ZfS-Bericht Stralsund - Solar - so heizt man heute

- Rationelle Energietechnik GmbHFörderprogramm „Solarthermie2000plus“Zwischenbericht für das ProjektAltenpflegeheim “Am Stadtwald“ StralsundFörderkennzeichen 032 9603TBerichtszeitraum: bis Dezember 2008vorgelegt durchZfS – Rationelle Energietechnik GmbHVerbindungsstraße 1940723 Hildenwww.zfs-energietechnik.deFelix A. PeuserUlrich RehrmannOktober 2009Das diesem Bericht zugrunde liegende Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministers für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit(BMU) unter dem Förderkennzeichen 0329603T gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autoren.ZfS - Rationelle Energietechnik GmbH, Verbindungsstraße 19, 40723 HildenTel.: 02103/2444-0, Fax: ...-40, eMail: info@zfs-energietechnik.de, Internet: www.zfs-energietechnik.de

INHALTSVERZEICHNIS1 EINLEITUNG 42 OBJEKTBESCHREIBUNG 52.1 Vorbemerkungen 52.2 Angaben zum Pflegeheim 53 TECHNISCHE DATEN UND HAUPTKOMPONENTEN DES SOLARSYSTEMS 74 CHRONOLOGIE 105 BESCHREIBUNG DES WÄRMEVERSORGUNGSSYSTEMS 125.1 Umbau des Systems 125.1.1 Anbindung der Heizkreise 135.2 Situation nach dem Umbau 155.3 Besonderheiten bei der Regelung des solaren Vorwärmspeichers 175.4 Besonderheiten bei der Regelung der Warmwasser-Bereitschaftsspeicher 186 REGELUNGSTECHNIK 197 MESSTECHNIK NACH UMBAU 228 DEFINITION DER KENNZAHLEN DES SOLARSYSTEMS 249 MESSJAHR 01.01. – 31.12.07 (2. MESSPERIODE) 259.1 Ertragsbilanz und Betriebserfahrungen 259.1.1 Summenwerte der Messperiode 259.1.2 Messwerte als Tagesmittelwerte der Wochensummen 279.1.3 Energiebilanz Vorwärmspeicher 309.1.4 Energiebilanz Bereitschaftsspeicher 319.1.5 Aufteilung der Solarenergie auf Erwärmung Zapfwarmwasser und Notkühlung 319.2 Überprüfung der Kollektorkennlinie anhand von Messwerten 329.3 Leistungsfähigkeit des Wärmetauschers Kollektorkreis/Ladekreis 369.4 Leistungsfähigkeit Wärmetauscher Pufferspeicherentladekreis 379.5 Verhalten des solaren Pufferspeichers beim Be- und Entladen 389.6 Verhalten des Umschaltventils VZ (Umschaltung Zirkulationsrücklauf) 429.7 Verhalten des Umschaltventils VL1 und VL2 (Legionellenschaltung) 4410 WARMWASSERVERBRAUCH UND KALTWASSER-FEHLSTRÖMUNG 4610.1 Trinkwasserverbrauch als Auslegungswert für das Solarsystem 4610.2 Prinzip zur Messung des TWW-Verbrauchs 4710.3 Entwicklung des gemessenen TWW-Verbrauchs 4810.4 Analyse zu den Gründen für den geringen gemessenen TWW-Verbrauch 4910.4.1 Systemaufbau 5010.5 Analysen zum gemessenen und zum wirklichen TWW-Verbrauch 50

10.5.1 These zur Fehlströmung des aufzuwärmenden Kaltwassers 5110.5.2 Untermauerung der These anhand der Messergebnisse aus 2007 5310.6 Systemeffizienz 6111 MESSJAHR 01.01. – 31.12.08 (3. MESSPERIODE) 6211.1 Ertragsbilanz und Betriebserfahrungen 6211.1.1 Summenwerte der Messperiode 6211.1.2 Messwerte als Tagesmittelwerte der Wochensummen 6511.1.3 Energiebilanz Vorwärmspeicher 6711.1.4 Energiebilanz Bereitschaftsspeicher 6911.1.5 Aufteilung der Solarenergie auf Erwärmung Zapfwarmwasser und Notkühlung 6912 VERGLEICH MESSPERIODEN 7013 GARANTIERTER SOLARERTRAG UND ERFÜLLUNG ERTRAGSGARANTIE 7213.1 Garantiewert 7213.2 Erfüllung des garantierten solaren Ertrages nach dem Umbau 7313.3 Vergleich der Garantieerfüllung vor und nach dem Umbau 7614 KOSTEN SOLARSYSTEM 7715 ZUSAMMENFASSUNG UND FAZIT 7916 LITERATURHINWEISE 8017 ADRESSEN 81

