Zeitschrift EE
2000-04: Solare Raumheizungsanlagen
Information und Service
Als Komplettanbieter im Heizungsanlagenbereich setzt die österreichische Firma Hoval zunehmend auf Systeme für erneuerbare Energieträger. Neben Biomassefeuerungsanlagen gewinnt ein breites Angebot an verschiedenen Solarsystemen immer mehr an Bedeutung. Der aktuellen Marktsituation, rund 50% der jährlich installierten Kollektorfläche werden für teilsolare Raumheizungen installiert, wird mit der Entwicklung von zwei Speichern, die genau für dieses Marktsegment geeignet sind, Rechnung getragen. Beide Speichertypen zeichnen sich durch eine effiziente Energienutzung, geringen Platzbedarf, rasche Montage und einfache Regelungskonzepte aus.
Neue Speicher für solare Kombianlagen
Kombispeicher mit integrierter Edelstahlbrauchwasserbirne (CombiSol)
Der Speicher besteht aus einem Pufferspeicher mit 800 - 3000 l Inhalt, in den ein Edelstahlspeicher mit 200 l Inhalt zur Brauchwasserbereitung eingebaut ist. Als Nachheizsystem für die Solaranlage werden vorwiegend gleitend oder modulierend betriebene Öl oder Gaskesseln installiert. Der Speicher ist für die Anwendung mit einer thermischen Solaranlage optimiert und ist wie folgt aufgebaut: Ein nach unten gezogener Fuß des Edelstahlspeichers, ein groß dimensioniertes eingebautes Glattrohr Heizregister, siphonierte Anschlussstutzen für Heizungsvorlauf und -rücklauf, sowie eine dicht anliegende 100 bzw. 120 mm starke Weichschaumwärmedämmung ermöglichen eine optimale Nutzung. Die hohe Materialqualität, titanstabilisierter Edelstahl (1.4571) bei den trinkwasserberührten Teilen, und die hochwertige Verarbeitungsqualität garantieren darüber hinaus eine lange Lebensdauer.
Energiespeicher mit externer Brauchwasserbereitung durch eine Plattenwärmetauscher (OptiVal)
Das zweite Kombi-Konzept besteht aus einem Pufferspeicher und einer externen Brauchwasserbereitung. Als Nachheizsystem für die Solaranlage empfiehlt sich ein Festbrennstoffkessel, der mit höheren Konstanttemperaturen betrieben wird. Die Solaranlage bringt die Energie in den heizwassergefüllten Energiespeicher ein. Die Brauchwasserbereitung erfolgt extern mittels Plattenwärmetauscher immer dann, wenn gezapft wird. Diese Brauchwasser-Ladegruppe bildet eine kompakte Einheit mit dem Speicher (siehe Abbildung 1) und besteht aus einem leistungsstarken Plattenwärmetauscher, der durch eine Ladepumpe vom Energiespeicher her versorgt wird. Um eine Verkalkung des Wärmetauschers oder eine Verbrühung durch zu hohe Warmwassertemperaturen zu vermeiden, wird die Eintrittstemperatur in den Wärmetauscher durch ein stetig regelndes Mischventil soweit reduziert, dass einerseits eine komfortable Warmwassertemperatur an der Zapfstelle erreicht wird, andererseits die Verkalkungs- oder Verbrühungsgefahr nicht gegeben ist. Die Erwärmung durch die Sonnenergie erfolgt beim OptiVal durch in den Speicherflansch eingebaute Rippenrohrwärmetauscher oder bei größeren Kollektorflächen durch extern angeordnete Plattenwärmetauscher.
Je nach Heizleistungsbedarf und angestrebten solaren Deckungsgrad werden beide Systeme mit Kollektorflächen von ca. 12 bis 40 m2 kombiniert. Sie werden auch als komplette Solarpakete mit Kollektoren, anschlussfertigen Armaturengruppen, Solarregelung und Frostschutzmedium angeboten. Der wesentlichste Vorteil dieser beider Speichertypen gegenüber Zweispeichersystemen ist der geringere Platzbedarf, verbunden mit einem deutlich reduzierten Montageaufwand. Minimierte Gesamtwärmeverluste und geringere Anschaffungskosten sprechen zusätzlich für kombinierte Systeme.
