Projekt 27784/01

Solares Vollversorgungs-Heizsystem zur breiten Anwendung im Gebäudebestand

Projektträger

Consolar Solare Energiesysteme GmbH
Gewerbestr. 7
79539 Lörrach
Telefon: 07621 4222834

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung und Erprobung eines solaren Vollversorgungssystems zur möglichst breiten Anwendung in Ein- bis Zweifamilienhäusern. Das Projekt baut auf eine von 2003 - 2007 von der DBU geförderten Entwicklung eines Solarsystems mit integrierter, thermisch nur über Hybridkollektoren versorgter Wärmepumpe auf. Im Gegensatz dazu soll das im Rahmen dieses Projekts entwickelte solare Heizsystem ohne größere Einschränkungen für sanierte, d. h. nach heutigem Standard gedämmte Bestandgebäude einsetzbar sein.
Hierfür sollen Lösungen für folgende Anforderungen erarbeitet werden:
- Eignung für Dachneigungen bis unter 45° durch Schneeentfernungssystem,
- Hybridkollektoren und Systemtechnik für vielseitige Gebäudekonfigurationen, z. B. unterschiedlich ausgerichtete Felder,
- Heizleistung bis 15 kW, Ermöglichung höherer Heizkreisvorlauftemperaturen und
- verbesserte Wirtschaftlichkeit.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie oben beschriebenen Entwicklungsziele sollen zunächst in theoretischen Untersuchungen, insbesondere mit Systemsimulationen und Bedarfsanalysen bearbeitet werden.
Schneeuntersuchungen werden in entsprechenden schneereichen Gebieten (vorzugsweise Hochschwarzwald) durchgeführt. Weiterhin werden Voruntersuchungen z. B. bzgl. Materialumformung oder Korrosion bei neu eingesetzten Materialien bei entsprechenden Fachunternehmen oder Instituten beauftragt.
Die anhand von Bewertungsverfahren ausgewählten Lösungen werden für Funktionsmuster konstruiert bzw. die Regellogik programmiert.
Manche der ausgearbeiteten Systemlösungen werden im ersten Schritt am Teststand erprobt.
In der zweiten Projektphase werden die ausgearbeiteten Systemlösungen in ca. 3 - 4 verschiedenen Pilotanlagen realisiert und erprobt.


Ergebnisse und Diskussion

In den ersten beiden Projektjahren wurden die Lösungen für die obigen Zielsetzungen erarbeitet:
1. Lösungen für schnee- und stagnationssicheren Betrieb bereits ab 40°-Kollektorneigung
- Konstruktion des Hybridkollektors so, dass der Luftauslass auch bei geringeren Neigungen und bei mehreren Feldern übereinander schneefrei bleibt
- Entwicklung einer Schneeantaulogik, durch die der Schnee zum Abrutschen gebracht wird.
- Entwicklung einer Logik zum Stagnationsschutz über die Kollektorlüfter
Die Ergebnisse des Feldtests haben die grundsätzliche Funktion der Neuentwicklungen, aber auch ihre Grenzen in Gegenden mit sehr viel Schnee aufgezeigt.
2. Hydraulik und Logik für unterschiedlich ausgerichtete Teilkollektorfelder
Die entwickelte Zweifeldverschaltung und -logik hat sich im Feldtest bewährt.
3. Höhere Heizleistung bis 20 kW durch Kopplung mit (Bestands-) kessel
- Ein Heizkreis bis Vorlauf 55 °C, Rücklauf 35 °C
- Zwei Heizkreise: Radiator- und Flächenheizung
Die Grundlastversorgung erfolgt durch die WP. Der Kessel springt nur bei Anforderung hoher Leistung und/oder Temperaturen parallel an. Die Funktion wurde - nach mehreren Optimierungen - im Feldtest bestätigt. Damit ist eine wichtige Voraussetzung für den Einsatz im Gebäudebestand geschaffen.
4. Kostenreduktion und verbesserte Wirtschaftlichkeit
- Ermöglichung eines Wärmepumpensperrtarifs
- Reduktion der Systemkosten durch Vereinfachung (Wegfall von Komponenten)
- Entwicklung einer kostengünstigeren Konstruktion des Wasser-Eisspeichers
- Entwicklung kostengünstiger und wartungsfreundlicher Armaturengruppen im Energiezentrum
- Untersuchung und Entwicklung von Lösungen mit kleineren Kollektorfeldern
- Untersuchung der Systemkombination mit einem selektiven unabgedeckten Absorber
Durch die nun möglichen reduzierten Anlagengrößen und die Kostenreduktion wurden die Investitionskosten reduziert und die Wirtschaftlichkeit so stark verbessert, dass das System in der Vollkostenrechnung wettbewerbsfähig und teilweise deutlich im Vorteil ist gegenüber konventionellen Heizsystemen.
5. Entwicklung einer effizienteren und leiseren Lüfterregelung
Der Lüfter ist ein zentrales Bauteil sowohl hinsichtlich Effizienz, Akzeptanz (Lautstärke) und Wartung. Die Ergebnisse des Feldtests haben einen grundsätzlich zuverlässigen Betrieb und eine erfolgreich umgesetzte Drehzahlregulierung mit erhöhter Effizienz und geringer Geräuschentwicklung bestätigt.
6. Entwicklung einer neuen Reglerplattform (internetfähig)
- Umstellung auf Reglerhardware mit einfachem Internet-Anschluss und Zugriff über Portal
- Implementierung zahlreicher neuer und verbesserter Funktionen dank leistungsfähigerem Pro-zessor
Mit dem neu entwickelten Internet-Systemregler wurde neben der Funktionserweiterung eine wesentliche Voraussetzung für einen breiteren Einsatz des Solar-Wärmepumpensystems geschaffen: Monitoring und verbesserte Wartung. Der Regler mit neuen Funktionen und neuer hydraulischer Hardware wurde im Feldtest erfolgreich erprobt und optimiert.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Projektergebnisse wurden bei mehreren Fachtagungen und in Fachberichten der Öffentlichkeit zu-gänglich gemacht, insbesondere:
- 2. und 3. OTTI-Symposium Aktiv-Solarhaus (jeweils Vorträge)
- 20., 21. und 22 Symposium Thermische Solarenergie (Poster)
- Konferenz CEP CLEANENERGY & PASSIVEHOUSE 2011 (Vortrag)
- Veröffentlichung in Erneuerbare Energie (AEE, Österreich)


Fazit

Nach erfolgreicher Durchführung des Projekts sind technisch die Voraussetzungen für einen relativ breiten Einsatz des Solar-Wärmepumpensystems zur deutlichen CO2-Einsparung gegeben.
Um diese starke Verbreitung zu realisieren und damit auch weitere Kostensenkungen, sollte das System aber zusätzlich über eine stärkere Vertriebsorganisation vermarktet werden. Consolar ist diesbezüglich auf der Suche und in Gesprächen mit potentiellen Partnern.