- 4 -1 EinleitungIm Rahmen des Programms „Solarthermie-2000, Teilprogramm 2“ (beendet Ende 2006, danachFolgeprogramm „Solarthermie2000plus“ /1/, /2/, /3/) sollte durch Förderung einer größeren Anzahl(bis zu 100) solarthermischer Demonstrations- und Forschungsanlagen eine umfassende Erprobungund Optimierung von Systemen zur aktiven thermischen Sonnenenergienutzung erfolgen. Die Anlagein Stralsund ist mit Fördermitteln aus dem Programm Solathermie-2000, Teilprogramm 2 im Jahr2001 bewilligt und in 2002 fertig gestellt worden.Mit diesem Teilprogramm sollten die technischen Voraussetzungen für einen künftigen wirksamenBeitrag der Solarthermie zur Energieversorgung geschaffen und gleichzeitig durch Systemstandardisierungdie wirtschaftliche Konkurrenzfähigkeit dieser Anlagen verbessert werden. Ausreichende Erfahrungenmit den unterschiedlichsten Systemkombinationen können nur dann gesammelt werden,wenn eine repräsentative Anzahl der diversen Anlagenvarianten errichtet, über einen längeren Zeitraumbetrieben und gleichzeitig intensiv beobachtet und analysiert werden kann.Im Programm "Solarthermie-2000", Teilprogramm 2 soll anhand von Beispiellösungen für größeresolarthermische Anlagen an unterschiedlich genutzten Gebäuden nachgewiesen werden, dass imBereich der thermischen Solartechnik technisch gute Lösungen zur Verfügung gestellt werden können.Diese Systemlösungen sollen weiter verbessert und angepasst auf die verschiedenen Anwendungsfälleoptimiert werden. Zugleich soll erreicht werden, dass die wirtschaftliche Konkurrenzfähigkeitgesteigert wird, indem durch Reduzierung der spezifischen Systemkosten und Erhöhung der spezifischenNutzenergieabgabe die solaren Nutzwärmekosten gesenkt werden.Dazu wird im Programm gefordert, dass die Kosten der solaren Nutzwärme einen oberen Grenzwertnicht überschreiten. In der ersten Projektphase (1.7.1993 bis 30.6.1997) wurde dieser Grenzwert auf0,15 €/kWh festgelegt, basierend auf einer angenommenen Lebensdauer der Solaranlage von15 Jahren und 6 % Zinssatz. Die insgesamt positiven Langzeiterfahrungen mit alten Solaranlagen, dieim Rahmen von Solarthermie-2000, Teilprogramm 1 untersucht wurden /4/, haben gezeigt, dass manbei heute installierten Solaranlagen von einer 20-jährigen Lebensdauer ausgehen kann, vorausgesetzt,dass Dimensionierung, Planung und Ausführung sorgfältig vorgenommen werden. Der Grenzwertfür die solaren Wärmekosten im Programm sinkt dadurch nunmehr auf 0,13 €/kWh. Es ist jedocherklärtes Ziel des Programms, die oberen Grenzwerte möglichst zu unterbieten, um die Konkurrenzfähigkeitder Solartechnik gegenüber konventionellen Energieträgern zu verbessern.

- 5 -2 Objektbeschreibung2.1 VorbemerkungenDie Solaranlage im Altenpflegeheim “Am Stadtwald“ in Stralsund (im Folgenden als APHS bezeichnet)wurde im Rahmen des F+E-Projektes “Solarthermie-2000“ errichtet. Die Betreuung der Anlageerfolgt durch die Fachhochschule Stralsund, die damit für die Kontrolle der Messdaten und des Betriebsverhaltensder Solaranlage verantwortlich zeichnet. Auf Grund des problematischen Betriebsverhaltensder Anlage hat sich die ZfS GmbH, Hilden, im Mai 2004 bereit erklärt, die FH Stralsund beider Analyse des Systemverhaltens zu unterstützen.2.2 Angaben zum PflegeheimDas APHS wurde in den Jahren 2001/ 2002 als zweigeschossiger Ersatzneubau für einen Teilbereichdes vorhandenen Pflegeheimes “Käthe Kern“ errichtet, das in Plattenbauweise in den 70er Jahren angleicher Stelle gebaut wurde. Träger des Hauses sind die Wohlfahrtseinrichtungen der HansestadtStralsund gGmbH.Das Gebäude „Am Stadtwald“ verfügt über ca. 110 Betten und eine eigene Küche. Da Foyerbereicheu.a. mit einer Fußbodenheizung ausgestattet sind, wurde eine thermische Solaranlage sowohl zurWarmwasservorwärmung als auch zur Heizungsunterstützung eingebaut. Die Kollektorfläche von ca.100 m² konnte aufgrund architektonischer Vorgaben nicht als dachintegrierte Lösung ausgeführt werden,sie musste vielmehr auf den zur Verfügung stehenden Flachdächern in unterschiedlicher Höheund in mehreren Teilfeldern aufgeständert werden.Die Anlage wurde im Juni 2002 fertig gestellt. Die erste Messperiode begann am 18.07.02 und endeteam 17.07.03. Da sich die Leistung der Solaranlage schon nach der 1. Messperiode als nicht ausreichendherausstellte (im Weiteren wird hierauf noch eingegangen), wurde ein Umbau auf eine Solaranlagenur zur Warmwasservorwärmung ohne Heizungsunterstützung beschlossen, der ab Oktober2004 geplant und im September 2005 abgeschlossen werden konnte.Da der Warmwasserverbrauch des Gebäudes „Am Stadtwald“ mit ca. 3 m³/d deutlich geringer ausfielals die in der Planung angenommen 4,5 m³/d, ergab sich in 2006 die Möglichkeit, zusätzlich das benachbarteGebäude „Käthe Kern“ mit 120 – 130 Betten anzuschließen und so den Warmwasserverbrauch(basierend auf den Erfahrung aus dem Gebäude „Am Stadtwald“) auf insgesamt etwa 6 m³/dzu steigern, ein Wert, der in etwa ein 100 m² großes Kollektorfeld nur für die Warmwasservorwärmungohne Auskopplung von Energie für die Heizungsunterstützung und ohne ständige Zirkulationseinbindung(d.h. Einbindung der Zirkulation nur bei hohen Temperaturen im Solarpuffer durch Ventilumschaltung)mit hoher Systemeffizienz (ca. 40 %) rechtfertigen würde.

