Projekt 06475/01

Solarunterst√ľtzte Beheizung der Umweltforschungsstation Schneefernerhaus

Projektträger

UFS Schneefernerhaus GmbH
Zugspitze 5
82475 SchneefernerhausZielsetzung und Anlass des Vorhabens Im Rahmen des Umbaus vom Schneefernerhaus-Hotel (Zugspitzplatt) zur Umweltforschungsstation (UFS) wurde in die S√ľdfassade der Bahnhofshalle eine Sonnenkollektoranlage zur Heizungsunterst√ľtzung eingebaut. Zur Vermeidung lokaler Schadstoffemissionen (UFS betreibt Atmosph√§renforschung) wurde eine Elektroheizung bestehend aus Elektrokessel, elektrischen Lufterhitzern und Kompressionsw√§rmepumpe installiert. Die W√§rmepumpe bezieht ihre Niedertemperaturw√§rme aus der Sonnenkollektoranlage. 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√§udes. Dazu wurde das Betriebsverhalten des nicht sanierten Geb√§udes mit 15 thermischen Zonen und den Wetterdaten simuliert. Das Ergebnis war der Referenzfall f√ľr 9 unterschiedliche Sanierungsvarianten, in denen z. B. der Einsatz verschiedener D√§mmschichtdicken, die Verwendung von W√§rmeschutz- bzw. Sonnenschutzverglasung und der Einsatz von transparenter W√§rmed√§mmung (TWD) an der Hausfassade detailliert untersucht wurden. Im Rahmen der Simulationen wurden auch unterschiedlich gro√üe Kollektorfelder an verschiedenen Aufstellorten und ihre Einbindung in das Heizungssystem betrachtet. Danach musste ein leistungsf√§higer Sonnenkollektor gefunden werden, der unter den hochalpinen Klimabedingungen einen ausreichend hohen W√§rmeertrag liefert und gleichzeitig den extremen Wettereinfl√ľssen (Au√üentemperaturen von -36 ¬įC bis +18 ¬įC, Einstrahlung bis ca. 1400 W/m¬≤, Windgeschwindigkeiten bis 250 km/h) standh√§lt. Die Systemkomponenten wurden nach technischen bzw. wirtschaftlichen Gesichtspunkten ausgew√§hlt. Ergebnis war die solar gest√ľtzte Heizanlage der UFS mit 100 m¬≤ Fassadenkollektor (Unterdruckflachkollektor Fa. thermo solar) und einer Kompressionsw√§rmepumpe (50 kW Antriebsleistung). Als W√§rmespeicher wurde der L√∂schwassertank (100 m¬≥) genutzt. Zur Kontrolle der Funktion und des solaren Ertrags wurde 1997 eine Messdatenerfassung installiert und mit ihr die Anlagenleistung √ľber zwei Heizperioden (97/98 und 98/99) zeitlich hoch aufgel√∂st vermessen. Ergebnisse und Diskussion Im ersten Betriebsjahr 97/98 wurden Regelung bzw. Anlage eingefahren und Optimierungsma√ünahmen identifiziert. Der Dezember 1998 wurde dann zur Umsetzung der Optimierungsma√ünahmen genutzt, um in der zweiten Messperiode (98/99) die Erfolgskontrolle durchf√ľhren zu k√∂nnen. Die solare Strahlungssumme auf die Kollektorfassade betrug im 1. Messjahr 1559 kWh/m¬≤a und im 2. Messjahr 1457 kWh/m¬≤a. Entsprechend lag der solare Ertrag des 100 m¬≤ 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√ľnf Vakuumkollektorfelder, die zur Leistungsverbesserung mit Krypton (35 mbar) gef√ľllt sind, zeigten keinen nennenswerten Druckanstieg, w√§hrend der Druck von zwei Feldern schon nach 4 Monaten √ľber 100 mbar anstieg. Vermutlich entstanden die Undichtigkeiten durch die hohen thermische Spannungen in der 11,5 m breiten Solarfassade. Zur Senkung des W√§rmeverlusts dieser undichten Kollektorfelder wird jetzt eine Vakuumpumpe betrieben, die regelm√§√üig den Kollektorinnendruck auf ca. 10-20 mbar