Effiziente Warmwasserbereitung mit Solarthermie

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1 Effiziente Warmwasserbereitung mit Solarthermie Christian Fink AEE Institut für Nachhaltige Technologien A-8200 Gleisdorf, Feldgasse 19 Tel.: /

2 Prinzipschaltbild solarthermische Warmwassererwärmung in Kleinanlagen Bildquelle: Lars Kühl, Ostfalia Hochschule Bildquelle: AEE INTEC

3 Effizienz des Solarthermiekollektors ist temperaturabhängig Zwei Temperaturniveaus: Warmwasser (10 bis 60 C) Zirkulation (40 bis 60 C) => Effizienzsteigerung bei tiefen Kollektortemperaturen

4 Raumheizung Hochskalieren von kleinen solaren Warmwasserbereitungssystemen? Es bedarf Konzeptänderungen! Trinkwasserspeicher sind teuer Größere Speicher keine Stangenware Speicherbatterien sind ineffizient Trinkwasser ist ein kritisches Medium (Kalk, Korrosion, Hygiene) Kollektorfeld KW Trinkwasserspeicher KW Bildquelle: ikz.de Kessel

5 ÖNORM B 5019 Hygienerelevante Aspekte bei zentralen Trinkwasser-Erwärmungsanlagen Seit 2007 gilt die ÖNORM B 5019, die erhebliche Auswirkungen auf die Planung, Ausführung und den Betrieb von zentralen Trinkwassererwärmungs-anlagen bedeutet: Hintergrund: Vermeidung einer mikrobiellen Belastung des erwärmten Trinkwassers, insbesondere mit Bakterien (z.bsp. Legionellen, Pseudomonaden) Geltungsbereich: Im Besonderen für Kranken- und Kuranstalten, Pflegeein-richtungen, Badeeinrichtungen, Beherberungsbetriebe, Gemeinschaftseinrichtungen sowie öffentliche Gebäude Gültigkeitsbereich: Für Neubauten als auch für Altbauten Ausgenommen sind: Ein- und Zweifamilienhäuser sowie dezentrale Trinkwassererwärmungsanlagen, die nur eine Wohnung versorgen Solarwärmeausbildung

6 R a u m h e i z u n g Wesentliche Inhalte der ÖNORM B 5019 Min. 60 C beim Eintritt in das Warmwasserverteilsystem Minimaltemperatur im Warmwasserverteilnetz bzw. der Zirkulationsleitung beträgt 55 C Vorwärmstufen dürfen 55 C nicht unterschreiten ausgenommen sind 4h Lade- bzw. Aufheizzeit. K o lle k t o r f e l d KW Die Entfernung des Knotenpunkts der Zirkulationsleitung bis zum weitesten Verbraucher darf 6m nicht übersteigen Trinkwasserspeicher Thermische Desinfektion der gesamten Warmwasseranlage mit min. 70 C muss möglich sein Temperaturmessnippel bzw. Hähne zur Wasserproben-nahme müssen an entsprechenden Stellen vorhanden sein. KW Verstärkte Auflagen bei der Inbetriebnahme Regelmäßige Messungen (Temperatur und Mikrobielle Untersuchungen) entsprechend der Risikogruppe => Systemtechnisch darauf reagieren! Kessel

7 Dezentrale Warmwasserbereiter sind in der ÖN B5019 explizit ausgenommen Bei Solarunterstützten Zwei-Leiter-Netzen besitzt die ÖNORM B 5019 keine Gültigkeit, da es sich um Anlagen zur dezentralen Trinkwassererwärmung handelt. Boiler Kollektorfeld Energiespeicher T3 Kaltwasser Warmwasser T2 Boiler Bildquellen: oben links AEE INTEC, oben rechts NEOTEC, unten LME Kaltwasser Warmwasser Kessel Warmwasser Kaltwasser Solarwärmeausbildung