- 6 -Abbildung 1:Altenpflegeheim “Am Stadtwald“ StralsundAbbildung 2:Teil des Kollektorfeldes auf dem Flachdach

- 7 -3 Technische Daten und Hauptkomponenten des SolarsystemsIn den folgenden Tabellen sind die Hauptkomponenten des Solarsystems aufgelistet. Die Informationenwurden aus Angebotsangaben, Revisionsunterlagen und durch eigene Aufzeichnungen gewonnen,ein Ersatz für die beim Betreiber vorhandenen Anlagendokumente können sie jedoch nicht sein.KollektorenStandort Stralsund, östl. Länge: 13,1°, nördl. Breite: 54,3°Ausrichtung15° (SSW)(Süd = 0°, Ost = -90°, West = +90°)Neigung 40°Anzahl Kollektormodule 46aktive Kollektorfläche101,2 m² (Absorberfläche = Aperturfläche), 2,2 m² pro EinzelkollektorWärmeträgerinhalt 1,56 l (*)Höhe über Grund8 mHöhe über Solarspeicher (unten) 8 mVolumenstrom durch Kollektorfeld Eingestellt: 28 l/(m²*h)Kollektorhersteller, TypSolar Diamant Systemtechnik GmbH (später Buderus), SKS 3.0 wBauartzulassung 08-328-095Absorbermaterial Cu-Rohr mit Cu-Absorberplatte verschweißt, Edelgasfüllung (*)Beschichtung selektiv, Fa. Interpane, Typ Sunselect (*)Wärmedämmung, Dicke Dämmplatte Mineralwolle, 70 mm (*)Frontabdeckung, Dicke ESG, Fa. AFG, Typ Solarex (*)Material Kollektorkasten Kunststoff (*)zul. Betriebsüberdruck 10 bar (*)Stillstandstemperatur 230 °C (*)Konversionsfaktor 0 0,846 (*) 0,816 (**)linearer Wärmeverlustkoeffizient 3,38 W/(m²*K) (*) 3,86 W/(m²*K) (**)quad. Wärmeverlustkoeffizient 0,0166 W/(m²*K²) (*) 0,0128 W/(m²*K²) (**)Winkelkorrekturfaktor 0,95 bei 50° (*)(*) ISFH; Prüfbericht Nr. 08-01/D, 2001(**) Schreiben Solar Diamant vom 18.01.05 für SKS 3.0 wSteigleitung vom Wärmetauscher zum KollektorfeldMaterial RohrStNennweite Innendurchmesser DN 50einfache Länge Rohrleitung10 mMaterial der WärmedämmungMineralwolleDicke der Wärmedämmung100 % HeizanlVWärmeleitfähigkeit der Wärmedämmung 0,035 W/(m*K)

- 8 -Wärmeträger im SolarkreisHerstellerTyforopMarkenname Buderus Solarfluid 50Volumenverhältnis Wärmeträger/Wasser 50 % / 50 %BasisstoffTyfocor L (Propylenglykol)Umwälzpumpe SolarkreisHerstellerGrundfosTypUPE 32-120/FAnzahl 1Auslegung Druck, Förderhöhe5 m eingestelltAnzahl der Stufen10 Stufen einstellbarSpannung1 x 230 VLeistungsaufnahme35 – 415 Wmax. zulässige Temperatur 110 °CSicherheitsventil und Auffanggefäß SolarkreisHerstellerBuderusTyp Logasol KDG Kompaktstation Art.-Nr. 83837108Anzahl 1Abblasedruck2,5 bar ümax. zulässige TemperaturKennzeichen HEinbauortSpeicherraumExpansionsgefäßHerstellerFlexconTypFlexcon SolarVolumen600 l, Vorschaltgefäß 200 leingestellter Vordruck1,5 bar üzul. Betriebsüberdruck6,0 bar ümax. zulässige Temperatur 70 °CAufstellortSpeicherraumWärmetauscher Solarkreis/SpeicherladekreisHerstellerCetetherm CetepakTyp422-HVC81PL2V, 2-wegigFläche 9,4 m²Material Tauscherplatten Edelstahl gelötet (1.4401)

