Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Im Rahmen eines Feldversuchs sollte das Betriebsverhalten von zwei Prototypen der Optimierten W\u00e4rmezentrale (OWZ) der Fa. SOLVIS SOLARSYSTEME GMBH durch das IGS der TU Braunschweig messtechnisch \u00fcberwacht und die Nutzungsgrade des Systems unter realen Einsatzbedingungen ermittelt werden.Die gewonnenen Ergebnisse sollten der Verbesserung des Systems mit dem Ziel der Abstimmung der Komponenten der W\u00e4rmebereitstellung untereinander dienen und damit der Reduktion des noch erforderlichen Einsatzes an fossilen Brennstoffen sowie der damit verbundenen Emissionen.
\nDie Erkenntnisse sollten direkt in die Praxis umgesetzt werden und in die Produktion einflie\u00dfen. Das Projekt sollte zu einer erfolgreichen Markteinf\u00fchrung der Nutzungsgrad – Optimierten W\u00e4rmezentrale (OWZ) sowie zur Verbesserung der Marktchancen der Solarenergie im Ein- und Zweifamilienhausbereich und damit zur Sicherung von Arbeitspl\u00e4tzen in diesem Anwendungsbereich der Technik beitragen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Projektlaufzeit betrug ca. 2 Jahre, wobei f\u00fcr die eigentliche Messung ein Zeitraum von einem Jahr angesetzt wurde. Die zeitliche Dauer der weiteren zur Durchf\u00fchrung der messtechnischen Begleitung erforderlichen Arbeiten (Projektierung des Versuchsaufbaus, Beschaffung der Messtechnik, messtechnische Einrichtung der einzelnen Anlagen mit Kalibrierung der Messger\u00e4te und der n\u00f6tigen Softwareanpassung, die Durchf\u00fchrung von Kurzzeit – Messungen, Erstellung eines Simulationsmoduls sowie der anschlie\u00dfenden Auswertung) wurde ebenfalls mit einem Jahr angesetzt.Parallel zur messtechnischen Begleitung der Feldanlagen wurde vom ITW der Uni Stuttgart ein Simulationsmodell der Anlage erarbeitet, das unter Verwendung von Messdaten aus Laborversuchen sowie aus den Feldanlagen an die realen Verh\u00e4ltnisse angepasst wurde. Unter Anwendung dieses Simulationswerkzeuges wurden die Optimierungspotentiale abgesch\u00e4tzt und als Zielvorgaben in die technische Weiterentwicklung des Ger\u00e4tes integriert.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Im Rahmen des Monitorings wurde das Betriebsverhalten der Anlagen in den Funktionsbereichen Solar-, Heiz- und Warmwasserbetrieb \u00fcberpr\u00fcft. Die innerhalb des Solarkreises realisierte Funktion der Anpassung des F\u00f6rdervolumenstroms im Solarkreis bei hoher Einstrahlung tr\u00e4gt zur gleichm\u00e4\u00dfigen Beladung des Speichers bei, zeigt jedoch noch Ans\u00e4tze zur weiteren Verbesserung. Die Einhaltung der Abschaltkriterien des Solarkreises funktioniert in beiden Anlagen sehr gut. F\u00fcr den Bereich der Warmwasserbereitung wurde eine auslegungsgem\u00e4\u00dfe Funktion der Warmwasservorrang – Schaltung der Regelung festgestellt. Selbst bei den Spitzenwerten der Warmwasserzapfung in Anlage 1 von bis zu 900 l\/h betrug die Abnahme der Warmwassertemperatur lediglich 2 K. Der Warmwasserkomfort wurde damit durch Nutzung des Warmwasserpuffers im oberen Speicherbereich trotz im Vergleich zur maximalen Brennerleistung nahezu verdoppelten Leistungsabgabe eingehalten.
