38.350 KB - Energetische Sanierung der Bausubstanz - EnSan

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FG BAU UND UMWELT - Energetische Sanierung eines Wohngebäudes in Wittenberg - 64übertriebene Erwartungen an die ergänzende Trinkwassererwärmung mittels Luftkollektorengedämpft werden. So sind wegen des relativ geringen Temperaturhubs entsprechend großeVolumina notwendig, um die angebotene Solarwärme speichern zu können.Bei dem oben ermittelten Temperaturhub von ∆t Wasser = 20 K wird für die Speicherung von Q Laden= 75,6 kWh ein Wasservolumen von V Speicher = 3.255 l benötigt. Bei der Dimensionierung derPufferspeicher ist neben dem solaren Angebot jedoch der tatsächliche Wärmebedarf für dieTrinkwassererwärmung zu berücksichtigen. Dieser liegt für eine Trinkwassererwärmung von20°C auf 55°C - wie oben bereits angegeben - zwischen 57 und 77 kWh/d. Da der solare Anteildieses Temperaturhubs je nach Zapfvolumenstrom entsprechend Abbildung 25 nur 6 % (für einenTrinkwassertemperaturhub von 2 K) bis 28 % (für einen Trinkwassertemperaturhub von 10 K)beträgt, sollten auch nur entsprechende Wärmemengen, d.h. maximal 25 kWh bevorratet werden.Die Größe der Pufferspeicher lässt sich daher wie folgt ermitteln:VSpeicher=( ρ ⋅c)QSpeicherWasser⋅ ∆tWassers25 kWh ⋅3600h= kgkJ990 3 ⋅4,18 kg⋅K⋅15Km= 1,45 mBei einem durchschnittlichen täglichen solaren Beitrag von 20 kWh können in der Betriebszeitvon April bis September etwa 3.600 kWh akkumuliert werden. Dies entspricht einerseits einemjährlichen Anteil (Deckungsgrad) an der Trinkwassererwärmung von 12 ... 17 % und andererseitseinem Kollektornutzungsgrad während der Betriebszeit für die Trinkwassererwärmung von 6%.Der tatsächlich gemessene solare Beitrag zur Trinkwassererwärmung für einen Gebäudeteil liegtim Jahr 2000 mit 1.500 kWh/a für die Speicherladung und ca. 900 kWh/a für die Speicherentladungjedoch noch unter dem angestrebten theoretischen Wert von 3.600 kWh/a. Dafür gibtes verschiedene Gründe:S Die Höhe des gezapften Warmwasservolumens korrelliert nicht immer mit dem solarenAngebot, d.h. die am jeweiligen Vortag akkumulierten solaren Einträge werden durch einengeringen Warmwasserverbrauch (z.B. Urlaubszeit, Wohnungsleerstand) nicht in Anspruchgenommen, so dass eine weitere Beladung - wenn überhaupt - erst bei einem hohen Strahlungsangebotmöglich ist.S Während des Betriebes der Speicherentladung kann es unter ungünstigen Voraussetzungenzu Speicherdurchmischungen kommen, was zu einer Reduzierung der täglich speicherbarenWärmemenge führt. So führen die unter 3.2.5 beschriebenen Ein- und Ausschaltbedingungen(Testläufe der Entladepumpe bei Erreichen einer Mindesttemperaturdifferenz zwischenPufferspeicher und Trinkwasserzufluss) bei geringen oder fehlenden Warmwasserzapfungenzu einer allmählichen Umschichtung in den Pufferspeichern, d.h. in den kalten Bereich wirdnicht oder unzureichend abgekühltes Wasser aus dem warmen Bereich transportiert. Dies hatinsbesondere in Zeiten geringer Zapfmengen zur Folge, dass das zwecks Erwärmung zumLuftkühler transportierte Pufferspeicherwasser bereits vorgewärmt ist und damit wenigersolare Wärme aufnehmen kann.Die Regelung der Pufferspeicher-Entladepumpe wurde inzwischen auch in entsprechendenFachveröffentlichungen der letzten Zeit thematisiert. Der wesentliche Unterschied zur vorhandenenLösung liegt darin, dass statt der Testläufe der Entladepumpe eine Inbetriebnahme der3
FG BAU UND UMWELT - Energetische Sanierung eines Wohngebäudes in Wittenberg - 65Entladepumpe über einen trinkwasserseitigen Strömungssensor erfolgt. Dieser Strömungssensorkann zwar ein relativ preiswerter, aber häufig ungenauer Paddelschalter sein. Die bessere Variantewäre ein Kaltwasserzähler (mit Impulsausgang), dessen Impulsfrequenz für die Drehzahlregelungder Pufferspeicher-Entladepumpe genutzt wird. Hier sind aber neben den Kosten dieserVariante die zusätzlichen Druckverluste durch den Kaltwasserzähler auf der Trinkwasserseite(z.B. Mehrstrahl-Flügelrad-Wasserzähler Q N 10 von Spanner-Pollux: 0,7 mWS bei 6000 l/h) zuberücksichtigen. Eine Messung des Mindestfließdruckes an der ungünstigsten Warmwasser-Entnahmestelle ist vor der Realisierung dieser Variante empfehlenswert, um späteren Versorgungsproblemenvorzubeugen.Einen typischen Speicherbe- und Speicherentladevorgang zeigt Abbildung 29. Hier ist unteranderem der Tagesverlauf der Speichertemperaturen und der der Temperatur der erwärmten Luftdargestellt. Die Speichertemperaturen liegen bei Beginn der Beladung bereits bei etwa 30 °C, d.h.das Ladepotential ist durch die unvollständige Entladung am Vortag reduziert. Darüber hinauskann man deutlich erkennen, dass das Strahlungsmaximum und damit auch das Maximum derTemperatur der erwärmten Luft bereits vor Erreichen der maximalen Speichertemperatur registriertwurde.75Speichertemperatur (3. Speicher) [°C]Temperatur der solar erwärmten Luft [°C]1200Speichertemperatur (1. Speicher) [°C]65Solarstrahlung [W/m2]1000Temperatur [°C]554535ab 14:00 h keine weitereSpeichertemperaturerhöhung800600400Solarstrahlung [W/m 2 ]25200150:001:002:003:004:005:006:007:008:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:0020:0021:0022:0023:000Abbildung 29: Tagesverlauf der Solarstrahlung und verschiedener Anlagentemperaturen (19.07.1999)
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