- 9 -Ladepumpe PufferspeicherHerstellerGrundfosTypUPE 32-120/FAnzahl 1Auslegung Druck, Förderhöhe2 m eingestelltAnzahl der Stufen10 Stufen einstellbarSpannung1 x 230 VLeistungsaufnahme35 – 415 Wmax. zulässige Temperatur 110 °CPufferspeicherHerstellerRatiotherm DollnsteinTypzyl. Speicher mit SchichtladeeinrichtungAnzahl 1Volumen je Speicher6.000 lMaterial BehälterwandStMaterial WärmedämmungPolyester-FaservliesDicke der Wärmedämmung120 mmWärmeleitfähigkeit der Wärmedämmung 0,035 W/(m*K)Material Ummantelungverzinktes BlechWärmetauscher Entladekreis PufferspeicherHerstellerSWEPTypB28H x 67 / 3P-SC-S, 3-wegigFläche 4,2 m²Material Tauscherplatten Edelstahlplatten gelötet (1.4401)Trinkwasser-VorwärmspeicherHerstellerBuderusTypLogaluxAnzahl 1Volumen je Speicher750 lMaterial BehälterwandSt mit Buderus-ThermoglasurMaterial WärmedämmungFCKW-freier Polyurethan-HartschaumDicke der Wärmedämmung80 mmMaterial UmmantelungKunststoff

- 10 -4 Chronologie25. August 2000Eingang des Ideenpapiers (Fragebogen) bei der ZfS – Rationelle Energietechnik GmbH18. Mai 2001Eingang des Antrages zum Programm "Solarthermie-2000" beim Projektträger PtJ (damals BEO)18. Juni 2001Bewilligung des Projektes durch den Projektträger PtJ im Rahmen des Programms "Solarthermie-2000" Teilprogramm 201. August 2001Beginn Installation der Solaranlage18. Juli 2002Betriebsaufnahme und Beginn der 1. Messperiode (18.07.02 – 17.07.03)Die Auswertung der 1. Messperiode zeigte, dass die solare Ertragsgarantie nur zu ca. 67 % erfülltwurde.Oktober 2003Anlagenumbau: Einbindung Rücklauf Zirkulation vom verbrauchsfernen Warmwasserspeicher in denverbrauchsnahen WarmwasserspeicherAb Juni 2004Vertiefende Untersuchungen von ZfS und FH Stralsund, warum die Solaranlage eine nur unbefriedigendeLeistung erreicht.Juli 2004Bericht der FH Stralsund und der ZfS, Analyse des unbefriedigenden Anlagenverhaltens, Vorschlägezum Anlagenumbau auf ein System nur zur Warmwasservorwärmung ohne Heizungsanbindung.Oktober 2004Beginn der Planungsarbeiten zum Umbau der SolaranlageSeptember 2005Abschluss Umbauarbeiten, Wiederaufnahme Anlagenbetrieb und Aufnahme von Messwerten

Juni 2006- 11 -Zusätzlicher Anschluss von Gebäude „Käthe Kern“ an die Warmwasserbereitung im Gebäude „AmStadtwald“01. Januar 2007Beginn der 2. Messperiode (01.01. – 31.12.07)01. Januar 2008Beginn der 3. Messperiode (01.01. – 31.12.08)

