Hallo, in diesem Video möchte ich
Ihnen anhand von fünf Folien
die thermische Solarenergieutzung vorstellen
und zwar die Systemtechnik für
Trinkwarmwasser und Raumheizung in Gebäuden.
Beginnen möchte ich mit dem
typischen System in Deutschland
für Einfamilienhäuser,
für die solare Trinkwarmwassererwärmung.
Sie sehen hier das Hydraulikschema dazu.
Ich beginne hier mit der Solaranlage,
hier auf dem Dach des Gebäudes sind die Solarkollektoren,
die das Sonnenlicht einfangen
und in Wärme umwandeln.
Ja, und diese
Solarkollektoren sind durchströmt
von einem Fluid in diesem Fall,
von einem Wasser-Glykol-Gemisch in der Regel.
Kaltes Wasser strömt in den Kollektor rein,
kommt erwärmt wieder raus,
strömt hier zu diesem Trinkwarmwasserspeicher,
gibt seine Wärme
in diesem Wärmeübertrager ab und
strömt wieder in den Kollektor zurück.
Geregelt wird das Ganze
über zwei Temperatursensoren: einer
am Kollektoraustritt und
einer auf Höhe dieses Wärmeübertragers im Speicher.
Und diese
beiden Signale gehen in den Solarregler,
und immer dann wenn es
hier einige Kelvin wärmer ist
als hier unten im Speicher,
dann schaltet diese Pumpe ein
und transportiert die Wärme
von den Kollektoren
in diesen Wasserspeicher.
Wie ich schon gesagt habe,
ist in diesem Speicher Trinkwasser.
Kaltes Wasser strömt hier unten ein
und hier oben strömt das warme Wasser
dann wieder aus.
Das ist physikalisch schon so gegeben,
denn wenn Sie hier unten
Wärme zuführen,
steigt das warme Wasser im Speicher automatisch auf,
denn warmes Wasser ist ja etwas leichter als kaltes,
so dass es sich oben ansammelt
und hier unten
der Speicher kühl ist.
Falls mal nicht
ausreichend Sonne scheint, braucht man eine Nachheizung.
Die ist hier im
oberen Speicherbereich angesiedelt.
Die Nachheizung wird typischerweise
von einem ohnehin vorhandenen
Heizungsgerät (Heizkessel) abgedeckt
Das Heizgerät,
das die Raumheizung bedient,
das deckt auch
die (Warmwasser-) Nachheizung
im oberen Bereich des Speichers,
gesteuert durch einen Temperatursensor,
der anzeigt, wenn es
hier oben im Warmwasser-Speicher zu kalt wird,
(zum Duschen zu kalt wird),
dann heizt das Heizgerät nach.
Dazu gibt es eine Alternative.
Alternativ könnten Sie auch
hier das
solar vorerwärmte warme Wasser
mit einem elektronischen
Durchlauferhitzer nacherwärmen.
Und zwar meistens kurz vor der Zapfstelle,
um die letzten Grad,
die Ihnen zum angenehmen Duschen fehlen,
noch aufzutemperieren.
es gibt noch weitere Bauteile
in diesem Hydraulikbild.
Das ist hier eine Schwerkraftbremse,
hier referenziert, die hat
einen ganz besonderen Hintergrund.
Normalerweise sind die Kollektoren ja auf dem Dach
und der Speicher steht häufig im Keller eines Hauses.
Und dann
ist es nachts,
wenn die Sonne nicht scheint,
hier unten warm und hier oben kühl.
Und dann würde
(so wie ich es gerade im Speicher erläutert habe,)
warmes Wasser von selbst
hier in dieser Leitung aufsteigen
und es käme
eine Zirkulation zustande,
eine sogenannte Schwerkraftzirkulation.
Das möchte man natürlich vermeiden und
deshalb baut man dann hier
eine Rückschlagklappe ein
oder eine Schwerkraftbremse, wie man das nennt.
