Seite 1.1 Solaranlagen zur Warmwasserbereitung Solaranlagen zur Warmwasserbereitung werden in warmen südlichen Ländern oft als einfache Schwerkraftanlagen (Thermosiphonanlagen) gebaut. In unseren Breiten mit Frosttemperaturen im Winter befindet sich im Regelfall ein Wasser-Frostschutz-Gemisch im Kollektor sowie in den Rohrleitungen und die Wärme wird mittels Pumpe von den Kollektoren in einen oder mehrere Speicher gefördert. Damit sind Deckungsraten von 50 65 % möglich. Die Nacherwärmung des Trinkwassers erfolgt durch das Heizsystem. Die Effizienz der Anlage kann mit entsprechenden Schichtenladespeichern oder Thermosiphonspeichern gesteigert werden, da bei diesen n der Wasserinhalt des Speichers nicht komplett gleichmäßig erwärmt wird, sondern die Solarwärme in verschiedene Temperaturschichten eingespeist wird und dadurch schneller eine höhere Temperatur für eine bestimmte Wassermenge zur Verfügung steht. Schichtenladespeicher Thermosiphonspeicher Abb. -1: Thermosiphonspeicher. (Quelle: Solvis)
Seite 2.2 Solaranlagen zur Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung Im Bereich der Solaranlagen zur Heizungsunterstützung hat es in den letzten Jahren die größten Veränderungen und Entwicklungen gegeben. Die einfachste Art dieser Heizungsanlagen mit Solarunterstützung sind Anlagen mit Pufferspeicher auf der Heizungsseite und zwei Wärmetauschern für Solar- und Heizungszuführung, mit integriertem Trinkwasserspeicher (Kombispeicher), nebenstehendem Speicher oder mit separatem Wärmetauscher als Durchflussprinzip. Dabei wird überwiegend nur die höhere Temperatur ab ca. 30 C für die Heizungsunterstützung genutzt. Solare WWB und Heizungsunterstützung Abb. -2: Solaranlage zur Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung. (Quelle: Solvis)
Seite 3.3 Solaranlagen i. V. m. Wärmepumpen Thermische Solaranlagen i. V. m. Wärmepumpen können auch niedrigere Temperaturen aus den Solaranlagen nutzen, z. B. die Temperaturbereiche zwischen 5 und 30 C und diese als Antriebsenergie auf der Primärseite der Wärmepumpe, sodass sich die Jahresarbeitszahl JAZ oder COP (international) dadurch deutlich verbessert. Die Jahresarbeitszahlen der Wärmepumpen kann man bei den meisten Herstellern in den Unterlagen für unterschiedliche Primär- und Sekundärtemperaturen ermitteln. Je höher die Antriebs- oder Primärtemperatur, desto besser die JAZ Höhere Antriebstemperaturen auf der Primärseite der Wärmepumpen als 15 20 C sind wiederum meist auch nicht sinnvoll, da Wärmepumpen einen gewissen Temperaturhub benötigen. Neben der Erhöhung der Effizienz einer Heizungsanlage durch direkte Nut- Effizienzsteigerung durch höhere Temperaturen Abb. -3: Beispiel für die Verbesserung der Jahresarbeitszahl einer Wärmepumpe mit unterschiedlichen Primärtemperaturen. (Quelle: Viessmann WP BW351)
Seite 4 zung der Solarenergie kann die JAZ von 4 auf ca. 6 erhöht werden, was zu einer zusätzlichen Einsparung von Elektroenergie führt. Es werden verschiedene angeboten, um solche Hybrid- zu installieren: mit Kombination Solarwärme, Erdsonden und Wärmepumpe, z. B. Schüco, Solvis (siehe auch Kap. 7.2.3) mit Kombination Solarwärme, Erdregister im Gelände und Wärmepumpe, z. B. Fa. Roth mit Kombination Solarwärme, Erdsoleregister unter der Bodenplatte, z. B. Fa. BES oder e-tank Wichtig für solche ist, dass die Leistung der Solarkollektoren, die Speichergröße und die Regelung zum Heizenergiebedarf des jeweiligen Gebäudes passen. Im folgenden Beispiel erfolgt die Wärmeversorgung einer Kita über thermische Kollektoren, einen Erdsolespeicher unter der Bodenplatte und eine Wärmepumpe. Im Sommer wird die solare Wärme immer zuerst an den Trinkwarmwasserspeicher oder einen Pufferspeicher mit Frischwasserstation abgegeben, überschüssige Wärme wird an den Pufferspeicher und dann an den Erdsondenspeicher abgegeben. Das Erdreich unter der Bodenplatte erwärmt sich im Sommer auf max. 35 C. Eine solche Lösung ist nur dann möglich, wenn sich die Erdregister mind. 2 m über dem Grundwasserspiegel befinden.
Seite 5 Untergrund als Erdsolespeicher Abb. -4: Erdregister unter der Bodenplatte zur Speicherung der solaren Wärme für die Heizperiode. (Quelle: Fa. BES Building Energy Solutions GmbH) Auch können solche nur in Neubauten eingesetzt werden, während Erdsonden natürlich sowohl für Neubauten und Sanierungen geeignet sind. Wichtig für solche ist, dass die Leistung der Solarkollektoren, die Speichergrößen und die Regelung zum Heizenergiebedarf des jeweiligen Gebäudes passen. Wenn der verbleibende Rest des Strombedarfs der Wärmepumpe überwiegend regenerativ gedeckt werden kann, ist dies natürlich ein großer Vorteil. Im Regelfall können solche auch mit reversiblen Wärmepumpen/Kältemaschinen gefahren und an wenigen Tagen im Sommer zur Kühlung eingesetzt werden. Teilweise ist es auch möglich, einen Teil des Untergrundes zum Kühlen zu nutzen.