- 12 -5 Beschreibung des Wärmeversorgungssystems5.1 Umbau des SystemsNach der ersten Messperiode 2002/2003 zeichnete sich ab, dass die Solaranlage mit einem gemessenenSystemnutzungsgrad von 22 % nur etwa die Hälfte des mit der Garantie des Bieters abgegebenSystemnutzungsgrades von 43,5 % erreichte. Die Nachrechnung der solaren Ertragsgarantie, beider dann auch die realen Betriebsbedingungen (wie tatsächliche Einstrahlung und Warmwasserverbrauch)in der Messperiode berücksichtigt werden, ergab dann auch nur eine Garantieerfüllung von66,2 %. Mit der Analyse der Messwerte konnte gezeigt werden, dass die Schaltung der Anlage sowiewesentliche Komponenten der Anlage teilweise sehr ungünstig konzipiert waren. Eine Erfüllung dersolaren Ertragsgarantie war mit der Anlage in diesem Zustand nicht möglich, sodass die ZfS danneinen Umbau vorgeschlagen hat. Ausführlich sind die Begründungen für den Umbau im Zwischenberichtvom 01.08.2003 dargelegt. Deshalb sollen an dieser Stelle nur noch einmal kurz die wesentlichenPunkte, die zum Umbau geführt haben, aufgeführt werden:1. Systemtypisch hohe Rücklauftemperaturen zum Solarpufferspeicher beim Buderus-System inVerbindung mit stets voller Durchladung der Trinkwasserspeicher bei hoher Zirkulationsenergieund geringem Warmwasserverbrauch2. Anlagenregelung ist kompliziert, wartungsintensiv und störempfindlich3. Fehlerhafte hydraulische Anbindung der Heizkreise mit der Gefahr durch Überhitzung der angeschlossenenFußbodenheizkreise. Durch eine funktionsuntüchtige Regelung für die Abfuhrvon Solarwärme in die Heizkreise wurde allerdings – glücklicherweise – diese Solarwärmenutzungverhindert. Zusätzlich traten im Bereich der Heizungseinbindung störende Fehlströmungenauf. (hierzu Erläuterungen im Detail Kap. 5.1.1)4. Wärmetauscher zwischen Kollektorkreis und Ladekreis ist im Gleichstrom angeschlossen5. Zur Verfügung stehende Anschlüsse der Be- und Entladekreise an die Schichtladeeinrichtungdes Pufferspeicher sind nicht optimal gewählt6. Kollektorkreis erreichten nicht die (auf Grund des Prüfberichtes 08-01/D des ISFH für den KollektorSolar Diamant SKS) zu erwartende Leistung. Der Wirkungsgrad des Kollektorfeldes(eta) liegt etwa 4 – 5 %-Punkte niedriger, als dies für ein Kollektorfeld unter Berücksichtigungvon Verlusten aus der Kollektorfeldverrohrung, Verschmutzung und Windeinfluss gegenübereinem Einzelkollektor unter Prüfstandsbedingungen zu erwarten gewesen wäre.Die oben aufgeführten Problempunkte 1 und 2 wurden gelöst, indem die Anlage auf ein System zurreinen Warmwasser-Vorwärmung umgebaut wurde. Die Vermengung zwischen solarer Vorwärmungund konventioneller Nachheizung mit den sich daraus ergebenden Problemen wurde dadurch aufgehoben.Ziel war es, das Kaltwasser unabhängig von der konv. Nachheizung in einem solar beheiztenVorwärmspeicher aufzuwärmen und es dann den konventionell nach geheizten Bereitschaftsspeichernzuzuführen.Der Verbrauch an Warmwasser für das Gebäude "Am Stadtwald" wurde zu etwa 2 m³/d ermittelt, dasVolumen des neuen Vorwärmspeichers daraufhin (auch unter Berücksichtigung von Platzproblemenim Heizungskeller sowie möglichst kurzer Rohrleitungen) mit 750 l festgelegt. Wegen des (vorerstohne Anschluss weiterer Warmwasserverbraucher wie das Nachbargebäude "Käthe Kern") für eineKollektorfläche von 101 m² zu geringen Warmwasserverbrauchs (für eine Vorwärmeanlage wäre etwaein Verbrauch von 7 m³/d angemessen gewesen), wurde, um eine zu häufige Anlagenstagnation inder strahlungsreichen Jahreszeit und eine damit verbundene Effizienzverschlechterung der Solaranlagezu vermeiden, eine Notkühlung des Pufferspeichers vorgesehen. Steigt im Pufferspeicher dieTemperatur über 67 °C an, so wird der Zirkulationsrücklauf des Gebäudes „Am Stadtwald“ von denBereitschaftsspeichern auf den Vorwärmspeicher umgeschaltet. Es kann so aus dem Vorwärmspeicherzusätzlich zur reinen Warmwasser-Vorwärmung solare Energie nutzbringend abgefahren wer-

