Solare Nahwärme mit saisonalem Wärmespeicher in Crailsheim Janet Nußbicker-Lux (ITW) Professor Dr. Dr.-Ing. habil. H. Müller-Steinhagen Universität Stuttgart Pfaffenwaldring 6, D-70550 Stuttgart Tel.: 0711-685-63239, Fax: 0711-685-63242 Email: nussbicker@itw.uni-stuttgart.de Internet: www.itw.uni-stuttgart.de
Inhalt Einführung solare Nahwärmeversorgung Komponentenbeschreibung Umsetzungs- und Betriebserfahrungen Messergebnisse
Nahwärmenetz Wärmebedarf 4100 MWh/a (1. BA) Schule, Turnhalle und 259 Wohneinheiten (1. BA) Vor-/Rücklauftemperaturen 65/35 C Trinkwassererwärmung (in Gebäuden) im Durchflussprinzip Kollektorfläche 5705 m² (aktuell, Juni 2009) 10000 m² (Endausbau) Wärmespeicher Pufferspeicher 100 m³ Pufferspeicher 480 m³ Erdsonden-Wärmespeicher 39000 m³ Wärmepumpe 2 x 530 kw th (geplant) Solarer Deckungsanteil: 50% (geplant)
Wärmemenge [MWh/a] Wärmemenge [MWh/a] Solare Nahwärme mit saisonalem Wärmespeicher 800 4000 700 600 500 solare Einstrahlung (relativ) 3500 3000 2500 400 Solarenergie 2000 300 zusätzliche Energie 1500 200 1000 100 500 0 Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Jahr Saisonale Wärmespeicher Monat dienen dazu, die zeitliche Diskrepanz zwischen hohem solaren Strahlungsangebot im Sommer und hohem Heizwärmebedarf im Winter auszugleichen 0
Kond. Verd. Kond. Verd. 300 m Trasse Anlagenschema Kollektorfelder Anlagenteil 1 Fernwärme Nahwärmenetz Pufferspeicher 1 100 m³ 1. Anlagenteil Kollektorfelder Wall West Kollektorfelder Wall Ost 2. Anlagenteil WP 1 WP 2 Pufferspeicher 2 480 m³ Erdsonden- Wärmespeicher
Kollektorfeld Schule Solid, 535 m², 2005 Quelle: Stadtwerke Crailsheim Kollektorfelder auf 5 CBE-Gebäuden Solid bzw. Wagner, 299 bis 408 m², 2005 bzw. 2009 Kollektorfeld Lärmschutzwall Ost Schüco, 9 x 245 m² & 4 x 252 m², 2009
Pufferspeicher 100 m³ Ringförmige Betonfertigteile mit vertikal verlaufenden Spanngliedern Innendruck bis 3 bar Auskleidung mit Edelstahlblech Schichtbeladeeinrichtung Wärmedämmung Blähglasgranulat (Seiten, Deckel) bzw. Schaumglas (Boden)
Pufferspeicher 480 m³ Ortbeton-Bauweise Innendruck bis 3 bar Auskleidung mit Edelstahlblech Schichtbeladeeinrichtung Wärmedämmung Blähglasgranulat (Seiten, Deckel) bzw. Schaumglas (Boden)
0.4 0.6 m 0.2 m 1.5 m Erdsonden-Wärmespeicher (2008) Bewuchs Saisonale Wärmespeicherung im Erdreich mit Beladung im Sommer und Entladung im Herbst / Winter Einbringung der Wärme ins Erdreich über Erdwärmesonden (EWS) Erdüberdeckung Drainageschicht Schaumglasschotter Geovlies Geovlies Wirrgelege Geovlies Diffusionsoffene Membran Geovlies Bodenkennwerte Vol. Wärmekapazität 2,4 MJ/(m³ K) Wärmeleitfähigkeit 2,46 W/(m K) GOK Gipskeuper Geovlies Schichtenwasser Erdwärmesonden Doppel-U-Rohr Material PE-Xa 80 Erdwärmesonden Länge 55 m 4.5 m 22 m Lettenkeuper Schutzverrohrung und Verfüllmaterial mit geringer Wärmeleitfähigkeit Thermisch verbessertes Verfüllmaterial 55 m Oberer Muschelkalk 62 m Aquifer
Erdsonden-Wärmespeicher: Sondenanordnung und hydraulische Verschaltung Quelle: EWS GmbH
Umsetzungs- und Betriebserfahrungen Anschlussbedingungen Verpflichtung zum Anschluss durch Dienstbarkeit im Grundbuch Auslegung Gebäudeheizung 60/30 C, festgelegt in technischen Anschlussbedingungen Intensive Beratung / Zusammenarbeit zwischen Stadtwerken und Bauherren / Handwerkern Kollektorfelder (Lärmschutzwall) Defekte Glashalter Defekte Längenkompensatoren Pufferspeicher Innendruck Nenndruck Einbau eines Musterteils Zu geringe Stahlarmierung Erdsonden-Wärmespeicher Lange Genehmigungsdauer
Wärmebilanzen 2006 2007 2008 Einstrahlung in Kollektorebene kwh/m² 1307 1330 1305 Wärmelieferung der Kollektoren 1) MWh 545 566 570 Einspeisung Solarwärme in Hirtenwiesen 2 Einspeisung Solarwärme in Hirtenwiesen 1 Rücklauf je m² Kollektorfläche kwh/m² 350 363 365 MWh 408 462 483 MWh 65 45 0 Wärmemenge ins Netz Hirtenwiesen 2 MWh 2022 2255 2990 Wärmelieferung durch Fernwärme MWh 1630 1765 2530 Verluste Speicher und Heizzentrale MWh 72 59 86 Solarer Deckungsanteil Hirtenwiesen 2 % 20 20 16 1) Kollektorflächen 1. Anlagenteil
Wärmemenge in MWh/Monat, Globalstrahlung in kwh/(m²monat) Wärmebilanzen (2008) 700 600 500 Wärmebedarf Netz Hirtenwiesen 2 Nachheizung per Fernwärme Solare Vorwärmung Kollektorertrag Globalstrahlung in Kollektorebene 400 300 200 100 0 Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez
Temperatur in C Volumenstrom in m³/h www.itw.uni-stuttgart.de Netztemperaturen (2008) 90 80 Vorlauftemperatur Nahwärmenetz Hirtenwiesen 2 Rücklauftemperatur Nahwärmenetz Hirtenwiesen 2 Volumenstrom Nahwärmenetz Hirtenwiesen 2 45 40 70 35 60 30 50 25 40 20 30 15 20 10 10 5 0 Jan. 08 Feb. 08 Mrz. 08 Apr. 08 Mai. 08 Jun. 08 Jul. 08 Aug. 08 Sep. 08 Okt. 08 Nov. 08 Dez. 08 0
Temperatur in C www.itw.uni-stuttgart.de Temperaturen im Pufferspeicher 1 am 31.08.2008 100 Temperaturen bei 0 m, 1 m, 2 m, 3 m, 4 m, 5 m, 6 m, 7 m, 8 m, 9 m, 10 m, 11 m, 12 m, 12.5 m über dem Speicherboden (von unten) 90 80 70 60 50 40 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00
Temperaturen im Erdsonden-Wärmespeicher (Messstelle M21)
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