8 Bei zentraler Warmwasserbereitung: Anteil an gespeichertem Trinkwarmwasser reduzieren Quelle: Quelle: Ladespeicherprinzip Quelle: Quelle: COSMO Trinkwasserladesystem

9 Zirkulation Beispielhafte Systemkonzepte für 4-Leiter- Netze Kollektorfeld Energiespeicher Warmwasser Raumheizung z.b.: Frischwasserstation Kaltwasser Kessel Quelle: mvv-energie.de z.b.: Ladespeicher Quelle: Danfoss

10 Effizienzvergleich 2-Leiter Netz vs. 4-Leiter-Netz Beispielhaft anhand eines Geschoßwohnbaus mit 12 WE 80% Referenzgebäude mit 12 WE - Konzeptvergleich anhand dreier Kennzahlen 800 Solarer Deckungsgrad bzw. Systemwirkungsgrad [%]] 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% Spezifischer Kollektorertrag [kwh/m²a] 0% Auslastung [kwh/m²a] SD : 2-Leiter-Netz, dez. Boiler SW: 2-Leiter-Netz, dez. Boiler SW: 4-Leiter-Netz, inkl. zus. WT SE: 4-Leiter-Netz, inkl. zus. WT SD: 4-Leiter-Netz SW: 4-Leiter-Netz SD: 2-Leiter-Netz, dez. Stationen SW: 2-Leiter-Netz, dez. Stationen SE: 2-Leiter-Netz, dez. Boiler SE: 4-Leiter-Netz, inkl. zus. WT SE: 4-Leiter-Netz SE: 2-Leiter-Netz, dez. Stationen Solarwärmeausbildung 0

11 Praxisbeispiel Unfallkrankenhaus Graz, Stmk. Quelle: links AUVA, rechts AEE INTEC Einbindung der Solaranlage in ein bestehendes, ausgedehntes Warmwasserverteilnetz mit Zirkulation Kaltwasservorwärmung über Frischwassermodul Nacherwärmung Warmwasser und Zirkulation über Gaskessel Eckdaten: Tägl. WW-Bedarf 6m³ 210 m² Kollektor 15 m³ Speicher SE: 475 kwh/m²a (Messung) SD für WW: 9 % (Messung) Gaskessel als Nachheizung

12 Systemkonzept Unfallkrankenhaus Graz, Stmk. Si-Ventil Aufgrund der Einbindung des Solarsystems ausschließlich in die Kaltwasservorwärmung liefert die Anlage ausgezeichnete Erträge (475 kwh/m²a).

13 Praxisbeispiel Quartier Salzburg Lehen Quelle: AEE INTEC Ausführung von 300 Neubauwohnungen zuzüglich der Dienstleistungsgebäude als 2-Leiter-Netz in Verbindung mit Wohnungsstationen 150 sanierte Bestandswohneinheiten als 4 Leiternetz Besonderheit: Niedertemperaturnetz mit 65/40 Eckdaten: 450 WE zzgl. Dienstleistungsgebäude m² Kollektor 200m³ Speicher Fernwärme bzw. speichergekoppelte Wärmepumpe SE: 533 kwh/m²a (Messung) SD für WW und RH: 12 bis 29 % (Messung)

14 Praxisbeispiel Quartier Salzburg Lehen Netztemperaturen Gemessene Netztemperaturen: Teile mit 2-Leiter- Netz: 30 bis 35 C Teile mit 4-Leiter- Netz: 45 bis 50 C Gesamtnetz: 35 bis 50 C

15 Praxisbeispiel Messequartier Graz, Stmk. Eckdaten: 149 WE zzgl m² Büro- und Dienstleistungsgebäude 700 m² Kollektor 75 m³ Speicher Fernwärme als Nachheizung Quelle: SOLID Ausführung von 149 Neubauwohnungen zuzüglich der Büro- und Dienstleistungsgebäude als 2-Leiter- Netz in Verbindung mit dezentralen Warmwasserspeichern Besonderheit: ca. 21 Stunden am Tag kann die Raumheizung mit Niedertemperatur versorgt werden, ca. 3 Stunden am Tag werden die dezentralen Warmwasserspeicher geladen Quelle Prinzipbild: Austria