- 13 -den. Diese Möglichkeit der Einbindung des Zirkulationsrücklaufes hat auch deshalb besondere Bedeutung,weil im APHS der Energiebedarf für die Warmwasserzirkulation (im Vergleich mit anderenAnlagen) extrem hoch ist und das 3 bis 4-fache der Energie für die Erwärmung des Zapfwarmwassersbeträgt.Da der Vorwärmspeicher bei geringer Einstrahlung nicht die für die Legionellendesinfektion notwendigen60 °C erreicht (gemäß Arbeitsblatt DVGW W551 sind Vorwärmspeicher einmal pro Tag auf 60 °Caufzuheizen), ist er mit einer Schaltung ausgestattet, die es ermöglicht, falls erforderlich, ihn mit konv.Energie auf 60 °C aufzuwärmen. Diese Schaltung wir aktiviert, wenn innerhalb der letzten 23 h dieTemperatur im Vorwärmspeicher unten durch solare Beladung nicht über 60 °C angestiegen ist.Punkt 3 wurde dadurch gelöst, dass die Anbindung des Heizungssystems an den Pufferspeicher aufgehobenwurde. Einspeisung von Solarenergie in das Heizungssystem ist nicht mehr möglich, diedamit verbundenen Gefahr von hydraulischen Fehlströmen gebannt.Der Punkt 4 konnte relativ einfach durch Umschalten der Verrohrung am Wärmetauscher von Gleichstromauf Gegenstrom gelöst werden. Durch den nun besseren Wärmeaustausch verringert sich dasΔT zwischen Kollektorkreis und Pufferspeicher-Ladekreis (Kollektorkreis wird besser ausgekühlt, Ladekreiswird stärker aufgeheizt), was die Effizienz der Solaranlage positiv beeinflussen wird.Intensive Gespräche der ZfS mit der Firma Ratiotherm bezüglich der Wirkungsweise des Schichtladesystemim Pufferspeicher und damit einhergehend einer optimalen Verschaltung der Speicheranschlüsse(Punkt 5) haben dann zu der Lösung geführt, den Rücklauf des Entladekreises (durch Wahleines anderen Anschlusses am Pufferspeicher) weiter unten in das Schichtladesystems des Pufferspeicherseinzubinden. Die unerwünschte Durchmischung der Temperaturschichten, so die Erwartung,wird sich durch diese Maßnahme weiter vermindern.Die Nachmessung von zwei ausgebauten Kollektoren durch das Institut für Solarenergieforschung inHameln (ISFH) ergab, dass die Kollektorkennwerte, die zum Zeit des Einbaus der Kollektoren in 2001maßgeblich waren, überhöht, d.h. zu gut waren (Punkt 6). Die Solaranlage konnte somit nicht (auchunter Berücksichtigung der in Realität gegenüber einem Prüfstandsversuch auftretenden Verluste wiethermische Verluste Kollektorkreisverrohrung, Verschmutzung der Glasflächen und Windeinfluss) denauf Grund von Simulationsrechnungen vorhergesagten Ertrag erreichen. Die Firma Solardiamant hathier, da eine Nachbesserung an den Kollektoren oder eine Vergrößerung des Kollektorfeldes nichtmöglich war, einen finanziellen Ausgleich an den Betreiber geleistet.5.1.1 Anbindung der HeizkreiseNachfolgend soll die Anbindung der Heizkreise (Fußboden und Radiatorenheizung) an den solarenPufferspeicher im Detail nochmals beleuchtet werden, da hier ein grundsätzlicher Fehler bei der Verschaltunggemacht wurde, der sich sowohl auf die Heizung als auch auf das Solarsystem negativausgewirkt hat.In der Abbildung 3 ist im oberen Bild die Einbindung der Heizkreise vereinfacht so dargestellt, wie sietatsächlich ausgeführt wurde, im unteren Bild so, wie man sie (wenn denn die Heizkreise überhaupteingebunden werden sollten) hätte ausführen müssen. Im oberen Bild ist der Anschluss des solarenPufferspeichers an den Heizungsrücklauf vor das Beimischventil gelegt. Die Idee war hier, dassdurch Solarenergie aus dem Pufferspeicher eine Rücklauftemperaturanhebung ermöglicht wird (sowie es auch in Nahwärmenetzen mit solarer Unterstützung gemacht wird). Im Prinzip ist dies auchrichtig, denn falsch wäre es zum Beispiel, eine Temperaturanhebung hinter dem Kessel im Vorlauf zuversuchen.

- 14 -Abbildung 3:Einbindung Heizungskreise in das Solarsystem (vereinfacht dargestellt), oberes Bildstellt die ausgeführte Schaltung dar, unteres Bild eine verbesserte Schaltung

