Erfolgskonzept Solarthermie - Monitoring in Hamburg Dolores Lange und Bernhard Weyres-Borchert SolarZentrum Hamburg Folie 1
Quelle: BINE, DGS Folie 2
Quelle: Leukefeld, Jenni Folie 3
Übersicht der Hamburger Anlagen im Monitoring Stand: Oktober 2015 Anzahl: 70 Anlagen 30 m² Kollektorfläche Fläche: 6135 m² Absorberfläche Verteilung: Sonderanlagen: Wohnungsbau: Gewerbliche Anlagen: Moscheen: Energiebunker Wilhelmsburg Eisspeicher Harburg Tanzschule OnStage 56% 44% davon 22 Anlagen Folie 4
Große Vielfalt an Anlagennutzern in Hamburg Bestandsgebäude von Wohnungsbaugenossenschaften Neubauten mit Fernwärmeanbindung Neubausiedlung mit Nahwärme Mehrfamilienhäuser Wohnheim Blindenstiftung Altenpflegeheim Passivhaus Hotel Moscheen Kindergarten Schule Ausstellungsgebäude Betriebshof der Hochbahn Produktionshalle Obsthof mit Lagerhalle und Erdnussrösterei Tanzschule mit Fitnessstudio Energiebunker Wilhelmsburg Wohngebäude 44% 56% Nichtwohngebäude Folie 5
Verteilung der Kollektoraperturflächen im Hamburger Monitoring 2010-2015 70 60 54 57 62 50 Anlagenanzahl 40 30 20 10 0 10 9 14 11 20 13 0 1 1 32 24 24 23 17 16 30 30 14 3 2 2 1 1 1 2010 2011 2012 2013 2014 2015 25-50m² 50-80m² 80-120m² bis 250 m² bis 1500m² Folie 6
Ausstattung der Anlagen nach Kollektorbauart 120 100 80 Anlagenanzahl 60 40 52 62 66 30 25 23 Flachkollektoren Vakuumröhrenkollektoren 20 0 47 48 47 21 21 30 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Folie 7
Aufteilung in Trinkwarmwasser und heizungsunterstützte Anlagen 120 100 Anlagenanzahl 80 60 40 40 45 48 42 37 36 Raumheizungsunterstützung Trinkwarmwasser 20 33 38 48 35 36 34 0 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Folie 8
Anteil der 8 im Hamburger Monitoring verwendeten Systeme zur Datenübertragung (70 Anlagen gesamt) 6 3 2 2 21 Microsol Data Collect Resol Service Portal 22 32 Parabel Energiesysteme aviso-imas Falkenberg bo:ing Portal Winsol Paradigma Portal Weishaupt Portal Folie 9
Microsol Data Collect Visualisierung vor Ort Unterstützung der Fehlersuche monatliche Ertragsmails www.microsol-hamburg.de Folie 10
Paradigma Portal Systa Web speziell für Paradigma- Anlagen komplexes Energiemanagementsystem Auswertung individuell gestaltbar Paradigma App für ios, IPhone und IPad www.paradigma.remoteportal.de Folie 11
Parabel Energiesysteme GmbH (PES) Juri SolarwärmeManager Systemlösung für die Wohnungswirtschaft Anlagenparameter sind per Datenfernübertragung regelbar automatischer Monatsbericht mit ausführlicher Auswertung Betriebskostencontrolling www.parabel-solar.de www.juri-portal.de Folie 12
Resol Portal VBus.net nutzbar mit DL2 und DL3-Datalogger Visualisierung über alle gängigen mobilen Endgeräte Datenverläufe als Livedaten oder Diagramm Anlagenzugriff über Web-Browser www.vbus.net Folie 13
boing Portal auf Resol VBus.net basierend TSol- Simulations- Werte, reale Erträge und WW-Verbräuche im Vergleich Integrierter Report mit Verbrauchs-und Ertragsdaten www.boing-solar.de Solar-und Heizungsbau Marburg Folie 14
Jahreserträge 2014 ausgewählter Anlagen zur Warmwasserbereitung mit Flachkollektoren Durchschnittlicher spezifischer Kollektorkreisertrag: 347 kwh/m²*a - Mindestertrag für WW-Anlagen: 350 kwh/m²*a - Simulierte Erträge der einzelnen Anlagen in kwh/m²*a Spezifischer Ertrag in kwh/m²*a 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 381 400 358 361 304 308 316 Läsi 1-4 Läsi 5-9 Y050 Y052 Y053 Y087 Y045 Folie 15
Jahreserträge 2014 ausgewählter Anlagen zur Warmwasserbereitung mit Vakuumröhrenkollektoren Durchschnittlicher spezifischer Kollektorkreisertrag: 458 kwh/m²*a - Mindestertrag für WW-Anlagen: 350 kwh/m²*a - Simulierte Erträge der einzelnen Anlagen in kwh/m²*a Spezifischer Ertrag in kwh/m²*a 600 500 400 300 200 100 0 535 507 473 458 437 438 425 391 Y108a Y073 Y080 Y111 Y107 Y109 GZW NH23 Folie 16
