spülkästen der Toiletten. Entscheidend ist hierbei die möglichst kurze Entfernung von der Wohnungsstation zur Zapfstelle bzw. zu den Versorgungsschächten. Ein Unternehmen bietet bereits die Möglichkeit der Unterputzmontage (Tiefe von 100 bis 150 mm, je nach Geometrie) von Wohnungsstationen an. 13

14 In richtig bestückten Wohnungsstationen sind alle Komponenten enthalten, die für die dezentrale Erwärmung des Brauchwassers, für den hydraulischen Abgleich der Raumwärmeversorgung sowie für dauerhaften Betrieb und Wartung benötigt werden. Die zweidimensionale funktionsrichtige Anordnung der Komponenten zeigt das Blockschaltbild. Warmwasser Kaltwasser 45 C 10 C Netz RL C Netz VL 65 C C Heizung RL 65 C Heizung VL 1 Absperrventil 2 Rückschlagklappe 3 Sicherheitsventil 4 Durchflussgesteuerter Temperaturregler 5 Rücklauftemperaturbegrenzer 6 Differenzdruckregler 7 Zählerpassstück 8 Zonenventil 9 Passstück Kaltwasser 10 Zirkulationsbrücke Abbildung: Blockschaltbild zur funktionsrichtigen Anordnung der Komponenten in Wohnungsstationen und Zuordnung typischer Betriebstemperaturen Erwärmung des Brauchwarmwassers Die Erwärmung des Brauchwassers erfolgt über einen Plattenwärmetauscher im Durchflussprinzip. Aufgrund der unmittelbaren Erwärmung des Brauchwassers bei Bedarf, ist eine unbedenkliche Wasserhygiene gegeben. Wenn auch die Leitungslängen zu den Zapfstellen möglichst kurz gehalten werden, kann ein Wachstum von Legionellen praktisch ausgeschlossen werden. Verkalkung des Plattenwärmetauschers wird durch die Begrenzung der Brauchwarmwassertemperatur vermieden. Dies erfolgt durch einen so genannten Proportionalregler, der den Netzvolumenstrom linear an die momentane Zapfmenge anpasst und somit auch die Temperaturregelung des Brauchwassers übernimmt. Der Sollwert der Brauchwassertemperatur kann meist mit einem Proportionalregler eingestellt werden. Eine weitere wichtige Komponente im Zusammenhang mit der Erwärmung des Brauchwassers ist die so genannte Zirkulationsbrücke, die in keiner Wohnungsstation fehlen sollte. Diese dient einerseits der Komfortsteigerung und andererseits der Begrenzung der Rücklauftemperatur. Ohne Zirkulationsbrücke würde im Sommerbetrieb bei zapffreien Zeiten die Netzvorlaufleitung langsam auskühlen, was bei einer nachfolgenden Zapfung längere Wartezeiten bis zur Erreichung der Solltemperatur mit sich brächte. Die Zirkulationsbrücke ermöglicht einen minimalen Durchfluss (Wärmetauscherbypass), der die Netzvorlaufleitung auf Temperatur hält und somit den Komfort sichert. Damit die Rücklauftemperatur nicht ansteigt, muss in diese Bypassleitung ein Rücklauftemperaturbegrenzer eingebaut werden. Besitzt der Begrenzer eine variable Sollwerteinstellung, so ist darauf zu achten, dass dieser richtig eingestellt (35 bis 40 C sind üblich) und zusätzlich plombiert werden sollte. Die wesentlichen Komponenten für die Erwärmung des Brauchwassers sind beispielhaft in dargestellt. 14