- 15 -Es ist hierbei jedoch übersehen worden, dass die Beimischung des Heizkreises nicht mehr funktioniert,wenn im Rücklauf vor der Beimischung die Temperatur angehoben wird. Die Beimischung kannnur dann ihrer Aufgabe gerecht werden, eine von der Heizkurve vorgegebene Vorlauftemperatur derHeizung (im Bild beispielhaft mit 35 °C angegeben; auch alle weiteren in der Abbildung angegebenTemperaturen sind beispielhaft zu verstehen) korrekt einzustellen, wenn der Vorlauf aus dem Kessel(70 °C) auch tatsächlich durch Beimischung von kühlerem Rücklauf aus dem Heizkreis (25 °C) abgemischtwerden kann. Wird aber der Heizungsrücklauf durch Solarenergie angehoben (70 °C), sokann keine Abmischung auf 35 °C mehr erfolgen. Das Beimischventil öffnet den Bypass immer weiterin der irrigen „Annahme“, hier steht jetzt kühler Rücklauf zur Verfügung, sodass die Heizungsvorlauftemperaturmit 35 °C richtig eingestellt werden kann. Tatsächlich wird aber die Temperatur des Pufferspeichers(70 °C) durch diese falsche Wirkungsweise des Ventils dabei ungemindert in den Heizungsvorlaufgegeben, was eine Überhitzung der Räume und auch ggf. Schäden am Fußbodenheizungssystemzur Folge haben könnte. Richtig ist es, wie im unteren Bild dargestellt, die Einbindungdes solaren Pufferspeichers hinter dem Beimischventil vorzusehen, so dass tatsächlich nur derRücklauf zum Kessel durch die Solarenergie angehoben wird. Das Beimischventil bleibt so in seinerFunktion uneingeschränkt erhalten.Ergänzend ist im unteren Bild noch eine Kesselumgehung eingezeichnet, die dann in Funktion tretensoll, wenn durch solare Rücklaufanhebung eine Temperatur erreicht wird, die das Einschalten desKessels unnötig macht. In unserem Beispiel wäre das ab etwa 35 °C der Fall, da 35 °C die benötigteHeizkreis-Vorlauftemperatur ist. Eine Umfahrung des Kessels reduziert, wenn er nicht benötigt wird,die Auskühlverluste der Anlage.Zudem konnte anhand der Messwerte beobachtet werden, dass eine Verschleppung von konventionellerEnergie in die Pufferspeicher über die Heizungsanbindung erfolgt. An etlichen Tagen in der1. Messperiode 2002/2003 wurde von den Heizkreisen Energie in den Pufferspeicher abgegeben undnicht, wie es sein soll, nur Energie aus dem Pufferspeicher an die Heizkreise ausgespeichert. DieseEinspeisung von konventioneller Energie tritt in Konkurrenz zur Einspeisung von Solarenergie undverschlechtert zusätzlich die Effizienz der Solaranlage. Wir führen diesen Effekt auf Mängel in derRegelung zurück. Hinzu kam, dass die Volumenströme in den Heizkreis mit 120 m³/d so hoch waren,dass der Pufferspeicher mit einem Volumen von 6 m³ in kurzer Zeit bei Einkoppelung der Heizkreisein das Solarsystem „durchgerührt“ und die für eine hohe Effizienz des Solarsystems notwendigeSchichtung beeinträchtigt wurde.Die oben geschilderten Probleme mit der Einbindung der Heizkreise in das Solarsystem sowie diesehr geringe Menge an Solarenergie, die während der Messperiode überhaupt an die Heizkreise abgegebenwurde (solarer Deckungsanteil am Heizenergieverbrauch nur ca. 1,0 %) führte dann zu derEmpfehlung der ZfS, die Heizkreise vom Solarsystem komplett abzukoppeln, da ein Umbau rechtteuer geworden wäre und wirtschaftlich (wegen des kleinen Kollektorfeldes) nicht zweckmäßig erschien.Es wurde daher nur die Anbindung an das TWW-System verändert.5.2 Situation nach dem UmbauAbbildung 4 zeigt die Anlage nach dem Umbau, die nun aus folgenden wesentlichen Komponentenbesteht:Kollektorfeld (KF) mit SteigleitungenWärmetauscher Kollektorkreis/PufferspeicherladekreisSolarer Pufferspeicher (PS) mit 6.000 l und BeladeeinrichtungWärmetauscher Entladekreis Pufferspeicher/Ladekreis VorwärmspeicherSolarer Vorwärmspeicher (VWS) mit 750 lWarmwasser-Bereitschaftsspeicher (BS) mit 2 x 750 lDas Kollektorfeld mit 101,2 m² befindet sich auf dem Flachdach des Gebäudes „Am Stadtwald“ überdem 2. OG. Auf Grund der (in unterschiedlichen Höhen) zur Verfügung stehenden Teildachflächenmusste die Anordnung der Kollektorreihen entsprechend flexibel angepasst werden, sodass eine et-