absenkt. Damit ist ein ausreichend geringer W√§rmeverlust der Kollektoren garantiert. Regelungsverbesserungen: Um die Heizkosten zu senken, wird seit 1998 zu Niedrigtarifzeiten (nachts) √ľber den Heizungsr√ľcklauf Stromw√§rme in den Wasserspeicher eingespeist, damit sind zur Spitzentarifzeit (ca. zwei Stunden pro Tag) die Elektrokessel au√üer Betrieb und es l√§uft nur noch die W√§rmepumpe. Obwohl w√§hrend der Heizperiode 98/99 mehr als doppelt soviel W√§rme 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√§rmepumpe (zwei Stufen) deren Jahresarbeitszahl von 2,9 auf 3,4 gesteigert werden. Den gr√∂√üten Fortschritt brachten direkte Ma√ünahmen zur Senkung des Geb√§ude-Heizw√§rmebedarfes. Mit ihnen wurden im 2. Messjahr Einspareffekte von ca. 11 % erzielt. Im April 1998 wurde die Energieversorgung der UFS noch um eine zentrale, leitungsgebundene K√§ltetechnik erweitert. Ihre Abw√§rme wird nun ebenfalls in den Speicher eingespeist und kann zu Heizzwecken genutzt werden. Diese K√§ltetechnik leistete allerdings in der Messperiode 98/99 noch keinen nennenswerten Beitrag zur Energieversorgung, da sie erst seit Fr√ľhjahr 2000 regelm√§√üig in Betrieb ist. √Ėffentlichkeitsarbeit und Pr√§sentation Die Betriebsgesellschaft UFS hat zur √∂ffentlichen Pr√§sentation der Solaranlage 2 Poster im Format DIN A 0 angefertigt. Eines h√§ngt f√ľr 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√§hlt, dass man direkten Blickkontakt zum Schneefernerhaus und dessen Solarfassade hat. In Zusammenarbeit mit dem Bayerischen Zentrum f√ľr Angewandte Energieforschung wurde von der UFS GmbH ein Flyer erstellt, der mit einer Auflage von zun√§chst 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. Dar√ľber 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√§ter in Form eines laufenden Films in der UFS und in den Stationen der Zugspitzbahn AG √ľber einen Bildschirm die Besucher der Zugspitze (ca. 500.000 pro Jahr) √ľber die Aktivit√§ten der UFS und die Funktionsweise der Solaranlage informieren. Fazit Insgesamt l√§sst sich feststellen, dass die Einbindung der Solaranlage, trotz der Leckagen im Kollektorfeld, gegl√ľckt ist und die projektierten Leistungsdaten erreicht werden. Messungen der Globalstrahlung auf dem Zugspitzgipfel von 1996 - 1997 zeigten Jahressummenwerte zwischen 1346 kWh/m¬≤a und 1228 kWh/m¬≤a. Damit ist nachgewiesen, dass die Messdaten der Deutschen Bundespost aus den Jahren 1965 - 1973 (Mittelwert 1595 kWh/m¬≤a) wohl zu hoch liegen. Das erkl√§rt die √úbersch√§tzung 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¬≤a (98/99) f√ľr eine solar gest√ľtzte Radiatorheizanlage (Auslegung 80/60 ¬įC) sehr hoch. Die Bem√ľhungen den Geb√§udew√§rmebedarf zu senken waren erfolgreich. Da noch Verbesserungspotenziale gesehen werden, sollte eine weitere Senkung des Energiebedarfs m√∂glich sein. Um das Anlagenverhalten zu beobachten und Besucher zu informieren, wird die installierte Messtechnik nach Abschluss des Projekts in der UFS verbleiben, deshalb k√∂nnen weiter Verbesserungsma√ünahmen durchgef√ľhrt und deren Erfolg √ľberpr√ľft werden.

√úbersicht

Telefon

089/1205764

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Bundesland

Bayern

Fördersumme

101.919,90 ‚ā¨

Förderzeitraum

20.07.1995 - 12.10.2000