Abbildung 1: Schema der beiden Hoval Speicher für solare Kombianlagen Hoval CombiSol, energiespeicher mit integriertem Edelstahl-Wassererwärmer (links); Hoval OptiVal, Energiespeicher mit externem Durchflusswassererwärmer (rechts).
*) Dipl.-Ing. Paul Grossfurtner ist Produktmanager für Alternativenergien vei Hoval, Marchtrenk, www.hoval.at [^]
2000-04: Solare Raumheizungsanlagen
Information und Service
Betriebssicherheit, kurze Montagezeit, hohe Solarerträge und optisch ansprechendes Design zeichnen die neue Kompaktanlage Kompakta der Firma SOLution aus. Dieses System zur Warmwasserbereitung bekam auf der heurigen Welser Energiesparmesse den Innovationspreis verliehen. Die Anlage wird steckerfertig geliefert, nur die Solarvorlauf- und Rücklaufleitung sind mit dem Speicher bzw. am Kollektor mittels Schraubverbindung zu montieren. Auch der Frostschutz ist bereits eingefüllt, was die Inbetriebnahme der Solaranlage zum "Kinderspiel" werden lässt. Das Herzstück dieses Systems ist eine speziell dafür entwickelte Pumpengruppe.
Kompakta Solarsystem
Das energetisch optimierte Kompaktsystem besteht aus einem speziell konstruierten Low Flow-Kollektor mit Sunselct-Beschichtung und einer hochflexiblen Edelstahlwellrohr-Leitung. Das Herzstück der Kompakta ist aber ein Kompaktspeicher mit integrierter Steuerung, Pumpe und Ausdehnungseinrichtung. Die einzelnen Solarkreiskomponenten sind unter einer formschönen Abdeckhaube am Speicher angebracht (siehe Abbildung 1). Alle Komponenten sind für den Low Flow Betrieb ausgelegt.
Abbildung 1: Warmwasserspeicher mit 300 l, 400 l oder 500 l Volumen. Die Pumpe, die Regelung und das Ausgleichsgefäß sind am Speicher montiert.
Als Speicher wird ein doppelt-vakuumemaillierter Brauchwasserspeicher mit 2 Glattrohrwärmetauschern eingesetzt. Die Anschlüsse des Solarwärmetauschers werden in der fix aufgeschäumten Speicherdämmung nach oben zur Pumpe geführt, was für eine optimale Wärmedämmung sorgt.
Anstelle der herkömmlichen Umwälzpumpen wird beim Kompakta Solarsystem eine stromsparende Drehschieberpumpe eingesetzt. Bei einer Förderhöhe von 40 Metern und einem Volumenstrom von 150 l/h beträgt die Stromaufnahme nur 40 Watt. Diese große Förderhöhe ist erforderlich, da das System mit einer kompakten, hochflexiblen Edelstahlwellrohrleitung betrieben wird.
Vor allem bei der Errichtung von Solaranlagen in bestehenden Gebäuden bietet diese kompakte Leitung, mit einem Gesamtdurchmesser inklusive Isolierung von 70 mm, sehr große Montagevorteile. Für die Inbetriebnahme ist keine eigene Befüll- und Spülpumpe erforderlich. Die Anlage kann mit der internen Drehschieberpumpe in Betrieb genommen werden. In der Praxis ergibt sich beim System Kompakta eine Einsparung der Montagezeit von 4 - 5 Stunden gegenüber einer Standardsolaranlage. Das System wird grundsätzlich als geschlossenes System geliefert, welches mit 2,4 bar betrieben wird und mit einem Membranausdehnungsgefäß ausgestattet ist.
Auf Wunsch kann die Kompakta auch als offenes System betrieben werden, wobei in diesem Fall anstatt des Membranausdehnungsgefäßes ein offener Ausgleichsbehälter verwendet wird. Als offenes System betrieben, muss das System Kompakta weder gespült noch entlüftet werden und hat somit noch weitere Montagevorteile.
