sww_0215_e-paper 1 - Unitec Energietechnik GmbH
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Solarthermie SPEICHERTECHNIK FÜR GROSSVERBRAUCHER Beim Großpeicher von Ebitsch liegen die beiden Teilbereiche für das kältere und das wärmere Pufferwasser nebeneinander. Foto: Ebitsch Energietechnik Wärme speichern im großen Stil Ohne große Speicher keine Energiewende: Im Wärmesektor gibt es längst ausgereifte Speicherkonzepte, wie zu 100 % solar beheizte Mehrfamilienhäuser und mit Holz beheizte Nahwärmenetze beweisen. össenheim macht Ernst mit der Energiewende. Die Bürger des unterfränkischen Dorfes bauen im Rahmen der 2012 gegründeten Genossenschaft Nahwärme Gössenheim eG zurzeit ein 7,5 km langes Nahwärmenetz, an das mehr als 220 Gebäude angeschlossen werden. Damit deckt die Genossenschaft, die momentan 202 Mitglieder hat, mehr als 90 % der Haushalte des Ortes ab. In den kommenden Wochen fallen so 170 kleine Öl-, Gas- und Holzkessel mit einer Gesamtleistung von 6 MW weg und werden durch die Heizzentrale ersetzt, in der bereits ca. 2 MW thermische Leistung installiert sind. Die Grundlast stellt ein Holzvergaser-BHKW mit 250 kWth und 150 kWel bereit. Hinzu kommen fünf Hackschnitzel-Kessel von je 350 kW für die Spitzenlasten. Die Vorlauftemperatur des Nahwärmenetzes soll bei 83 °C liegen. Für den Rücklauf wird 53 °C angestrebt. „30 K Temperaturspreizung sind notwendig. Nur so ist das Netz wirtschaftlich. Allein schon wegen der geringen Verluste“, sagt Jürgen Höfling, zweiter Vorsitzender der Genossenschaft. Höfling beziffert die thermische Verlustleistung des voll ausgebauten Netzes auf 100 kW. G 68 Sonne Wind & Wärme 02/2015 Zentraler Pufferspeicher fasst 150.000 L Damit die Leistung des Netzes auch ausreicht, wenn viele Nutzer gleichzeitig warmes Wasser zapfen, muss in jedem Haushalt ein Pufferspeicher installiert werden. Wer schon einen Speicher hat, weil er eine Holzheizung oder eine Solaranlage besitzt, kann diesen nutzen. Alle anderen Haushalte benötigen 150 bis 200 L Puffervolumen. Hinzu kommen ca. 800 L Puffervolumen pro Haushalt, den der große Pufferspeicher in der Heizzentrale bereithält. Dieser hat einen Durchmesser von 3,6 m und eine Höhe von 15,84 m und fasst 150.000 L. Das Gelände der Zentrale bietet auch Platz für ein 1 ha großes Holzlager. Die Genossenschaft kauft billiges Holz aus der Region ein. Dabei kann es sich um frische oder getrocknete Stämme handeln, denn Platz zum Trocknen ist ausreichend vorhanden. Bei Bedarf verarbeitet ein Lohnhäcksler dann die Stämme zu Hackschnitzeln und füllt die Bunker der Heizzentrale. Insgesamt sind für das Projekt 5,1 Mio. € angesetzt. In dieser Summe sind die Heizzentrale, die Trasse und die Übergabestationen in den Haushalten enthalten. Kurz vor Vollendung des Netzes liegen die Kosten nur 26.000 € über dem geplanten Budget, berichtet Jürgen Höfling nicht ohne Stolz. „Zurzeit könnten wir die Wärme für 6,3 Ct/kWh anbieten. Maximal soll die Kilowattstunde 8 Ct kosten“, so Höfling. Dabei ist der Stromverkauf ein wichtigerer Baustein, um den Wärmepreis stabil zu halten. Die Überschüsse der Genossenschaft kommen der Gemeinschaft zu Gute. Geplant ist es, zwei oder drei Elektroautos zu kaufen, die die Genossenschaftsmitglieder kostenlos nutzen können. Höfling kann sich in Zukunft auch eine Investition in Windkraft vorstellen. Eine ursprünglich eingeplante PV-Anlage hat die Genossenschaft aufgrund mangelnder Wirtschaftlichkeit verworfen. Solarwärme war nie ein Thema: „Denn das lohnt sich nicht“, ist Höfling überzeugt. Heizen nur mit der Sonne Dass sich Solarwärme sehr wohl lohnt und man sogar zu 100 % mit der Sonne heizen kann, beweist seit vielen Jahren der Solarpionier Jenni aus der Schweiz. Bereits im Jahr 2007 baute das Unternehmen nahe am Firmenstandort in Oberburg ein vollständig solargeheiztes Mehrfamilienhaus. Wie gut das Konzept funktioniert, kann man unter www.jenni.ch nachschauen. Dort sind die aktuellen Speichertemperaturen