Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Im Rahmen des Umbaus vom Schneefernerhaus-Hotel (Zugspitzplatt) zur Umweltforschungsstation (UFS) wurde in die S\u00fcdfassade der Bahnhofshalle eine Sonnenkollektoranlage zur Heizungsunterst\u00fctzung eingebaut. Zur Vermeidung lokaler Schadstoffemissionen (UFS betreibt Atmosph\u00e4renforschung) wurde eine Elektroheizung bestehend aus Elektrokessel, elektrischen Lufterhitzern und Kompressionsw\u00e4rmepumpe installiert. Die W\u00e4rmepumpe bezieht ihre Niedertemperaturw\u00e4rme aus der Sonnenkollektoranlage.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Solaranlage wurde 1994 vom ZAE Bayern projektiert und mit dem Simulationsprogramm TRNSYS ausgelegt. Als Grundlage der Auslegung dienten meteorologische Daten (Globalstrahlung, Lufttemperatur von 1965 bis 1973) am Zugspitzgipfel, gemessen von der Deutschen Bundespost, und die dynamische Simulation des Geb\u00e4udes. Dazu wurde das Betriebsverhalten des nicht sanierten Geb\u00e4udes mit 15 thermischen Zonen und den Wetterdaten simuliert. Das Ergebnis war der Referenzfall f\u00fcr 9 unterschiedliche Sanierungsvarianten, in denen z. B. der Einsatz verschiedener D\u00e4mmschichtdicken, die Verwendung von W\u00e4rmeschutz- bzw. Sonnenschutzverglasung und der Einsatz von transparenter W\u00e4rmed\u00e4mmung (TWD) an der Hausfassade detailliert untersucht wurden. Im Rahmen der Simulationen wurden auch unterschiedlich gro\u00dfe Kollektorfelder an verschiedenen Aufstellorten und ihre Einbindung in das Heizungssystem betrachtet.
\nDanach musste ein leistungsf\u00e4higer Sonnenkollektor gefunden werden, der unter den hochalpinen Klimabedingungen einen ausreichend hohen W\u00e4rmeertrag liefert und gleichzeitig den extremen Wettereinfl\u00fcssen (Au\u00dfentemperaturen von -36 \u00b0C bis +18 \u00b0C, Einstrahlung bis ca. 1400 W\/m\u00b2, Windgeschwindigkeiten bis 250 km\/h) standh\u00e4lt. Die Systemkomponenten wurden nach technischen bzw. wirtschaftlichen Gesichtspunkten ausgew\u00e4hlt. Ergebnis war die solar gest\u00fctzte Heizanlage der UFS mit 100 m\u00b2 Fassadenkollektor (Unterdruckflachkollektor Fa. thermo solar) und einer Kompressionsw\u00e4rmepumpe (50 kW Antriebsleistung). Als W\u00e4rmespeicher wurde der L\u00f6schwassertank (100 m\u00b3) genutzt.
\nZur Kontrolle der Funktion und des solaren Ertrags wurde 1997 eine Messdatenerfassung installiert und mit ihr die Anlagenleistung \u00fcber zwei Heizperioden (97\/98 und 98\/99) zeitlich hoch aufgel\u00f6st vermessen.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Im ersten Betriebsjahr 97\/98 wurden Regelung bzw. Anlage eingefahren und Optimierungsma\u00dfnahmen identifiziert. Der Dezember 1998 wurde dann zur Umsetzung der Optimierungsma\u00dfnahmen genutzt, um in der zweiten Messperiode (98\/99) die Erfolgskontrolle durchf\u00fchren zu k\u00f6nnen.
\nDie solare Strahlungssumme auf die Kollektorfassade betrug im 1. Messjahr 1559 kWh\/m\u00b2a und im 2. Messjahr 1457 kWh\/m\u00b2a. Entsprechend lag der solare Ertrag des 100 m\u00b2 Kollektorfeldes im 2. Jahr mit 61 MWh\/a etwa 10 % unter dem des Vorjahres und der solare Nutzungsgrad mit 42 % etwas niedriger. Drei der f\u00fcnf Vakuumkollektorfelder, die zur Leistungsverbesserung mit Krypton (35 mbar) gef\u00fcllt sind, zeigten keinen nennenswerten Druckanstieg, w\u00e4hrend der Druck von zwei Feldern schon nach 4 Monaten \u00fcber 100 mbar anstieg. Vermutlich entstanden die Undichtigkeiten durch die hohen thermische Spannungen in der 11,5 m breiten Solarfassade.
\nZur Senkung des W\u00e4rmeverlusts dieser undichten Kollektorfelder wird jetzt eine Vakuumpumpe betrieben, die regelm\u00e4\u00dfig den Kollektorinnendruck auf ca. 10-20 mbar absenkt. Damit ist ein ausreichend geringer W\u00e4rmeverlust der Kollektoren garantiert.