15 Hydraulik der Raumwärmeversorgung Für den hydraulischen Abgleich in den Wohnungen sind Differenzdruckventile unerlässlich. In Wohnungsstationen sind diese Regelarmaturen im Kreislauf für die Raumwärmeversorgung Standard. Um unsachgemäßes justieren zu verhindern, werden fix voreingestellte Differenzdruckregler empfohlen. Ein üblicher Wert liegt hier etwa bei 0,1 bar Differenzdruck. Neben dem Einbau eines Differenzdruckreglers hat sich im Kreislauf der Raumwärmeversorgung der Einsatz eines Rücklauftemperaturbegrenzers (wird in den Rücklauf eingebaut) bewährt. Obwohl dieser bei Verwendung eines Differenzdruckreglers und korrekt eingestellter k vs -Einsätze an allen Radiatorarmaturen nicht erforderlich wäre, hat sich diese Sicherheitsarmatur (auch aufgrund der geringen Kosten) als Standard durchgesetzt. Abbildung: Komponenten der Brauchwassererwärmung Plattenwärmetauscher, einstellbarer Proportionalregler sowie Zirkulationsbrücke mit Rücklauftemperaturbegrenzer (Beispielhaft für das Produkt der Firma Redan) Abbildung: Differenzdruckregler (rechts) und Rücklauftemperaturbegrenzer (links) im Raumwärmeversorgungskreis von Wohnungsstationen (Beispielhaft für das Produkt der Firma Redan) Vervollständigt wird der hydraulische Abgleich der Raumwärmeversorgung in den Wohnungen durch Radiatoren mit voreingestellten kvs-einsätzen. Die Radiatoren werden in Zwei-Leiter-Netzen üblicherweise auf Temperaturen von 65/40 ausgelegt. Die Raumtemperatur bestimmt der Bewohner durch die Einstellungen am Thermostatventil. Bei Bedarf kann in die Hydraulik der Wohnungsstation auch ein Zonenventil eingebaut werden, das in Verbindung mit einem Raumfühler und einem Zeitregler die Durchführung einer Nachtabsenkung ermöglicht. Die Erfahrung zeigte jedoch, dass dies in der Praxis praktisch überhaupt nicht angenommen und üblicherweise mit der Raumtemperaturregelung über Thermostatventile ein komfortables Auslangen gefunden wird. 15

16 Wärmemengen- und Wasserzähler In Zwei-Leiter-Netzen erfolgt die Wärmemengenmessung mittels elektronischer Wärmemengenzähler. Wärmemengenzähler müssen verpflichtend alle fünf Jahre geeicht werden und besitzen somit im Vergleich zu Zählern nach dem Verdunsterprinzip den Vorteil der breiten Akzeptanz (auch der Bewohner). Die Ablesung der Wärmemengenzähler kann direkt am Zähler oder bei der Verwendung eines M-Bus-Protokolls an einer zentralen Stelle im Gebäude erfolgen (erspart den Wohnungszutritt). Zusätzlich zum Wärmemengenzähler kann zur Messung des Bedarfs an Brauchwasser ein Kaltwasserzähler installiert werden, der bei entsprechender Produktwahl auch eine Zählerstandsauslesung über M-Bus ermöglicht. Abbildung: Anordnung eines elektronischen Wärmemengenzählers sowie eines Kaltwasserzählers (Beispielhaft für das Produkt der Firma Redan). Das Wärmeverteilnetz Zwei-Leiter-Netze mit Wohnungsstationen haben die Besonderheit, dass der Netzvolumenstrom entsprechend des Verbrauchsprofils für Brauchwasser und Raumwärmeversorgung sehr stark schwankt. Tritt der maximale Volumenstrom im Wärmeverteilnetz im Winter auf (Erwärmung von Brauchwasser und Raumwärmeversorgung), so liegt das Minimum in den Sommermonaten (nur Erwärmung von Brauchwasser). Da die Unterschiede hierbei erheblich sein können, empfiehlt es sich, aus Stromspargründen eine drehzahlgeregelte Hauptlastpumpe (Kernheizzeit) und eine drehzahlgeregelte Schwachlastpumpe (Sommer) vorzusehen. Die Umschaltung der Pumpen in der Übergangszeit kann je nach technischer Ausstattung entweder über ein Fernwartungssystem oder direkt vor Ort durch den Heizungsbetreiber erfolgen. Abbildung: Einregeln der Steigstränge über Differenzdruckregler. Detail: Wartungsfreundliche Entlüftungsmöglichkeit von Steigsträngen im Kellergeschoss (18) Abbildung 0.1: Die Zentrale Anordnung der Absperrarmaturen aller Zu- und Ableitungen ermöglicht rasches Handeln im Not- und Wartungsfall. (Beispielhaft für das Produkt der Firma Redan). (18) 16

