Solare Nahwärme

Systeme mit Kurzzeitspeicher

Die Stadt Amersfoort liegt im Zentrum der Niederlande. Dort wurde die Wohnanlage Stadstuin errichtet, in der 1200 Menschen in 440 Wohnungen Platz finden. Vakuumröhrenkollektoren mit einer Aperturfläche von fast 650 m² versorgen die Wohnungen mit Energie für Raumheizung und Warmwasserbereitung.

Vakuumröhrenkollektoren für das Nahwärmenetz Stadstuin

Von Leon de Wit*

Die Wohnanlage besteht aus 24 Gebäudekomplexen, von denen jeder zwischen 18 und 20 Wohnungen beinhaltet. Die meisten Wohnungen sollen verkauft werden, einige jedoch auch vermietet. In den Niederlanden werden die meisten Solaranlagen an Einfamilienhäusern installiert. Wird jedoch eine Solaranlage für mehrere Wohneinheiten gebaut, gibt es üblicherweise ein eigenes Warmwasserleitungsnetz, um einen größeren Kollektorertrag zu erzielen. Dadurch werden aber die Errichtungskosten und die Netzverluste größer. In einem weiter verzweigten Rohrleitungsnetz gibt es auch mehr Möglichkeiten für die Bildung von Legionellen. Diese Nachteile führten zu der Entscheidung, ein Nahwärmeversorgungsnetz mit dezentraler Warmwasserbereitung zu errichten.
Der jährliche Heizenergiebedarf der Wohnungen liegt bei etwa 47 kWh/m². Dies wird durch gute Dämmung und eine kompakte Bauweise erreicht. Der Warmwasserbedarf wird mit ca. 2200 kWh pro Wohneinheit und Jahr angenommen. Die Wohnungen sind blockweise an das Wärmeversorgungsnetz angeschlossen. Der örtliche Versorgungsbetrieb REMU ist der Besitzer und Betreiber der Solaranlage, er liefert die Wärme an die Haushalte. Die Nachheizung erfolgt mit einem Gasbrennwertgerät, das einen Spitzenwirkungsgrad von 107% erreichen kann (bezogen auf den unteren Heizwert).
Die Grundlast des Wärmebedarfs für Raumwärme und Warmwasserbereitung wird von der Solaranlage mit Vakuumröhrenkollektoren gedeckt. Auf dem Dach jedes Gebäudekomplexes sind 27 m² Kollektorfläche montiert, im gesamten Projekt wurden daher 648 m² Vakuumröhrenkollektoren installiert. Der erwartete solare Deckungsgrad liegt bei 10%. Tabelle 1 fasst die Projektdaten zusammen.

Tabelle 1: Projektdaten des Nahwärmenetzes Stadstuin

In zehn der 24 Gebäudekomplexe erfolgt die Wärmeversorgung zusätzlich durch Blockheizkraftwerke. Der produzierte Strom wird in das öffentliche Netz eingespeist.
Die Anlage ist als Nahwärmenetz konzipiert. Dieses funktioniert ähnlich wie ein Fernwärmesystem. Die Techniker des Versorgungsunternehmens sind mit solchen Anlagen vertraut, was die Wartung vereinfacht. Die Warmwasserbereitung erfolgt mit Wärmetauschern in den Wohnblocks. Um Warmwassertemperaturen von 60°C zu erhalten, werden Vorlauftemperaturen von mindestens 70°C benötigt. Diese Warmwassertemperaturen sind erforderlich, um für ein Wohnprojekt in den Niederlanden eine Förderung zu erhalten.
Um die Rücklauftemperaturen des Netzes gering zu halten, wurden die Radiatoren für eine Vorlauftemperatur von 70°C und einer Rücklauftemperatur von 40°C ausgelegt. Im Winterbetrieb werden jedoch Rücklauftemperaturen unter 30°C erwartet. Bei einem üblichen Fernwärmenetz wird das Heizungsnetz auf 90/70°C ausgelegt. Die Raumtemperaturen werden mit Thermostatventilen geregelt. Abbildung 1 zeigt das Hydraulikschema der Anlage.
Die Heizungsinstallationen wurden von einem externen Installateur vorgenommen. Die Berechnungen wurden von REMU überprüft, um ein einwandfreies Funktionieren der Anlage zu garantieren.

Abbildung 1: Die Anlage in Stadstuin ist als Drainback-System ausgeführt. Bei Stillstand der Anlage wird das Wasser aus dem Kollektor abgezogen. 80 bis 90 % der in den Niederlanden installierten Anlagen werden mit Drainback-Technologie errichtet [1]

Abbildung 2: Die simulierte Wärmebilanz für einen Wohnblock über ein Jahr zeigt, dass von Mai bis August über 50% des Wärmebedarfs solar gedeckt werden können, im Seoptember ist es noch ein Drittel

Wärmebilanz

Für die Auswahl der Sonnenkollektoren wurden Anlagensimulationen durchgeführt. Es wurde ein Standardklimadatensatz mit stündlichen Werten basierend auf einem Normjahr (1964) in den Niederlanden herangezogen. Als Verbrauchsdaten wurden gemessene Werte verwendet.
Da es für diesen Verbrauch keine gemessenen Netzrücklauftemperaturen gab, wurden in einer konservativen Schätzung durchgehend 40°C angenommen. Da im Frühjahr und im Herbst die Rücklauftemperaturen in der Praxis geringer sind, wird angenommen, dass der wirkliche Ertrag über dem errechneten liegt.
Schlussfolgerungen
Die ersten Wärmeübergabestationen wurden erst kürzlich in Betrieb genommen. Daher gibt es noch keine Betriebserfahrungen.
Ein Ziel des Projekts war es, eine Standardwärmeübergabeeinheit zu entwickeln, die bei allen 24 Wohnblocks verwendet werden konnte. Dadurch wurde eine Kostenersparnis erzielt.
Bei großen Bauprojekten sind viele Partner mit unterschiedlichen Ideen und Gebäudekonzepten beteiligt. Dies brachte viel Nacharbeit mit sich. Das Bauen im Bereich von großen Siedlungen läuft nach fixen Vorgaben ab und erfordert einen hohen koordinativen Aufwand, wenn individuelle Lösungen gefordert werden.
Am Beginn des Projektes wurden Installateure hinzugezogen, die sonst im Bereich Bürobauten arbeiten und so Erfahrungen mit komplexen Systemen in das Projekt Stadstuin mitbrachten. Dies erwies sich als sehr vorteilhaft.

Literatur
1 Tagungsband des IEA SHC-Task 26 Industrie-Workshop, Delft, Niederlande, 2. April, 2001

*) Ing. Leon de Wit ist Mitarbeiter beim Energieversorger REMU Power Plus in den Niederlanden und leitet das Projekt Stadstuin. E-Mail: l.de.wit@remu.nl [^]