dargestellt. Am 15. Januar 2015 war der 205.000 L fassende Pufferspeicher oben 68,4 °C heiß. In der Mitte lagen 60,4 bis 66,5 °C vor und im unteren Bereich war mit 46,4 °C Platz für neue Solarenergie. An diesem Tag reichte die Wärmemenge aus, um Überschüsse an ein benachbartes Gebäude abzugeben. Zurzeit baut Jenni direkt neben dem ersten Objekt zwei weitere Mehrfamilienhäuser. Die Lehre aus dem ersten Projekt lautete: Als Speichervolumen reichen 108.000 L. Auch das Kollektorfeld fällt mit 165 m2 Aperturfläche deutlich kleiner aus. Im Vergleich zum Nahwärmenetz in Gössenheim ist das Speichervolumen pro Wohneinheit aber immer noch sehr viel größer: Dort reichen rund 1.000 L, hier sind es durchschnittlich 13.500 L pro Wohneinheit. In beiden Gebäuden entstehen je acht Wohnungen mit insgesamt 953 m2 Wohn- und Nutzfläche. Eine Fassadendämmung von 220 mm EPS und eine Dachdämmung von 300 mm Glaswolle sorgen für einen sehr niedrigen Wärmebedarf. Das ist eine der Voraussetzungen dafür, dass die Fußbodenheizung mit der äußerst niedrigen Vorlauftemperatur von 26 °C auskommt. In der Regel entnimmt die Fußbodenheizung die Wärme aus dem unteren Speicherbereich. Wenn die Temperatur dort nicht ausreicht, wird Wasser aus höheren Schichten angezapft. Auch eine direkte Einspeisung der Sonnenergie vom Kollektorkreis in den Fußboden ist über einen Plattenwärmetauscher möglich. Genauso wie die mehrstufige Entladung des Speichers geschieht auch die Beladung mehrstufig. Im 10,4 m hohen Speicher sind drei Wärmetauscher untergebracht. Wenn das Solarangebot niedrig ist, steuert die Regelung den kalten Bereich ganz unten REGELUNGSTECHNIK HE pump control HE-Check 1MX7MGLIVLIMXLSGLIJ½^MIRX 4;1YRH:7MKREPI IV^IYKIRYRHQIWWIR 150.00 L Pufferwasser speichern die Wärme im zentralen Speicher des Nahwärmenetzes Gössenheim zwischen. Der Pufferspeicher stammt vom österreichischen Hersteller Unitec GmbH. Foto: Unitec 1mV^ ,EPPI7XERH% www.resol.de Sonne Wind & Wärme 02/2015 69 Solarthermie SPEICHERTECHNIK FÜR GROSSVERBRAUCHER an. Der Durchfluss ist dann hoch, die Temperaturdifferenz zwischen Kollektorein- und Austritt ist 10 bis 15 °C groß. Wenn die Sonne stärker scheint, wird der zweite, mittlere Wärmetauscher zugeschaltet. Durch dieses Zuschalten sinkt der Durchfluss automatisch und die Temperaturdifferenz zwischen Kollektoreinund Austritt ist nun 15 bis 25 °C groß. Dadurch werden die höheren Ebenen des Speichers automatisch mit einer höheren Temperatur beladen. Natürlich stellt die Solaranlage auch Brauchwarmwasser bereit. Dafür sind drei seriell durchströmte Wassererwärmer mit einem Gesamtinhalt von 800 L im Speicher integriert. Eine 275 mm dicke Glaswolldämmung sorgt dafür, dass der Speicher wenige Verluste hat und die Wärme lange hält. Trotz der kleineren Dimensionierung der Sonnenheizung, werden auch die beiden neuen Mehrfamilienhäuser Überschüsse erzeugen. Von März bis November werden diese an ein benachbartes Industriegebäude abgegeben. Obwohl es keine konventionelle Zusatzheizung gibt, müssen die Bewohner nicht fürchten, im Kalten zu Sitzen. Ein wenig müssen sie sich aber schon an die spezielle Sonnenhaustechnik anpassen: „Warmwasserverbrauch und Lüftungsverhalten sollten von Dezember bis Mitte Februar nicht verschwenderisch sein, die Bewohner müssen sich aber nicht einschränken, auch Waschmaschine und Geschirrspüler können ganzjährig am Warmwasser betrieben werden“, sagt Tabea Bossard-Jenni vom Marketing bei Jenni. Und was kostet die Solarheizung? „Die Investitionen für die Sonnenheizung belaufen sich auf 25.000 CHF pro Wohnung“, so Bossard-Jenni. Für diesen einmal zu zahlenden Betrag bekommen die Mieter und Eigentümer lebenslang Versorgungssicherheit garantiert. Kosten für Brennstoffe fallen nie wieder an, nur für die Wartung fallen geringe Beträge an. Erdpufferspeicher spart Platz Gegner von Sonnenhäusern argumentieren gern, dass der große Speicher durch die teuren Umbauten Raum frisst. Das muss aber