Ja, und hier noch Sicherheitseinrichtungen,
ein Ausdehnungsgefäß und ein Sicherheitsventil,
(das Wasser abbläst) falls der Druck unzulässig hoch ansteigt.
Ja, und schauen wir mal hier auf die Erläuterungen,
ob ich was vergessen habe.
Dieser Punkt: Es wird Energie
in Form von Trinkwarmwasser gespeichert.
Wir sehen gleich, dass das auch anders geht.
Wir haben eine Trennung der Kreisläufe
mit unterschiedlichen Medien.
Dieser Kreislauf ist getrennt über den Wärmeübertrager.
Dieser Kreislauf ist
getrennt über den Wärmeübertrager vom Trinkwasser.
Warum das so ist,
sehen wir auf der nächsten Folie.
Die erläutert das noch etwas.
Die anderen beiden Aspekte hatte ich beschrieben,
vielleicht hier noch die Anmerkung,
dass die Pumpendrehzahl
hier auch variabel sein kann,
die Drehzahl geregelt sein kann.
Darüber kann man dann
die Austrittstemperatur hier einregeln im Kollektor,
wenn der Kreislauf in Gang ist.
Wenn die
Pumpe mit geringerer Drehzahl läuft,
erwärmt sich das Wasser natürlich im Kollektor etwas stärker
und kommt auf höhere Temperaturen,
als wenn die Pumpe
auf hohen Drehzahlen läuft.
Soweit zu dieser Anlage zur Trinkwassererwärmung.
Jetzt der Blick auf diese Fluide.
Wir beginnen wieder
hier rechts mit dem Kollektorkreis.
Hier grün dargestellt,
das ist die sogenannte Solarflüssigkeit,
meistens ein Wasser-Glykol-Gemisch,
in einem geschlossenen Kreislauf
mit etwa 3 bar fülldruck, das ist etwas höher,
weil da ja auch relativ hohe Temperaturen erreicht
werden können.
Dann gelb das Heizungswasser,
also das Wasser, das durch die Heizkörper oder
die Fußbodenheizung strömt, durch das Heizgerät
und auch hier durch diesen Wärmeübertrager.
Das ist
schmutziges altes sauerstoffarmes Wasser,
Man muss ab und an
natürlich Wasser in die Heizung nachfüllen
aber immer nur wenig.
Und das alte Wasser
verbleibt dort drin.
Das ist auch ein geschlossener Kreislauf
mit etwa 1,5 bar Fülldruck.
Ja, und zuletzt das Trinkwasser,
hier violett dargestellt,
das ist immer frisches Wasser
und weil das so ist, ist es sauerstoffreich,
man muss Korrosionsschutz betreiben.
Dieser Speicher muss
entweder aus Edelstahl sein
oder er ist innen emailliert, das findet man
sehr häufig.
Je nachdem, wo man wohnt, ist das Trinkwasser
ja sehr kalkhaltig.
Und dann besteht die Gefahr, dass diese,
vor allem dieser Wärmeübertrager verkalken
kann oder aber auch dieser.
Aber hier vor allem können ja auch sehr
hohe Temperaturen erreicht werden.
Also der Kollektor schafft es
bei guter Solareinstrahlung
auf 80 bis 90 ⁰C und dann würde hier Kalk entstehen
und da muss man Vorsorge treffen,
dass das nicht passiert.
Wir haben im Trinkwasser den höchsten
Druck, circa 5 bar.
Das ist der Druck des Kaltwassernetzes,
wie er normalerweise im kommunalen Wassernetz
vorherrscht.
Die nächste Folie zeigt
eine solare Trinkwassererwärmung
in südlichen Ländern - beziehungsweise
in Ländern mit hoher Solarstrahlung.
Da können solche Anlagen viel einfacher aufgebaut sein.
Dann kann der Speicher draußen sein,
wenn es Länder sind,
in denen es nicht kälter als 0 ⁰C wird
und so keine Gefahr besteht,
dass das Wasser in diesem Speicher einfriert.