*) Ing. Gerald Jungreithmayr ist Geschäftsführer der Firma SOLution Solartechnik GmbH, Vorchforf, www.sol-ution.com [^]
2000-04: Solare Raumheizungsanlagen
Verwaltungs- und Industriebauten
Firmen wie Ford, General Motors, Federal Express oder Uniroyal nutzen bereits die kostenlose Sonnenenergie für die Beheizung ihrer Industriehallen durch die Energiesparfassade SOLARWALL. Das Prinzip ist sehr einfach und entspricht dem eines Solarluftsystems ohne transparenter Abdeckung.
Solar Wall - Heizen von Industrieanlagen
Der Wandaufbau entspricht der im Metallbau üblichen Konstruktion mit Tragkonstruktion, Trapezblechprofil innen, Wärmedämmung und einer diffusionsoffenen Folie. Anstelle des äußeren Trapezblechprofils wird das SOLARWALL Profil montiert. Abbildung 1 zeigt den Wandaufbau mit einer SOLARWALL Energiesparfassade. Der Unterschied zu den herkömmlichen Trapezblechprofilen liegt in der Perforation mit winzigen Löchern und der dunklen Beschichtung. Die Frischluft wird mittels Ventilator durch die winzigen Löcher angesaugt und strömt entlang des Trapezprofils zum Sammler (Vordachluftkammer). Von dort wird sie in die Halle geblasen. Die Erwärmung (Vorwärmung) der Frischluft erfolgt von zwei Seiten. Einerseits wird bei Solarstrahlung die Frischluft in den Kanälen durch den Energieeintrag der Sonne auf ein höheres Temperaturniveau angehoben, andererseits werden die Wärmeverluste der Wand durch die strömende Luft in den Kanälen rückgeführt. Die Funktionsweise ist in Abbildung 2 dargestellt. Die eingeblasene Luft liegt je nach Einstrahlung und Luftvolumen 5-30 K über Außentemperatur und wird in der Regel über eine einfache Differenztemperatursteuerung geregelt.
Abbildung 1: Wandaufbau einer Energiesparfassade nach dem SOLARWALL Prinzip
Abbildung 2: Funktionsweise des SOLARWALL-Systems. Die Frischluft wird in den Kanälen erwärmt und mittels Ventilator in die Halle geblasen.
Die SOLARWALL Fassade ist baugleich mit einer bauamtlich zugelassenen Trapez-Profiltafel 45/200. Das System ist sehr kostengünstig, sodass Pay-Back Zeiten von 2 bis 4 Jahren erzielbar sind. Die größte Anzahl dieser Solar-Luft-Kollektorfassaden wurde zunächst in Kanada und den USA gebaut. Hier entstand das nötige Know How zur Auslegung solcher Fassaden, um entsprechende Planungswerkzeuge zu entwickeln. Die ersten Bauvorhaben in Europa entstanden vor rund 10 Jahren, sodass es inzwischen in vielen EU Ländern Referenzbauten gibt. In Österreich ist das Produktionsgebäude der Fa. GREENoneTEC ein Beispiel für eine typische Anwendung dieser Technik. Die Südostfassade der Fertigungshalle wird über ca. 190 m² großes Luft-Kollektorfeld belüftet und beheizt. An 5 Stellen werden hinter der SOLARWALL mittels Axialventilatoren jeweils 2400 m³/h Zuluft angesaugt und über Rohrsysteme in die Halle befördert. Die gesamte Volumenstrom beträgt insgesamt 12.000 m³/h.
Abbildung 3: In der Südostfassade der Fertigungshalle der Fa. GREENoneTEC ist eine ca. 190 m² große SOLARWALL Kollektorfläche installiert.
In der Halle wird die Luft über Lüftungsrohre im Deckenbereich ausgeblasen. Dabei wird zusätzlich eine Vermischung mit der warmen Deckenluft erreicht, was insbesondere bei hohen Hallen zu weiteren Einsparungen führt. Die Steuerung der Solaranlage erfolgt temperaturabhängig über eine einfache Thermostatschaltung. Der Einstrahlwinkel der Sonne auf die Kollektorwand ist besonders während der Heizperiode, also in den Übergangszeiten und im Winter, optimal.
