Zweistufige Technik sorgt für hohe Solarerträge

Die Wohnanlage Felix-Auerbach-Straße 18–20 der Wohnungsgenossenschaft „Carl Zeiss“ eG in Jena ist ein elfgeschos­siger Plattenbau mit 89 Wohneinheiten. Die beheizte Gebäudefläche beträgt etwa 4 600 m2. Im Zuge der Gesamtsanierung, gefördert durch die KFW, wurden die Gebäudehülle und die Heizungstechnik erneuert. Letztere steht ­hier ­im Fokus.

Die Rautal Gebäudemanagement GmbH Jena als Betreiber und Tochtergesellschaft der „Carl Zeiss“ eG hatte zwei klare Vorgaben für die Sanierungsplanung der Heizungstechnik an die varmeco GmbH: Spürbare Senkung der Energiekosten für einen auch zukünftig wirtschaftlichen Betrieb sowie hygienisch einwandfreie Trinkwarmwasserbereitung entsprechend den neuesten Vorgaben der Trinkwasserverordnung.

Beide Ziele wurden mit einer besonderen Kombination aus heizungsunterstützender Solarthermie mit Frischwassertechnik erreicht. Neben (genauer gesagt: vor) der eigentlichen Frischwassererwärmung gibt es eine Frischwasservorwärmung. Also eine Vorwärmstufe im Durchflussprinzip. Diese Vorwärmstufe wird ausschließlich solar versorgt und ist somit Garant für hohe Erträge. Während klassische mit Trinkwasser gefüllte Vorwärmstufen aus hygienischen Gründen meist energiekontraproduktiven Betrieb verlangen – z. B. empfiehlt die Richtlinie W551 des DVGW tägliches Durchwärmen auf 60 °C – sind bei der Frischwasservorwärmung keinerlei Maßnahmen angesagt. Optional ist sie hier anlagen- und regelungstechnisch in die thermische Desinfektion eingebunden.

Die Technik im Detail

Auf dem Flachdach des Gebäudes sind 36 Stück Vakuumröhrenkollektoren „Variotube“ montiert. Liegend und ohne nennenswerten Anstellwinkel, um Optik, Windlasten und Eigenverschattung zu optimieren. Dafür wurden die einzelnen Absorberstreifen schon im Werk in die spätere Sonnenrichtung gedreht. Insgesamt ist somit eine Bruttofläche von 108 m2 verbaut, was einer Aperturfläche von 73 m2 entspricht. Die Kollektoren arbeiten auf einer 2-Kreis-Solarstation, die zunächst den Vorwärmspeicher bedient. Ist dieser erwärmt, werden die 4 Kombipuffer und, falls Raumwärmebedarf vorhanden, die Heizgruppe beschickt. Aus dem Vorwärmspeicher (Leitwerkschichtspeicher) mit 1750 l wird der Frischwasservorwärmer versorgt, der als Zweierkaskade mit Geräten vom Typ „Vario fresh-nova 60“ ausgeführt ist. Diese Vorwärmstufe erwärmt das kalte Trinkwasser ohne nenneswerte Verweilzeit von etwa 10 °C auf typischerweise 25 bis 30 °C. Die 4 Kombipuffer (Leitwerkschichtspeicher) a 1750 l mit einem Gesamtvolumen von 7000 l versorgen den Frischwassererwärmer und die Raumheizung, sprich Heizgruppe.

Sind die Speichertemperaturen nicht ausreichend, wird über die Fernwärmeübergabestation nachgeheizt. Der Frischwassererwärmer hat eine Nennschüttleistung von 100 l/min und ist als Zweierkaskade mit Modulen vom „Typ FWE 50“ ausgeführt. Dies war Ergebnis der Auslegungsrechnung mit dem Wärmeschaubildverfahren „FALTINtool“, untermauert durch mehrjährige Verbrauchsmesswerte. Mit dem „FALTINtool“ lassen sich weiter die Frischwassererwärmerleistung, das Puffervolumen und die Nachladeleistung schnell und zuverlässig aufeinander abstimmen.

Weil aber die Warmwasser-Lastspitzen stark vom Bewohnerverhalten abhängen, muss die Anlage bei aktuell kleinstmöglicher Ausführung auch einer zukünftig größeren Warmwasserlast gewachsen sein. Die Frischwassertechnik ist, wenn sie kaskadiert eingesetzt wird, einfach skalierbar. Ein weiteres Gerät parallelgeschaltet ergänzt die Zweierkaskade zur Dreierkaskade und ergibt folglich eine Leistungssteigerung um 50 %. Diese Möglichkeit wurde vorbereitet und ist im Hydraulikschema angedeutet mit dem optionalen Kaskadengerät „K3“.

Geregelt wird die Gesamtanlage über Hard- und Software der Firma varmeco, Produktname „System 018“. Nur die Frischwasservorwärmung arbeitet autark. Die Regelung des „System 018“ umfasst damit im Wesentlichen die 2-Kreis-Solaranlage, die Frischwassererwärmerkaskade, das Speichermanagement mit Umschaltung der Solarwärme auf Vorwärm- oder Kombispeicher, die außentemperaturgeführte Heizgruppe und die Nahwärmeeinspeisung. Per Modbus-Protokoll erfolgt der Datenaustausch zur übergeordneten Gebäudeleittechnik.

Beeindruckender Solarertrag

Seit dem 30. Juni .2011 liegen Messwerte für verschiedene Energiepfade vor. Für den Zeitraum bis zum 25. Mai.2012, das sind 329 Tage, lässt sich ausweisen: Das Kollektorfeld erntete 39,7 MWh, die Fernwärme speiste 365,6 MWh nach, die rein solar versorgte Vorwärmstufe verbrauchte 4,5 MWh, die Frischwassererwärmung benötigte 39,4 MWh. Rechnet man einfach linear auf 365 Tage hoch, so ergibt sich ein spezifischer Kollektorertrag (Aperturbezug) von beeindruckenden 607 kWh/(m2 a).

Fazit

Die Frischwassertechnik hat sich nicht nur im Bereich der Einfamilienhäuser etabliert. Gerade im Objektbereich ermöglicht sie, Hygieneanforderungen von energieintensiven Maßnahmen zu entkoppeln. Denn die Energiespeicherung wird dem hygienerelevanten Trinkwasserbereich entzogen, auf die Heizungsseite verlagert und kann so bei beliebigen Temperaturen erfolgen. Dadurch sind Anlagensysteme möglich, die einerseits die Vorgaben der Trinkwasserverordnung leicht erfüllen und andererseits bei neuer planerischer Freiheit durch hohen Solarertrag beeindrucken.

Spürbare Senkung der Energiekosten für einen auch zukünftig wirtschaftlichen Betrieb sowie hygienisch einwandfreie Trinkwarm­wasserbereitung entsprechend den neuesten Vorgaben der Trinkwasserverordnung, das waren die Vorgaben.

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