Und wenn das so aufgebaut ist, kann man sogar
auf die Pumpe verzichten,
weil warmes Wasser leichter ist als kaltes
und dann steigt das warme Wasser
von selbst auf
in diesen Speicherbehälter
und erwärmt das Trinkwasser dort.
Da kann ein Wärmeübertrager verbaut sein,
muss es aber nicht, der Speicher kann auch drucklos sein,
sodass sich also
im Kollektor und im Speicher Trinkwasser befindet.
Und was natürlich ganz wichtig ist,
der Speicher muss über(!)
dem Kollektor sein.
Sonst würde das ja nicht funktionieren
mit dieser
Schwerkraftzirkulation.
Ja, also der Vorteil von solch einfachen Systemen,
wie sie hier und hier dargestellt sind,
ist, dass man keine Pumpe braucht,
keinen Regler, keine Hilfsenergie.
Das waren jetzt zwei Beispiele
für solare Trinkwassererwärmung.
Jetzt kommt die
Raumheizung hinzu.
Ein Beispiel für ein solches System
ist dieses hier. Wir beginnen mal mit dem Speicher.
Sie haben hier
einen sogenannten Kombispeicher
bei diesem System, bestehend aus
einem Heizungswasserspeicher,
das ist dieser äußere Behälter und
in dem Heizungswasserspeicher ist ein zweiter Behälter,
in dem Trinkwarmwasser
drin ist.
Und
diese beiden Wasserbehälter
werden erwärmt
durch die Solarkollektoren
nach dem gleichen Prinzip,
wie wir es gerade schon gehabt haben:
ein Temperatursensor hier im Speicher
im Bereich des Solarwärmeübertragers
und ein Temperatursensor am
Austritt der Kollektoren.
Beide Temperaturen registriert der Regler
und schaltet diese Solarkreispumpe ein,
wenn es im Kollektor einige Kelvin wärmer ist
wie im Speicher.
Nun zur Nachheizung: Sie sehen hier
wieder das Nachheizgerät.
Und jetzt sehen Sie im Unterschied zu gerade
zwei Möglichkeiten den Speicher
nachzuheizen.
Einmal über diesen Weg
und einmal über diesen Weg.
Und dahinter steckt,
dass man unterschiedlich hohe Nutztemperaturen hat.
Der Trinkwarmwasserspeicher,
dieser Vorratsspeicher für Trinkwarmwasser,
der muß etwa auf 60 ⁰C gehalten werden
zur Legionellenprophylaxe.
Jedoch hier im Heizungskreis
reichen Ihnen häufig
viel niedrigere Temperaturen:
bei einer Fußbodenheizung ggf.
in der Spitze nur 35 bis 40 ⁰C
und wenn es draußen wärmer ist,
sinken diese Heizungsvorlauftemperaturen
sogar bis auf 20 oder 25 ⁰C ab.
Das heißt, hier oben in diesem Speicherbereich
haben Sie hohe Temperaturanforderungen,
hier unten nicht so hohe,
während des
Jahresverlaufs sogar veränderliche
Temperaturanforderungen.
Und weil die Wirkungsgrade von Heizgeräten
abhängig sind von der Temperatur,
mit der Sie das Wasser hier am Austritt bereitstellen,
deshalb macht es Sinn,
diese beiden Speicherbereiche
zu unterscheiden.
Sie können Wirkungsgradvorteile im
Jahresdurchschnitt erzielen, wenn Sie die
Heizwärme auf niedrigeren Temperaturen bereitstellen.
Wenn sie nicht diesen Zugang hätten,
müssten Sie ja immer hier
mit 60 bis 70 ⁰C rein
und hier unten wieder raus.
Weil wenn Sie hier mit 40 ⁰C oder 35 ⁰C
nur reingehen, dann würde Ihnen das
Trinkwasser ja abkühlen und Sie könnten
nicht mehr komfortabel duschen.
Das würden Sie nicht tolerieren.
Also insofern macht dieser zweite Eingang
in den Speicher hier Sinn.