Die solare Vorerwärmung der Frischluft, eine Rückgewinnung von Wärmeverlusten aus der Wand sowie eine Reduzierung der Luftschichtung in der Halle sind die drei typischen Wirkungsweisen des SOLARWALL Solar-Luft-Kollektors. Bei der Anlage der Fa. GREENoneTEC ergibt sich ein durchschnittlicher Kollektorwirkungsgrad von 70%. Die Temperatursteigerungen gegenüber der Frischluft liegen zwischen 10 und 30 K.
*) Dipl.-Kfm. Robert Seidemann hat die Europavertretung für Solarwall in Göttingen [^]
2000-04: Solare Raumheizungsanlagen
Information und Service
Vom 6. bis 9.September 2000 veranstaltete die AEE-Arbeitsgemeinschaft ERNEUERBARE ENERGIE zum fünften Mal das internationale Symposium "Gleisdorf SOLAR". Insgesamt 335 Teilnehmer aus 14 Nationen bei den Fachvorträgen und rund 2000 Besucher am Publikumstag haben gezeigt, dass Sonnenenergienutzung auf äußerst breites Interesse stößt.
Gleisdorf Solar 2000 - Ein Rückblick
Die Veranstaltung wurde von der Europäischen Union (OPET), dem Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie, dem Bundesministeriums für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft, dem LandesEnergieVereins Steiermark, der Abteilung für Wissenschaft und Forschung des Landes Steiermark, sowie den Feistritzwerken Gleisdorf und der Stadt Gleisdorf unterstützt.
Exkursion und Europäisches Industrieforum
Das Programm am Mittwoch, dem 6.September, bestand aus zwei Parallelveranstaltungen. Im Rahmen einer Exkursion wurden unter fachkundiger Leitung thermische und photovoltaische Solaranlagen vorgestellt. Der Rahmen spannte sich dabei von der solaren Niedrigenergiehaussiedlung "Sundays", der thermischen Solaranlage am Mehrfamilienwohnbau Johann-Josef-Fuxgasse bis zum Energiepark der Feistritzwerke. Das Mittagessen in einem Solarcafe rundete den Vormittag ab. Am Nachmittag folgten Führungen im Niedrigstenergie-Einfamilienhaus Lang und im Weizer Energie und Innovationszentrum (W.E.I.Z). Abgeschlossen wurde die Exkursion mit der Besichtigung der thermischen Solaranlage am Mehrfamilienwohnbau "Volpe" in Weiz.
Parallel zur Exkursion wurde das "Europäische Industrieforum" durchgeführt. Das Industrieforum diente dem Informationsaustausch und der Verstärkung der Vernetzung und Kooperation der europäischen Solarindustrie. Die Vorbereitung erfolgte in Kooperation mit dem Bundesverband Solar (BVS) sowie mit europäischen Solarindustrieverbänden. Europäische und internationale Forschungs- und Vermarktungsprogramme wurden vorgestellt. Einen weiteren Themenschwerpunkt bildeten die Aktivitäten der nationalen Solarverbände in verschiedenen Ländern.
Am Abend des ersten Tages wurde das Symposium durch Ing. Werner Weiß (AEE) und Christoph Stark (Bürgermeister der Stadt Gleisdorf) feierliche eröffnet. Die Referenten und Teilnehmer wurden nach der Begrüßung von der Stadt Gleisdorf zu einem Buffet eingeladen.
Fachvorträge und Fachausstellung
Pedro Ballesteros (B) von der Europäischen Kommission, DG TREN/A5, hielt am 7.September den Eröffnungsvortrag über "Energy for the future: Renewable Energy Sources". Danach referierten 25 Wissenschaftler und Planer aus Belgien, Deutschland, den Niederlanden, Österreich und der Schweiz über thermische und photovoltaische Neu-entwicklungen, Umset-zungsstrategien und Komponentenentwicklungen. Bei den Beiträgen wurde verstärkt auf die Integration von architektonischen und gesamtenerge-tischen Aspekten von Gebäuden eingegangen.