gar nicht sein, denn alternativ kann der Speicher auch unter der Bodenplatte liegen. Die Firma STSOL aus Dahlen in Sachsen fertigt solche fürs Erdreich tauglichen Behälter, die bis zu 20.000 L Volumen haben können. Zurzeit baut der Geschäftsführer Uwe Krause ein Muster-Einfamilienhaus mit 180 m2 Wohnfläche, unter dessen Bodenplatte im vergangenen November ein 8.000 L fassender Puffer installiert wurde. Es handelt sich um einen Stahltank, der mit einer aufgeschäumten, 200 mm dicken Polyurethanhartschaum-Dämmung versehen wird. Außen dichtet eine 5 mm starke, aufgesprühte Außenhaut den Speicher ab. Diese Beschichtung ist wasserdicht und widersteht Baumwurzeln und Nagetieren. Zusätzlich schützt ein Vlies den Behälter vor dem Erdreich, das bei der Montage in die Baugrube eingebracht wird. Anschließend schwemmt man den Speicher während des Befüllens mit feinem Kabelsand ein, damit er fest und stabil im Boden verankert wird. Der Pufferspeicher enthält zwei Solar- und einen Trinkwasserwärmetauscher. Das STSOL-Musterhaus wird nicht ganz so gut gedämmt wie die Mehrfamilienhäuser von Jenni. Um auf eine EPS-Dämmung verzichten zu können, wird der KfW55-Standard angepeilt. Neben dem 45 m2 großen Kollektorfeld, werden ein wasserführender Kamin und ein Gasbrennwertkessel als Backup installiert. Uwe Krause geht davon aus, dass er mit diesem Konzept 70 % solare Deckung erreicht. Baustelle in Oberburg: Jenni baut zwei weitere Mehrfamilienhäuser mit 100-prozentiger Solarheizung. 70 Sonne Wind & Wärme 02/2015 Foto: Jenni Bei Erdspeichern ist das sorgfältige Einschlämmen wichtig, damit alles gut sitzt. Es geht auch mit PV-Strom Auch der aus Kunststoff bestehende Pufferspeicher von der EBITSCHenergietechnik GmbH kann im Erdreich verborgen werden. Im vergangenen Sommer entstand im oberfränkischen Gundelsheim ein Doppelhaus mit KfW55-Standard und insgesamt 436 m2 Wohn- und Nutzfläche. Unter den beiden Terrassen der Doppelhaushälften befindet sich der Speicher mit 44.000 L Fassungsvermögen. Dabei ist das Speichervolumen in einen kleinen warmen und einen großen kalten Bereich unterteilt. Das Doppelhaus soll fast komplett mit Solarenergie beheizt werden. Hier liefern aber keine Sonnenkollektoren Wärme. Stattdessen ist auf der Südseite des Daches eine 14-kW-PV-Anlage installiert. Wärmequelle ist die Umgebungsluft, denn immer, wenn die Luft wärmer als die kälteste Speicherschicht ist, bringt ein Außenluft-Wärmetauscher Wärme in den Speicher ein. Die dazu nötige Pumpe und der Ventilator werden mit PV-Strom betrieben. Allein der Außenluft-Wärmetauscher kann natürlich keine nutzbare Temperatur für die Brauchwassererwärmung oder die Fußbodenheizung erzeugen. Dazu ist eine Foto: STSOL Wasser-Wasser-Wärmepumpe installiert, die das kalte Speicherwasser als Quelle nutzt und damit die Temperatur im wärmeren Speicherteilvolumen erhöht. Für den Betrieb der Wasser-Wasser-Wärmepumpe reichen bereits 600 W aus, sodass auch bei wenig Solarstromangebot nutzbare Temperaturen erzeugt werden können. Liefert die PV-Anlage keinen Strom, so muss das Heizsystem für die Pumpen der Heizkreise und der Frischwasserstation Netzstrom beziehen. Pumpenstrom muss aber ja bei der thermischen Sonnenhaus-Variante genauso vom Netz bezogen werden. Sommerliche Stromüberschüsse können die Hausbesitzer dafür selbst nutzen, was bei Wärmeüberschüssen aus Kollektoren nicht möglich ist. Das von Ebitsch Photothermie genannte System kann im Sommer auch kühlen: Das funktioniert, indem kühles Wasser durch die Fußbodenheizung strömt. Verloren geht die Wärme nicht, denn sie lädt den Pufferspeicher für die nächste Heizperiode auf. Jens-Peter Meyer Heizen mit der Sonne - einfach - wirtschaftlich - umweltfreundlich Swiss Solartank® Energiespeicher Saisonspeicher nach Mass für ganzjährig solar beheizte Ein- und Mehrfamilienhäuser. Verlangen Sie Unterlagen bei CH-3414 Oberburg - Tel. +41 34 420 30 00 [email protected] - www.jenni.ch Sonne Wind & Wärme 02/2015 71