Jahreserträge 2014 ausgewählter Anlagen zur Heizungsunterstützung mit Flachkollektoren Durchschnittlicher spezifischer Kollektorkreisertrag: 450 kwh/m²*a - Mindestertrag für HU-Anlagen: 300 kwh/m²*a - Simulierte Erträge der einzelnen Anlagen in kwh/m²*a Spezifischer Ertrag in kwh/m²*a 600 500 400 300 200 100 0 508 513 541 503 430 396 256 Wemu Jubo Buko Krost Thiw Sweg3 Sweg4 Folie 17
Jahreserträge 2014 ausgewählter Anlagen zur Heizungsunterstützung mit Vakuumröhrenkollektoren Durchschnittlicher spezifischer Kollektorkreisertrag: 216 kwh/m²*a - Mindestertrag für HU-Anlagen: 300 kwh/m²*a - Simulierte Erträge der einzelnen Anlagen in kwh/m²*a 600 500 486 Spezifischer Ertrag in kwh/m²*a 400 300 200 100 0 328 167 107 167 153 179 182 166 227 212 Folie 18
Wichtigste Einflussgrößen auf den Solarkreisertrag Einstrahlung und ev. Verschattung Warmwasserverbrauch und Auslastung Luft im System Größe des MAGs Ausrichtung und Neigung des Kollektorfelds Speichergröße Kollektorfläche und Kollektorleistung Regelung und Fühlerpositionierung Volumenströme Solarkreis und Sekundärkreis Wärmetauscher Folie 19
Simulierte und reale Warmwasserverbräuche zweier Moscheen Simulation:1200 l/d Durchschnitt WW-Verbrauch große Moschee:1220 l/d Durchschnitt WW-Verbrauch kleine Moschee: 177 l/d Spezifischer Warmwasserverbrauch in l/tag 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 1428 1430 1467 1375 1342 1084 1104 1128 924 925 319 239 219 226 203 145 159 134 77 50 Jan. 15 Feb. 15 Mrz. 15 Apr. 15 Mai. 15 Jun. 15 Jul. 15 Aug. 15 Sep. 15 Okt. 15 kleine Moschee große Moschee Folie 20
Auswirkung starker Abweichungen des Warmwasserverbrauchs und der Auslastung auf den spezifischen Ertrag Die Auslastung gibt an, wieviel Liter Kaltwasser täglich pro m² Kollektorfläche zur Erwärmung durch das Solarsystem geleitet werden Der empfohlene Bereich für Warmwasseranlagen liegt zwischen 50-70 l/(d*m²) Auslastung Simulation beider Moscheen: 14 l/(d*m²) Auslastung große Moschee real: 14 l/(d*m²) Auslastung kleine Moschee real: 2 l/(d*m²) Folie 21
Abhängigkeit des spezifischen Ertrages von der Auslastung 700 spez. Kollektorkreisertrag in kwh/m² 600 500 400 300 200 100 TWW+ Heizung 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Auslastung in l/d*m² Folie 22
Spezifischer Ertrag dieser zwei Moscheen Simulation kleine Moschee: 409 kwh/m²*a real: 113kWh/m²*a Simulation große Moschee: 407 kwh/m²*a real: 244kWh/m²*a -Mindestertrag bei 300 kwh/m²*a 50 Spezifischer Ertrag in kwh/m²*monat 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 38 35 35 34 34 22 20 19 17 17 15 15 15 10 10 8 6 3 2 1 Jan. 15 Feb. 15 Mrz. 15 Apr. 15 Mai. 15 Jun. 15 Jul. 15 Aug. 15 Sep. 15 Okt. 15 kleine Moschee große Moschee Folie 23
Fazit zu große Auslegung der Kollektorfläche ergibt in der Realität viel zu geringe spezifische Erträge Warmwasserverbrauch bei kleiner Moschee in der Simulation deutlich überschätzt vorherige Messung der WW-Verbräuche mit z.b. Solvis PreLog absolut empfehlenswert Simulationen mit nicht gemessenen WW-Verbräuchen und Simulationen, die nicht mit der später realisierten Anlage übereinstimmen, sind wertlos! Nach VDI 2006 Blatt 1 liegt der empfohlene Bereich der Auslastung zw. 50-70 l/d*m² Folie 24
Luft in Wasser kommt in drei Formen vor Abgelassen Freie Luft Abgeschieden Mikroblasen Freigesetzt Gelöste Luft Quelle: Robert Juckschat Folie 25
Luft bzw. gelöste Gase in Solaranlagen Welche Probleme entstehen bei unzureichender Entlüftung von großen Solaranlagen? Geräusche Korrosion ungleichmäßige Durchströmung von Teilkollektorfeldern Luft in Pumpen bewirkt geringere Pumpenleistung- kann bis zum Stillstand der Anlage führen Folge: Ertragsminderung Folie 26