Begleitend zum Symposium zeigten 54 Aussteller aus Deutschland, der Schweiz und aus Österreich Sonnenkollektoranlagen und Komponenten für Warmwasserbereitung und Raumheizung, Niedertemperatur-Wandflächenheizungen, Speicher und Regelungen sowie Biomasseheizkessel. Der Bereich Solarstrom war ebenfalls repräsentiert. Neben den Möglichkeiten der netzunabhängigen Stromversorgung von Wochenendhäusern, Almhütten und Wohnmobilen wurden auch architektonisch sehr ansprechende Photovoltaikanlagen vorgestellt. Abgerundet wurde die Fachausstellung durch Solar- und Elektromobile und Solarspielzeug.
Publikumstag
Am Samstag, den 9.September, wurde die Fachausstellung, die vom 6. bis 8.September nur für die Symposiumsteilnehmer zugänglich war, für alle Interessierten geöffnet. Mit diesem Publikumstag sollte eine Erweiterung des Symposiums über den Bereich des Fachpublikums hinaus erfolgen und die interessierte Bevölkerung eingeladen werden. Rund 2000 Besucher informierten sich bei den Ausstellern über die Möglichkeiten der Nutzung von Solarenergie. Das Rahmenprogramm bildete das "Fest der Biobauern" welche Fachaussteller und Publikum mit kulinarischen Köstlichkeiten verwöhnten.
*) Rosa-Magdalena Stranzl ist Mitarbeiterin der AEE- Arbeitsgemeinschaft ERNEUERBARE ENERGIE in Gleisdorf [^]
2000-04: Solare Raumheizungsanlagen
Verwaltungs- und Industriebauten
In Vorarlberg wurde die erste Gewerbehalle Mitteleuropas eröffnet, die ausschließlich (monovalent) über eine Solaranlage beheizt wird. In der Halle werden Sonnenkollektoren und Zubehör produziert und eine zugehörige Spenglerei untergebracht.
Vollsolar beheizte Produktionshalle
Die beim Hallenbau eingesetzten Materialien sind nach ökologischen Gesichtspunkten ausgewählt. Dabei wurde heimischen Baustoffen und Lieferanten der Vorzug gegeben. Besonderen Wert wurde auf ein möglichst einfache Technik gelegt, um eine hohe Lebensdauer und Wartungsfreiheit zu gewährleisten. Eine netzgekoppelte Photovoltaikanlage ist als weiterer Ausbauschritt vorgesehen.
Für die wirtschaftliche Situation des Unternehmens bedeutet dies, dass bei gleichen Investitionskosten wie bei herkömmlicher Bauweise mit keinen zusätzlichen Heizkosten zu rechnen ist. Gegenüber konventionell produzierenden Unternehmen führt das zu einem wirtschaftlichen Vorteil, der auf die hergestellten Produkte übertragbar ist.
Technische Daten
Das beheizte Bruttohallenvolumen beträgt 4.523 m³. Die Hallenwand ist in Holz-Elementbauweise mit 25 cm Wärmedämmung ausgeführt und hat einen U-Wert von ca. 0,17 W/m²K. Als Witterungsschutz wurde die Fassade mit einem hinterlüfteten Wellblech verkleidet. Die Dachkonstruktion ist teilweise in Holz-Elementbauweise mit innenliegender Wärmedämmung, teilweise als Binderkonstruktion mit obenliegender Wärmedämmung ausgeführt. Der U-Wert des Daches liegt bei 0,15 W/m²K.
Der Boden wurde mit 10 cm Wärmedämmung nach unten und zur Seite hin gedämmt. In die Betonplatte, die zur Speicherung der Wärme dient, sind zur Wärmeverteilung Rohre integriert. Die Deckschicht bildet ein Feinabrieb (Monofinish). Die Zwischenebene wurde in Stahl-Holzbauweise ausgeführt und wird als Lagerebene und zur Unterbringung der Büro-, Aufenthalts- und Sanitärräume genützt.