Ja, und dieser Temperatursensor,
der steuert genau diese Umschaltung, besonders
dieser hier und dieser hier, diese beiden
steuern diese Umschaltung. Wenn es dem
hier zu kalt wird, also Gefahr besteht,
dass Sie nicht mehr komfortabel duschen
können oder die Legionellenprophylaxe
nicht mehr gewährleistet ist, dann
schalt das Heizgerät ein und beheizt
hier über diesen Eingang, bis es hier an
dem Sensor dann wieder warm genug ist.
Sie müssen gar nicht ganz durchladen,
sondern vielleicht nur bis hierhin,
wo der Temperatursensor sitzt.
Und umgekehrt, wenn diesem
Temperatursensor zu kalt wird, so dass
Sie nicht mehr ausreichend hohe
Heizungsvorlauftemperaturen haben,
dann wird dieser Weg hier freigeschaltet.
Ja, das waren die beiden Möglichkeiten,
den Speicher zu beheizen, durch die
Solarkollektoren und das Heizgerät.
Jetzt kommt die Nutzseite.
Da haben wir wieder die Trinkwarmwasserentnahme hier
oben im Speicherkopf
aus dieser Bevorratungsblase und hier
unten die Kaltwasserzufuhr
in diesen "Wurmfortsatz"
dieses Speicherbehälters hier oben.
Und das macht man so,
damit man hier unten es ausreichend
kühl hat, sodass die
Solaranlage hier immer
eine Vorwärmung des Trinkwassers vornehmen kann
oder sogar mehr,
wenn die Sonne intensiv scheint.
Ja, und diese Beimischstrecke hier, die
dient dazu, dass man
Verbrühungsschutz hat, denn
es kann bei hoher Solarstrahlung hier im Speicher
durchaus 60 bis 80 ⁰C heiß werden
und wenn Sie
das 80-grädige Wasser dann hier an die Zapfstelle
geben würden, dann könnten Sie sich verbrühen,
daher findet hier
eine Kaltwasser-Beimischung statt,
damit das nicht passiert.
Ja, und zu guter Letzt noch der Heizungsteil.
Der Heizungsvorlauf geht
hier unterhalb dieser Wasserblase
aus dem Speicher raus. Das ist auf
gleicher Höhe wie hier diese
Erwärmung des Heizungsteils,
da geht der Heizungsvorlauf in die Heizkörper
oder die Fußbodenheizung.
Der Heizungsrücklauf kommt hier etwa
unterhalb dieses Vorlaufs in den Speicher wieder rein.
Etwa auf gleicher Höhe wie
dieser Abgang, sodass das hier als
Heizenergie-Speicherteil angesehen werden kann.
Also hier oben ist der Trinkwasserteil,
zur Trinkwasserbevorratung,
hier die Heizwärmebevorratung und hier unten
ist der Teil für die Einkopplung der Solarenergie
auf möglichst niedrigem Temperaturniveau,
weil hier das kalte
Wasser einströmt.
Also nochmal zur Temperaturschichtung im Speicher:
hier unten ist die kälteste Stelle im Speicher,
mit etwa 10 ⁰C strömt hier Kaltwasser ein.
Hier kommen Sie
mit 25 bis 30 ⁰C
aus dem Heiznetz zurück, hier gehen
Sie mit 30 bis 40 ⁰C ins Heiznetz rein
und hier oben gehen Sie mit 60 ⁰C
zum Beispiel zur Zapfstelle.
Das zweite System, was ich Ihnen für
Trinkwassererwärmung und Raumheizung
vorstellen möchte, ist das mit
Pufferspeicher und Frischwasserstation.
Dieses System können Sie im Unterschied
zu dem vorherigen auch für
große Anlagen verwenden,
also nicht nur für Einfamilienhäuser,
sondern für Anlagen in Mehrfamilienhäusern mit
mehreren Wohneinheiten.
Das System hat
einen Pufferspeicher als zentrales
Element. Ein Pufferspeicher ist,
von der Terminologie her, ein Speicher,
der Heizungswasser enthält.