16 Praxisbeispiel Wohnanlage St. Pölten, NÖ Quelle: BES Eckdaten: 37 WE 113 m² Kollektor 8 m³ Speicher SE: 504 kwh/m 2 a (Prognose) SD für WW und RH: 20 % (Prognose) 70 kw Sole/Wasser Wärmepumpe Gaskessel In Bau Grundsätzliche Ausführung als 2-Leiter-Netz in Verbindung mit dezentralen Warmwasserspeichern in jeder Wohnung Besonderheit: Aufteilung in einen HT- (Warmwasser) und NT-Speicher (Raumheizung) in Verbindung mit Booster-Funktion für den HT-Speicher (in diesem Fall Gaskessel); 2-3h Ladefenster für Warmwasserbereitung, ansonsten Raumheizungsbetrieb mit NT. Vorteile: geringe Verteilverluste, Wärmepumpe wird max. mit den Heizungsvorlauftemperaturen beaufschlagt

17 Praxisbeispiel Wohnanlage Lexengasse, Salzburg Quelle: TB Stampfer Eckdaten: 105 WE 381m² 51m³ SE: 423 kwh/m²a (Prognose) SD für WW und RH: 31 % (Prognose) 2x100 kw Pelletskessel Grundsätzliche Ausführung als 2-Leiter-Netz in Verbindung mit Wohnungsstationen Besonderheit: Rückführung des Warmhaltevolumenstroms der Verteilleitung über ein dünnes Rohr innerhalb der Vorlaufdämmung (quasi ein 3-Leiter-Netz) Vorteile: Tieferes Temperaturniveau im Speicher unten, reduzierte Wärmeverluste, reduzierte Anzahl an thermischen Ventilen

18 Systemkonzept Lexengasse Bildquelle: TB Stampfer

19 Zusammenfassung Die Effizienz der solarthermischen Warmwasserversorgung hängt mehr von der Art und Weise der Warmwassererwärmung/Verteilung ab als vom Solarsystem Bewährte Warmwasserversorgungssysteme liegen vor, wobei 2-Leiternetze im Wohnbau und wohnähnlich genutzten Anwendungen Vorteile zeigen Darauf achten, dass Hygienemaßnahmen nicht die Effizienz des Solarsystems gefährden Konkurrenzfähige solare Wärmegestehungskosten sind möglich Zahlreiche gute Beispiele liegen vor

20 Hinweis zum Förderprogramm Solare Großanlagen des Klima- und Energiefonds Das Förderprogramm für gewerbliche Anwendungen mit Kollektorflächen zwischen 100 und m² besteht grund sätzlich aus zwei Teilen: Investitionsförderung mit bis zu 45% der umweltrelevanten Mehrinvestitionskosten in vier gewerblichen Anwendungskategorien Solare Prozesswärme in Produktionsbetrieben Solare Einspeisung in netzgebundene Wärmeversorgungen Hohe solare Deckungsrade (über 20 % am Gesamtwärmebedarf) in Gewerbe- und Dienstleistungsbetrieben Solarthermisches Heizen und Kühlen Seit 2013: Spezielle Kategorie für Neue Entwicklungen Wissenschaftliche Begleitung durch AEE INTEC (Leitung), AIT und ASIC Verpflichtende Beratungsgespräche mit allen Förderwerbern Messtechnische Begleitung ausgewählter Projekte über zumindest ein Jahr Auflage des Förderprogramms nach aktuellen Infos aus dem Klima- und Energiefonds auch 2016

21 Solare Warmwasserbereitung in Jordanien Aktuelles EU Projekt Solar Hospitals Prince Hamzah Hospital in Amman m² Kollektorfläche zur Warmwasserbereitung entstehen 2017 am Prince Hamzah Hospital in Amman. Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!