\nRegelungsverbesserungen: Um die Heizkosten zu senken, wird seit 1998 zu Niedrigtarifzeiten (nachts) \u00fcber den Heizungsr\u00fccklauf Stromw\u00e4rme in den Wasserspeicher eingespeist, damit sind zur Spitzentarifzeit (ca. zwei Stunden pro Tag) die Elektrokessel au\u00dfer Betrieb und es l\u00e4uft nur noch die W\u00e4rmepumpe. Obwohl w\u00e4hrend der Heizperiode 98\/99 mehr als doppelt soviel W\u00e4rme im Speicher (128 MWh\/a, 97\/98 61 MWh) umgesetzt wurde, lag die mittlere Speichertemperatur um ca. 2 K tiefer und der Speichernutzungsgrad stieg von 85 % auf 91 %. Weiter konnte mit einem leistungsangepassten Betrieb der W\u00e4rmepumpe (zwei Stufen) deren Jahresarbeitszahl von 2,9 auf 3,4 gesteigert werden.
\nDen gr\u00f6\u00dften Fortschritt brachten direkte Ma\u00dfnahmen zur Senkung des Geb\u00e4ude-Heizw\u00e4rmebedarfes. Mit ihnen wurden im 2. Messjahr Einspareffekte von ca. 11 % erzielt.
\nIm April 1998 wurde die Energieversorgung der UFS noch um eine zentrale, leitungsgebundene K\u00e4ltetechnik erweitert. Ihre Abw\u00e4rme wird nun ebenfalls in den Speicher eingespeist und kann zu Heizzwecken genutzt werden. Diese K\u00e4ltetechnik leistete allerdings in der Messperiode 98\/99 noch keinen nennenswerten Beitrag zur Energieversorgung, da sie erst seit Fr\u00fchjahr 2000 regelm\u00e4\u00dfig in Betrieb ist.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Die Betriebsgesellschaft UFS hat zur \u00f6ffentlichen Pr\u00e4sentation der Solaranlage 2 Poster im Format DIN A 0 angefertigt. Eines h\u00e4ngt f\u00fcr die Besucher der Forschungsstation im Empfangs- bzw. Konferenzbereich der UFS und das Zweite in der Station Sonnalpin der Bayerischen Zugspitzbahn AG auf dem Schneefernergletscher. Der Standort dieses Posters ist so gew\u00e4hlt, dass man direkten Blickkontakt zum Schneefernerhaus und dessen Solarfassade hat.
\nIn Zusammenarbeit mit dem Bayerischen Zentrum f\u00fcr Angewandte Energieforschung wurde von der UFS GmbH ein Flyer erstellt, der mit einer Auflage von zun\u00e4chst 1000 Exemplaren gedruckt wurde und zur Besucherinformation bei den Postern sowohl in der UFS als auch in Sonnalpin ausgelegt ist. Der Flyer und das Poster liegen der DBU als Muster vor.
\nDar\u00fcber hinaus wird derzeit eine Darstellung der Solaranlage im Internet vorbereitet, die unter der Domain www.schneefernerhaus.de und dem Logo der Deutschen Bundesstiftung Umwelt auf die Solaranlage verweist. Diese Visualisierung soll sp\u00e4ter in Form eines laufenden Films in der UFS und in den Stationen der Zugspitzbahn AG \u00fcber einen Bildschirm die Besucher der Zugspitze (ca. 500.000 pro Jahr) \u00fcber die Aktivit\u00e4ten der UFS und die Funktionsweise der Solaranlage informieren.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Insgesamt l\u00e4sst sich feststellen, dass die Einbindung der Solaranlage, trotz der Leckagen im Kollektorfeld, gegl\u00fcckt ist und die projektierten Leistungsdaten erreicht werden. Messungen der Globalstrahlung auf dem Zugspitzgipfel von 1996 – 1997 zeigten Jahressummenwerte zwischen 1346 kWh\/m\u00b2a und 1228 kWh\/m\u00b2a. Damit ist nachgewiesen, dass die Messdaten der Deutschen Bundespost aus den Jahren 1965 – 1973 (Mittelwert 1595 kWh\/m\u00b2a) wohl zu hoch liegen. Das erkl\u00e4rt die \u00dcbersch\u00e4tzung des solaren Ertrags der Kollektorfassade in der Simulation. Im Rahmen der Messkampagne wurden erhebliche Verbesserungen sowohl bei der konventionellen Heizungstechnik als auch bei der Solaranlage realisiert. Der spezifische, genutzte solare Ertrag liegt mit 564 kWh\/m\u00b2a (98\/99) f\u00fcr eine solar gest\u00fctzte Radiatorheizanlage (Auslegung 80\/60 \u00b0C) sehr hoch.
\nDie Bem\u00fchungen den Geb\u00e4udew\u00e4rmebedarf zu senken waren erfolgreich. Da noch Verbesserungspotenziale gesehen werden, sollte eine weitere Senkung des Energiebedarfs m\u00f6glich sein. Um das Anlagenverhalten zu beobachten und Besucher zu informieren, wird die installierte Messtechnik nach Abschluss des Projekts in der UFS verbleiben, deshalb k\u00f6nnen weiter Verbesserungsma\u00dfnahmen durchgef\u00fchrt und deren Erfolg \u00fcberpr\u00fcft werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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