Solare Nahwärme

Systeme mit Kurzzeitspeicher

Die Wohnsiedlung "Ob dem Vögisheimer Weg" in Müllheim liegt im Südwesten Deutschlands in der Nähe von Freiburg. Im Baugebiet werden insgesamt 80 Wohneinheiten in 70 Reihenhäusern und ein bis zwei Mehrfamilienhäusern errichtet. Alle Gebäude werden an eine zentrale Wärmeversorgung angeschlossen.

Solare Nahwärme mit Kurzzeit-Wärmespeicher in Müllheim

Von Wolfram Schmidt und Boris Mahler*

Die Heizzentrale in Müllheim wurde aus vorgefertigten Containern errichtet. Die beiden Container (einer für den Solarteil, einer für den konventionellen Teil) wurden fertig ausgerüstet auf die Baustelle gebracht. Zwischen beide Container wurden die zwei Pufferspeicher mit je 10 m³ Inhalt gestellt. Um die städtebauliche Ansicht zu verbessern, verbindet ein Dach beide Container.
Nach Anschluss von Fernwärme-, Gas- und Wasserleitungen konnte die Anlage 10 Tage nach Anlieferung der Containermodule in Betrieb gehen. Ein Prinzipschema der solaren Nahwärmeversorgung zeigt Abbildung 1.

Abbildung 1: Prinzipschema der solaren Nähwärmeversorgung in Müllheim

Die Sonnenkollektoren mit einer Gesamtfläche von 446 m² sind auf den Dächern von zwei Reihenhauszeilen installiert, die direkt neben der Heizzentrale angeordnet sind. Dadurch werden die Investitionskosten für die Solarleitungen minimiert. Die Dachfläche konzipierte der Architekt so, dass eine durchgehende Belegung mit Sonnenkollektoren möglich wurde. Zum Einsatz kamen sogenannte Solar-Dach-Kollektoren, die als komplettes Modul mit Teilsparren und Kollektor auf das Dach gelegt werden. Dieses System hat gegenüber Einzelkollektoren deutliche Vorteile hinsichtlich Kosten, Zuverlässigkeit und rationeller Montage. Auf diese Weise war es möglich, 245 m² Kollektorfläche in zwei Tagen zu installieren. Der nächste Schritt der Weiterentwicklung wäre die Erweiterung der Solar-Dach-Kollektoren auf die kompletten Sparren inklusive der Dachdämmung.

Erfahrungen aus Installation und Betrieb

Die Kollektorfelder wurden im Januar 1999 errichtet. Der Volumenstrom durch die beiden Felder musste im Nachhinein überprüft und erneut eingestellt werden. Ein Temperaturfühler, der zum Abschalten des Speicherladekreises benutzt wird, war zunächst falsch positioniert. Dadurch kam es zum nächtlichen Entladen des Pufferspeichers über den Solarkreis. Dieses Problem konnte durch ein Versetzen des Fühlers behoben werden. Seit diesem Zeitpunkt läuft die Solaranlage sehr gut.
Die Nachheizung mittels Gasbrennwertkessel in der Heizzentrale arbeitet bis auf eine zu hohe Lärmemission zufriedenstellend. Eine Schallschutzhaube für den Brenner brachte keine Abhilfe, erst durch den Einbau eines zusätzlichen Schalldämpfers im Abgasrohr konnte das Problem behoben werden.
In den ersten Monaten des Betriebes waren nur zwei Gebäude bewohnt. Dadurch war der Volumenstrom im Netz sehr viel niedriger, als in der Auslegung geplant. Als Folge davon bekamen die Netzpumpen nicht genügend Kühlung, liefen heiß und mussten ausgetauscht werden. Teile des Wärmeverteilnetzes wurden vor der Inbetriebnahme nicht genügend durchgespült, so dass einige Hausübergabestationen verstopft wurden. Seit Ende 1999 ist das Gebiet fast vollständig errichtet (es fehlen noch die Mehrfamilienhäuser) und der normale Regelbetrieb hat sich eingestellt.
Messergebnisse.

Abbildung 2: Gemessene Wärmebilanz in Müllheim im Jahr 2000. An den Wärmemengen in den Monaten Novembe und Dezember wird der milde Winter deutlich

Abbildung 2 zeigt die gemessene Wärmebilanz des Jahres 2000. An der ins Netz gehenden Wärmemenge in den Monaten November und Dezember erkennt man, dass der Winter 2000/2001 relativ mild war. Der Gesamtwärmebedarf war etwa 30% niedriger, als in der Planungsphase angenommen (milder Winter plus fehlende Mehrfamilienhäuser plus reduziertes Baugebiet). Der solare Deckungsanteil wurde mit 12% des Wärmebedarfs gemessen. Eine Schwierigkeit liegt in den relativ kleinen Pufferspeichern. Die ursprüngliche Planung sah um 20% größere Speicher vor, dies konnte jedoch wegen Anforderungen des Stadtplanungsamtes nicht realisiert werden. Im Sommer schaltet die Anlage am Nachmittag ab, morgens wird dann Wärme von den Heizkesseln benötigt. Dadurch liegt der solare Deckungsanteil auch in den Sommermonaten unter 70%. Der Solarertrag im Jahr 2000 lag bei 333 kWh/m²a.
Abbildung 3 zeigt den Verlauf der Temperaturen im Wärmeverteilnetz im Jahr 2000. Die Heizungssysteme in den Häusern sind auf Temperaturen von 70/40°C Vor- bzw. Rücklauftemperatur ausgelegt. Es ist jedoch erkennbar, dass auch in der Übergangszeit mit Außentemperaturen über 0°C die Rücklauftemperatur im Wärmeverteilnetz nie unter 45°C sinkt. Im Sommer wurden Rücklauftemperaturen zwischen 55 und 60°C gemessen. Diese unerwartet hohen Temperaturen führen zu einer Verminderung des solaren Ertrages.

Abbildung 3: Verlauf der Temperaturen im Wärmeverteilnetz im Betriebsjahr 2000. Die hohen Rücklauftemperaturen führen zu einer Verminderung des solaren Ertrages

Ergebnis

Das Solarsystem in Müllheim arbeitet zuverlässig und bisher ohne größere Probleme. Die Investitionskosten liegen im Bereich der Planungsergebnisse. Im Vergleich zu kleinen Solarsystemen konnte eine deutliche Kostenreduktion erreicht werden (Detaillierte Angaben zu den Kosten siehe Artikel "Solare Nahwärmesysteme in Europa" von Boris Mahler).

*) Dipl.-Ing. Wolfram Schmidt, Energieversorgung Oberbaden GmbH, Deutschland, E-Mail:Wolfram.Schmidt@evo-breisbach.de
Dipl.-Ing. Boris Mahler ist Abteilungsleiter im Steinbeis-Transferzentrum Energie-, Gebäude- und Soalrtechnik und Koordinator des EU-Thermie Projektes "Large Scale Solar Heating Systems for Housing Developments", http://www.stz-egs.de, E-Mail: boris.mahler@stz-egs.de [^]