Die Fenster sind als Holzfenster mit dreifacher Verglasung ausgeführt und haben einen U-Wert von ca. 0,65 W/m²K. Die Fensterflächen sind nach Osten und nach Westen orientiert, auf eine zusätzlich Beschattungsmöglichkeit kann deswegen verzichtet werden. Auch bei heißem Sommerwetter herrscht angenehm kühles Arbeitsklima. Großer Wert wurde auch auf die Tore gelegt. Diese sind als Sektionaltore mit 75 mm Stärke ausgeführt, der U-Wert des kompletten Tores beträgt ca. 0,65 W/m²K. Auf die Luftdichtheit der Torabschlüsse wurde besonders geachtet.
Beheizt wird die Produktionshalle über eine Solarfassade mit 105 m² Kollektorfläche und einer am Dach mit 80° Neigung aufgestellten Kollektorfläche von 24 m². Die Kollektoren haben eine selektive Beschichtung und sind leistungs- und qualitätsgeprüft. Durch die Fassadenmontage können Stillstandsprobleme der Kollektoren weitestgehend vermieden werden. Die hydraulische Verschaltung der Kollektorfelder ist eine Mischform aus Parallel- und Serienschaltung. Die Wärmeübertragung vom Kollektorkreis zum Heizkreis erfolgt über einen Plattenwärmetauscher. Über diesen wird die als Wärmespeicher genutzte Betonplatte geladen. Das Wärmeverteilsystem im Boden besteht aus 30 Schleifen á ca. 90 m Alu-Kunststoffrohr.
Die Betonplatte dient damit gleichzeitig als Wärmespeicher und als Heizkörper (Beheizung durch Strahlungswärme). Zur Vermeidung von überhöhten Innentemperaturen wird die Betonplatte maximal auf 3 K über Raumtemperatur erwärmt. Die Kombination aus hoher Gebäudedämmung und hohen Energieerträgen im Winterhalbjahr ermöglichen eine vollsolare Deckung.
Kosten
Die Kosten der gesamten Heizungsanlage, inklusive Kollektor, Wärmeverteilsystem, Fußbodenrohre und Regelung betragen ca. ATS 500.000,-. Durch die Fassadenintegration der Kollektoren war entsprechend weniger Fassadenverblechung notwendig, woraus sich eine Einsparung von ca. ATS 40.000,- ergab. Die Österreichische Umweltförderung betrug ca. ATS 345.000,- (verlorener Zuschuss), womit sich Effektivkosten von ca. ATS 115.000,- ergaben. Die Kosten für eine konventionelle Heizung würden ebenfalls etwa ATS 500.000,- betragen.
Die Kosten der gesamten Halle betragen ca. ATS 1.450,-/m³ Bruttovolumen. Dieser Wert liegt im Durchschnitt für Gewerbehallen dieser Größenordnung. Der zusätzliche Aufwand durch bessere Wärmedämmung fällt finanziell nicht ins Gewicht, bringt aber im Sommer wie im Winter eine spürbare Verbesserung des Raumklimas. Entscheidend für die rein wirtschaftliche Sinnhaftigkeit ist die Auslegung des Projekts auf 100% solarer Deckung. Bei kleineren Deckungsanteilen fällt eine zusätzlich Heizungsanlage und damit zusätzliche Kosten an.
Perspektiven
Diese Anlage demonstriert die technische und wirtschaftliche Machbarkeit einer primärenergieunabhängigen Produktionsanlage mit Standort Mitteleuropa. Mit entsprechenden Anpassungen an die Nutzungsbedingungen ist das Konzept auf praktisch jede Art von produzierenden Gewerbe- und Industriebetrieben übertragbar. Unterschiede der geographischen Lage und damit des Energieertrages können durch die Variation der Kollektorfläche und der Speichermasse ausgeglichen werden. Förderungsmaßnahmen beeinflussen die Entschlussfindung positiv, sind jedoch wie dargestellt für die Rentabilität nicht zwangsweise notwendig.
*) Martin Winkler ist Geschäftsführer der Winkler Solarsysteme Spenglerei GmbH in Feldkirch, www.winklersolar.com/solar, Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein! [^]