\nBeide Versuchsanlagen wurden im Auslegungsfall mit einer auf die Nutzung der Solarenergie abgestimmten Systemtemperatur von 55 \/ 35 \u00b0C betrieben. Als Spitzenwerte der abgegebenen W\u00e4rmeleistung wurden f\u00fcr beide Anlagen etwas \u00fcber 20 kW bei einer mittleren Leistung von etwa 5 bis 6 kW festgestellt. Die f\u00fcr den Betrieb beider Anlagen aufgestellten Jahres – Heizkurven zeigen deutlich die hinsichtlich der Brennwertnutzung g\u00fcnstige Betriebscharakteristik. Die Abgastemperaturen lagen in beiden Anlagen ganz-j\u00e4hrig unterhalb der Taupunkttemperatur des in den Abgasen enthaltenen Wasserdampfes, so dass selbst bei Betrieb in der Spitzenlast von einer Brennwertnutzung ausgegangen werden kann. Bzgl. der Erstellung der W\u00e4rmebilanz erreichen beide Anlagen in den Sommermonaten des Monitoring – Zeitraums solare Volldeckung. F\u00fcr den kombinierten Nutzungsgrad Heizung \/ Warmwasser ergeben sich f\u00fcr den Vergleichszeitraum im Winter und in der \u00dcbergangszeit Werte von \u00fcber 90 %. Dies verdeutlicht den gut aufeinander abgestimmten Betrieb von Kessel und Solaranlage. Der R\u00fcckgang des kombinierten Nutzungsgrades im Sommer wird durch einen erh\u00f6hten solaren Deckungsanteil ausgeglichen, so dass sich als Folge kein erh\u00f6hter Verbrauch fossiler Brennstoffe mit entsprechenden Emissionen ergibt. Das Rechenmodell des SolvisMax zum Einsatz in der Simulationsumgebung TRNSYS besteht aus dem Schichtenlade – Solarspeicher mit integriertem Kesselk\u00f6rper (Type 147) sowie einem Modell des angegliederten Warmwasser-W\u00e4rmetauschers (Type 98). Die Bestimmung des Optimierungspotentials bzw. die Optimierung der Anlage wurde hinsichtlich wirtschaftlicher und energetischer Kriterien durchgef\u00fchrt. Variiert wurden hierbei neben Ger\u00e4teparametern (maximale Brennerleistung, Modulationsgrenze, Puffervolumina, Speichervolumen) und Anlagenparametern (Kollektorfl\u00e4che, Solarkreismassenstrom, Heizkreisvorlauftemperatur und -spreizung) auch Geb\u00e4udeparameter wie der Jahres-Heizw\u00e4rmebedarf. Die hin-sichtlich der Absch\u00e4tzung des Optimierungspotentials der Anlage erwarteten Tendenzen wie verringerter Energieverlust durch Reduktion der Bereitschaftspuffervolumina durch die Reduktion der Heizkreistemperaturen und gleichzeitiger Erh\u00f6hung der Spreizung wurden insgesamt best\u00e4tigt. Die Zahlenbasis zur Absch\u00e4tzung des Potentials wurde ermittelt.
\nInsbesondere bei der Optimierung der Gesamt-Anlagenkonfiguration \u00fcber eine dynamische Geb\u00e4ude- und Anlagensimulation mit dem Lastprofil eines optimierten Niedrigenergie-Geb\u00e4udes konnten mittels Simulation \u00fcber eine entsprechende Anpassung der Parameter eine Verbesserung des Gesamt-Anlagenutzungsgrades von nahezu 5 Prozentpunkten ermittelt werden. In ebenfalls projektbegleitenden Untersuchungen zur Speicherschichtung und Optimierung der W\u00e4rmed\u00e4mmung des Speicherk\u00f6rpers wurde die auf das Schichtenergiekonzept abgestimmte Funktionalit\u00e4t des Brennerbetriebes nachgewiesen und eine im Hinblick auf die Minimierung der W\u00e4rmeverluste optimierte W\u00e4rmed\u00e4mmung f\u00fcr die Serienausstattung ermittelt. Abschlie\u00dfend wurde in einem die Projektarbeit begleitenden und insgesamt 44 installierte Anlagen umfassenden Feldversuch das Betriebsverhalten des SolvisMax hinsichtlich durchschnittlicher Brennerlaufzeit pro Z\u00fcndung, durchschnittliche Z\u00fcndzahl pro Jahr sowie durchschnittlicher Brennerlaufzeit pro Jahr ermittelt. F\u00fcr den SolvisMax konnten im Rahmen dieser breit angelegten Untersuchung Werte f\u00fcr die Anzahl der Brennerstarts ermittelt werden, die weit unter denen klassischer Kesselkonstruktionen und -regelungen liegen.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Ma\u00dfnahmen zur Verbreitung der Vorhabensergebnisse bestanden in der Pr\u00e4sentation der Projektergebnisse auf Messen (Solarenergy, Berlin, 1999; ISH, Frankfurt, 1999), auf Tagungen (SolvisForum ZIH, 2000), in Vorlesungen zum Technischen Ausbau an der TU Braunschweig sowie in diversen Ver\u00f6ffentlichungen. Die weitere Publikation der Ergebnisse ist geplant.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Insgesamt kann dem SolvisMax aufgrund der unter realen Bedingungen ermittelten Messwerte eine bereits in der Version der getesteten Feldanlagen hohe energetische Effizienz bescheinigt werden. Die Nutzungsgrade liegen auch im energetisch nicht optimalen kombinierten Heiz- und Warmwasserbetrieb im Winter und in der \u00dcbergangszeit auf hohem Niveau. Im energetisch weniger effizienten Sommerbetrieb wird der R\u00fcckgang der Nutzungsgrade \u00fcber den Einsatz regenerativer Energien ausgeglichen. Der SolvisMax stellt damit ein auf die Lastverh\u00e4ltnisse in Geb\u00e4uden verbesserten W\u00e4rmeschutzes abgestimmtes W\u00e4rmeversorgungskonzept dar, das die Funktion einer W\u00e4rmemanagement-Zentrale \u00fcbernimmt.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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