Möglichkeiten zur Entlüftung von Solaranlagen Automatische Schnellentlüfter Mikroblasenabscheider Lufttöpfe/Handentlüfter aus Metall Entlüftungsventile- Luftschrauben Entlüfterbögen Vakuumentgaser Folie 27
Möglichkeiten zur Entlüftung von Solaranlagen Empfehlung: absperrbare Spülanschlüsse in der Nähe der Dachfläche bei Höhen > 20 m sinnvoll Schwerpunkt Entlüftung der Anlagen über Lufttöpfe, Luftschrauben, Entlüfterbögen, Mikroblasenabscheider oder bei Anlagenhöhen > 20 m Vakuumentgaser Folie 28
Vakuumentgaser der Firma reflex Control Touch Steuerung Nachspeisung Entgasungsventil Vakuum-Meter Vakuum-Sprührohr Anlagenwas ser, gasarm Anlagenwasser gasreich Entgasungspumpe Füll-und Entleerungshahn Quelle: reflex Folie 29
Anstieg des spezifischen Ertrages einer Anlage mit VRK nach Einsatz eines Vakuumentgasers - Einbruch des Ertrages im März 2015 bis zum kompletten Anlagenstillstand im April 2015 - zweiwöchiger Einbau eines Vakuumentgasers im Mai 2015 100 90 80 70 60 50 42 43 38 40 31 30 25 25 20 18 20 11 11 12 10 3 6 0 0 Jan 15 Feb 15 Mrz 15 Apr 15 Mai 15 Jun 15 Jul 15 Aug 15 Sep 15 Okt 15 spezifischer Ertrag in kwh/m² 3,0 10,9 12,4 0,0 25,2 93,7 73,8 71,6 38,4 20,1 erwarteter Ertrag 5,6 10,6 24,7 41,9 55 54,6 54,3 43 31 18 94 55 55 54 74 72 Folie 30
Spezifische Erträge einer Anlage nach Ausfall im Jahr 2014 und umfassenden Reparaturarbeiten Ende 2014 Jahresertrag 2015: 387 kwh/m²*a Spezifischer Ertrag in kwh/m²*monat 70 60 50 40 30 20 10 0 67 63 59 57 54 34 33 29 28 23 17 12 8 6 0 1 0 0 0 0 0 0 Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez 2014 2015 Folie 31
Planungsempfehlungen keine Verschattung einfache Hydraulik möglichst gleich große Teilkollektorfelder ohne Höhenunterschiede vorherige Ermittlung WW-Verbräuche empfohlene Auslastung 50-70 l/d*m² Stagnationszeiten minimieren Schwerpunkt Entlüftung der Anlagen Ost-West-Ausrichtung mit ~ 20% weniger Ertrag einplanen Folie 32
Installationsempfehlungen nicht zu kleine Auslegung Pumpen MAGs: Rohrleitungsvolumen auf dem Dach mitberechnen zu hohe thermische Belastung MAGs durch Vorschaltgefässe bei Dachheizzentralen vermeiden Temperaturbeständigkeit der Teilkomponenten beachten - sonst Undichtigkeiten besondere Beachtung Fühler, Reglereinstellungen Anlagendruck auf dem Dach mindestens 1 bar Mindestdämmstärke 100 % einhalten, EPDM-Dämmung einsetzen Vogelpickschutz verwenden Anlagendokumentation vor Ort aktualisieren Folie 33
War dieses Projekt SolarMonitoring sinnvoll? Ja, unbedingt! Warum brauchen wir Anlagenvisualisierung und Monitoring? Löst Monitoring Probleme bei den Anlagen? Nein, aber es macht sie sichtbar! Monitoring ist Voraussetzung für einen optimierten Anlagenbetrieb! Folie 34
Förderung großer thermischer Solaranlagen durch Bund (BAFA) und Land (IFB) 2016 Gebäudebesitzer können auch 2016 Zuschuss für eine neue Solarthermieanlage Zuschuss für deren Monitoring durch beauftragte externe Fachleute beantragen Weitere Informationen zum Förderprogramm erhalten Sie im SolarZentrum oder unter : www.ifbhh.de www.bafa.de www.kfw.de Fördersituation für thermische Solaranlagen ist derzeit besonders günstig! Bundes- und Landesmittel können gemeinsam in Anspruch genommen werden Kreditkonditionen sind weiterhin günstig Förderampel steht auf grün! Ansprechpartnerin für das Förderprogramm Erneuerbare Wärme bei der IFB: Frau Bartsch, Tel.: 24846 129, Email: a.bartsch@ifbhh.de Folie 35
Anlagenvisualisierung und Monitoring sind unerlässlich für einen effizienten Anlagenbetrieb! Nachweisbare CO 2 -Einsparung in der Projektlaufzeit von 2010-2015: 1505 t Folie 36