Und dieses System unterscheidet sich
hier in diesem linken Teil
überhaupt nicht von dem vorhergehenden.
Sie haben das Kollektorfeld und auch
das Heizgerät mit den beiden Einspeisestellen in den Speicher.
Auch die Heizungsanbindung
unterscheidet sich nicht.
Was sich unterscheidet,
das ist die Trinkwassererwärmung.
Die passiert hier über eine Frischwasserstation
im Durchlauf.
Und so eine Frischwasserstation
ist nichts anderes als ein großer Wärmeübertrager,
in dem das Trinkwasser, das hier als Kaltwasser einströmt,
im Durchlauf erwärmt wird
und dann zur Zapfstelle weiterströmt.
Und damit das hier erwärmt wird,
wird aus dem Pufferspeicher
heißes Heizungswasser entnommen,
hier in den Wärmeübertrager gegeben
und abgekühlt wieder
hier unten in den Pufferspeicher
eingespeist.
Ja, der Vorteil
dieses Systems ist, dass man hier sehr
viel günstiger den Legionellenschutz
betreiben kann.
Legionellen sind Bakterien,
die im Trinkwasser ganz natürlich vorkommen.
Wenn das Wasser dann längere Zeit,
eine Woche, zwei Wochen, halt längere Zeit steht
bei mittleren Temperaturen
von circa 30 bis 40 ⁰C,
dann vermehren sich diese Legionellen sehr stark
und können dann zu Problemen führen.
Sie können das Wasser weiter unbedenklich trinken
aber sie dürfen es nicht als
feine Tröpfchen einatmen.
Als Aerosole darf das nicht in die Lunge kommen,
denn sonst kann eine Lungenentzündung entstehen,
die sogenannte Legionärskrankheit.
Und das gibt auch immer mal wieder Todesfälle.
Also deshalb braucht man
diese Legionellenprophylaxe.
Legionellen sterben ab,
wenn man das Wasser auf 60 ⁰C erwärmt.
Und in dem System vorhin
muss man diese Erwärmung auf 60 ⁰C
regelmäßig durchführen.
Bei diesem System hier muss man das nicht machen,
denn hier ist ja nur Heizungswasser drin und
es reicht als Legionellenprophylaxe aus,
wenn hier diese
Warmwasserleitung
von der Frischwasserstation bis zur Zapfstelle
weniger als 3 Liter Inhalt hat.
Das gibt eine Verordnung vor,
die sogenannte Legionellenverordnung.
Ein weiterer Vorteil des Systems ist,
dass man diesen Behälter vergleichsweise preiswert bauen kann,
denn hier ist ja wie gesagt nur
sauerstoffarmes Heizungswasser drin und daher
muss man keine große Korrosionsprophylaxe betreiben.
Der Behälter
kann teilweise aus Kunststoff
gefertigt sein,
also er kann vergleichsweise einfach
aufgebaut sein.
Bei großen Anlagen hätte man dann
solche Frischwasserstationen nicht direkt am Speicher,
(Direkt am Speicher ist eine typische Einfamilienhaus-Installation)
sondern man hätte dann
in jeder Wohneinheit
eine Frischwasserstation,
direkt an den Zapfstellen der Wohneinheiten
und diese Leitung hier,
die würde dann
durch das ganze Mehrfamilienhaus führen
zu den einzelnen Frischwasserstationen
in den Wohneinheiten.
Und deshalb ist das System auch sehr gut für
Mehrfamilienhäuser geeignet.
Und wenn man große Systeme baut,
dann würde man auch den Solar-Wärmeübertrager
anders bauen, den Wärmeübertrager
würde man dann extern anordnen
als Plattenwärmeübertrager,
weil man mit diesen Plattenwärmeübertragern
auf kleinem Raum
sehr viel Leistung übertragen kann.
Das war es zu den Systemen
für Trinkwassererwärmung und Raumheizung
in Gebäuden.
Ich würde mich freuen, wenn Ihnen das Video weiterhilft.