17 Zum optimierten Wärmeverteilnetz für Geschosswohnbauten gehört auch, dass die Steigstränge hydraulisch entsprechend einreguliert werden. Wie bereits erwähnt, schwankt der Volumenstrom auch in den einzelnen Steigsträngen sehr stark, weshalb der Einbau von einfachen Strangregulierventilen nicht ausreicht, sondern Differenzdruckregler verwendet werden sollten. Das Netz wird generell das gesamte Jahr mit einer konstanten Vorlauftemperatur beaufschlagt. In der Praxis haben sich hier Solltemperaturen zwischen 60- und 65 C bewährt. Hierfür werden übliche Beimischeinrichtungen verwendet, die zusätzlich zum stark schwankenden Volumenstrom auch noch mit unterschiedlichen Temperaturen aus dem Energiespeicher beaufschlagt werden. Das Problem kann reduziert werden, wenn die Beladungstemperaturen des Energiespeichers durch den konventionellen Wärmeerzeuger nahe an der Sollvorlauftemperatur des Verteilnetzes liegen, was bei der Einbindung des konventionellen Wärmeerzeugers in Planung und Umsetzung auch unbedingt zu berücksichtigen ist. Kann dies realisiert werden, ist der Anspruch an die Mischeinrichtung das ganze Jahr über sehr gering, da die Puffertemperatur etwa der nötigen Netzvorlauftemperatur entspricht. Nur in den Sommermonaten, wenn die täglichen Solarerträge höher sind als der tägliche Verbrauch, können Energiespeichertemperaturen bis zu 95 C auftreten. Für diesen Betriebsfall (Schwankungsbreiten von ±5 C in der Vorlauftemperatur sind akzeptabel) können elektronische Beimischeinrichtungen mit entsprechenden Regelstrategien (Meisl, 2003) oder auch thermische Fixwertregler ohne Fremdenergiebedarf verwendet werden. Abbildung rechts zeigt eine thermische Beimischeinrichtung ohne Fremdenergie im eingebauten Zustand für eine Wohnanlage mit 42 Wohnungen. Abbildung: Parallele Anordnung der Pumpen für die Winterlast (Links) und der Sommerlast (Rechts) inkl. Beimischeinrichtung (siehe Markierung). Nach Rücksprache mit einer Herstellerfirma können sämtliche Energieverbraucher in einem Hotelzimmer wie o Warmwasserbereitung o Fußbodenheizung o Fan Coils Über eine einzige Wohnungsstationen angespeist werden. Zusätzlich besteht auch die Möglichkeit durch den nachträglichen Einbau eines Fensterschalters auf Funkbasis die Heizung bei geöffnetem Fenster abzuschalten. 17

18 9.2. Biomasse Für die Erweiterung des bestehenden Hotels um einen Zubau ist auch ein zusätzlicher Wärmeerzeuger nötig. Dieser könnte entweder gleich in den Neubau integriert werden oder auch in den Garagenneubau integriert werden. Als Alternative zur bestehenden auf Ergas basierenden Heizung könnte als Zusatz eine Biomasseheizung errichtet werden. Abhängig von der Investitionsbereitschaft, dem verfügbaren Platz und natürlich auch der verfügbaren Biomasse können so sehr große Einsparungen bei den Energiekosten erzielt werden. Die günstigste Variante einer Biomasseheizung für Objekte dieser Größenordnung ist eine Hackschnitzelheizung. Annahme: Errichtung einer Hackschnitzelheizung mit 500 kw Leistung Maximal von der KPC anerkannte Kosten Die Förderungshöhe würde auch in diesem Fall bis zu 35% betragen wenn die Biomasseanlage auch gleich Teile des bestehenden Gebäudes mitversorgt. Abzüglich Förderung von 35 % verbleiben Investition Bei durchschnittlichen Kosten von 20 /MWh für die Hackschnitzel im Vergleich zu 43 /MWh Gas lassen sich mit dieser Anlage pro Betriebsstunde knapp 12 einsparen. Wird dieser Kessel als Grundlastkessel betrieben und die beiden Gaskessel werden nur in Spitzenzeiten zugeschalten können damit Amortisationszeiten (rein auf die Kostenersparnis durch den geringeren Energiepreis) von 4-5 Jahren erzielt werden. Als Nachteil bei diesen Anlagen ist anzumerken, dass diese doch einen höheren Wartungsaufwand haben wie z.b. die bestehende Gasheizung. Lt. Aussagen von Betreibern solcher Anlagen liegt der Personalaufwand für den Betrieb und die Wartung von Anlagen dieser Größe bei etwa einer Stunde täglich. 18

19 Typischer Aufbau einer Hackschnitzelheizungsanlage inklusive Austragung, Quelle: Bätz- Haustechnik 19

20 9.3. Wärmerückgewinnung 3 Zu dieser Thematik kann ich nur auf Ergebnisse anderer Untersuchungen verweisen die sich mit diesem Thema im Rahmen von Forschungsprojekten eingehender auseinandergesetzt haben. Ein gutes Beispiel für die Möglichkeiten der Wärmerückgewinnung aus Grauwasser ist die Region Alpendorf in Salzburg. Dort wurden 2006 unterschiedliche Möglichkeiten der Energieeinsparung sowie des Einsatzes Erneuerbarer Energieträger untersucht. Nachfolgend ein Ausschnitt aus dem Endbericht dieses Projektes. 3 Bericht aus Energie- und Umweltforschung 43/2006, Energieregion Alpendorf, Helmut Strasser et al. 20

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