- 16 -was inhomogene Gestaltung des Kollektorfeldes nicht zu vermeiden war. Von Vorteil ist die relativkurze Steigleitung vom Kollektorfeld bis zum Pufferspeicher, der sich im Erdgeschoss unter dem Kollektorfeldbefindet. Hier sind auch die Kollektorkreispumpe, der Wärmetauscher Kollektorkreis/Ladekreis,die Entladepumpe sowie die Sicherheitseinrichtung untergebracht. Über eine ΔT-Abfrage zwischeneinem Temperaturfühler im Kollektorfeld und einem Temperaturfühler unten im Pufferspeicherwerden, wenn eine ausreichende Temperaturdifferenz vorliegt, die Kollektorkreis- und die Ladekreispumpein Betrieb gesetzt, sodass der Pufferspeicher beladen werden kann (Details hierzu im Kap. 6Regelungstechnik). Ein Umschaltventil im Kollektorkreis, das durch einen separaten Temperaturfühlerim Kollektorkreis angesteuert wird, soll bei tiefen Außentemperaturen ein Einfrieren des WärmetauschersKollektorkreis/Ladekreis verhindern. Im Ansprechfall (Frostschutzfall) strömt das Kollektorkreismediumso lange am WT vorbei, bis es eine Temperatur von mindestens 15 °C erreicht hat.Der gelötete Wärmetauscher Kollektorkreis/Pufferladekreis ist so ausgelegt, dass bei einer Verschaltungim Gegenstromprinzip und einer Leistung des Kollektorfeldes von 90 kW eine mittl. log Temperaturdifferenzvon 5 K nicht überschritten wird. Im Kap. 9.3 wird näher untersucht, ob diese Auslegungangemessen war und ob die Leistungswerte im realen Anlagenbetrieb auch erreicht wurden.Der Pufferspeicher wird, wenn eine nutzbare Temperaturdifferenz zwischen Pufferspeicher oben undsolarem Vorwärmspeicher unten auftritt, über den Plattenwärmetauscher Pufferspeicher-Entladekreis/Vorwärmspeicher-Beladekreisin den Vorwärmspeicher entladen. Zur Vermeidung von Verkalkungist ein Beimischventil zur Temperaturbegrenzung vor dem Wärmetauscher vorgesehen. DerVorwärmspeicher wurde im Zuge des Umbaus eingebaut, um die Problematik der Wärmeübertragungbei großer Zapfdynamik zu entschärfen und die Entladung des Pufferspeichers kontinuierlicher zugestalten. Allerdings ist dabei dann die Problematik des Befalls mit Legionellen zu berücksichtigen. ImArbeitsblatt 551 des DVGW wird gefordert, dass der gesamte Speicherinhalt von Vorwärmspeicherneinmal in 24 h auf eine Temperatur von 60 °C aufgewärmt werden muss. Auf die hierfür spezielle Regelungwird weiter unten noch im Detail eingegangen. Zusätzlich kann über den Vorwärmspeicher derZirkulationsrücklauf aus dem Gebäude „Am Stadtwald“ geführt werden, der immer dann aktiviert wird,wenn die Temperatur im Pufferspeicher 67 °C übersteigt. Damit soll eine Aufheizung des Pufferspeichersauf eine zu hohe Temperatur, die ein Sicherheitsabschalten der Pufferbeladung (Erreichen von94 °C) und damit Stagnation im Kollektorkreis auslöst, verhindert werden. Diese Schaltungsmöglichkeit(„Notkühlung“) wurde vorgesehen, da bei einem erwarteten Warmwasserverbrauch von 4 m³/d(Gebäude „Am Stadtwald“ und „Käthe Kern“ in Summe) die installierte Kollektorfläche mit 101 m²schon so groß dimensioniert ist, dass in strahlungsreichen Perioden dann mit einem Erreichen derAbschalttemperatur des Pufferspeichers gerechnet werden musste, wenn die TWW-Zirkulation nichtals zusätzlicher Verbraucher zur Verfügung steht. Bei der Anordnung des hierfür notwendigen Umschaltventilswurde besonders darauf geachtet, dass das vom Ventil zum solaren Pufferspeicher führende(zeitweise undurchströmte) Rohrstück möglichst kurz gehalten wurde.Der solare Vorwärmspeicher sowie die beiden Warmwasser-Bereitschaftsspeicher (BS) sind trinkwasserseitigin Reihe geschaltet. Das im Vorwärmspeicher erwärmte Kaltwasser fließt bei Zapfungenin die Bereitschaftsspeicher, wo, falls notwendig, durch die Nachheizung aus dem Kessel über einenWärmetauscher mit Ladepumpen eine Warmwasseraustrittstemperatur von 60 °C sichergestellt wird.Ein Beimischventil zur Temperaturbegrenzung auf der Kesselseite soll die Verkalkung des Wärmetauschersverhindern.Die Zirkulationsrückläufe aus den Gebäuden „Am Stadtwald“ (wenn nicht die Schaltung „Notkühlung“aktiviert ist) und „Käthe Kern“ werden in einen der beiden Bereitschaftsspeicher eingebunden. Fallses zu einem Schaden im Bereich des Vorwärmspeichers kommt, kann dieser durch eine Umfahrungvon der Kaltwasserzuführung abgekoppelt werden, so dass die Warmwasser-Bereitschaftsspeicherdann direkt (ohne Einspeisung von Solarenergie über den Vorwärmspeicher) nur von der konv. Energieversorgungaufgeladen werden können.

- 17 -Abbildung 4:Gesamtschaltplan (stark vereinfacht)5.3 Besonderheiten bei der Regelung des solaren VorwärmspeichersUm die Wasserhygiene zu sichern und das Wachstum von Keimen im solaren Vorwärmspeicher, dermit Trinkwasser gefüllt ist, möglichst weitgehend zu vermeiden, soll er lt. DVGW-Arbeitsblatt W 551täglich einmal vollständig auf mindestens 60 °C aufgeheizt werden. Für diesen Vorgang der thermischenDesinfektion ist die sog. Legionellenschaltung in das System integriert. Durch Umschalten vonzwei Ventilen (in Abbildung 4 sind die mit „Umschaltventile Legionellendesinfektion Vorwärmspeicher“gekennzeichnet) kann der Ladestrom vom Wärmetaucher Kesselkreis, der normalerweise die Warmwasserspeichernachheizt, auf eine Beladung des Vorwärmspeichers umgeschaltet werden.Früher wurde angenommen, das Einschalten der thermischen Desinfektion über die Legionellenschaltungwürde günstiger weise am Nachmittag erfolgen, da dann der Vorwärmspeicher evtl. durchSolarenergie zum Teil schon vorgeheizt sei. Es würde dann weniger konv. Energie verbraucht. Diethermische Desinfektion am Nachmittag birgt jedoch die Gefahr, das bei evtl. auftretenden ZapfspitzenKaltwasser in den unteren Bereich des Vorwärmspeichers nachströmt, was die Aufheizung dortauf 60 °C verhindert oder verzögert. Es wird deshalb hier die Legionellenschaltung um 04:00 h aktiviert,da zu dieser Uhrzeit davon ausgegangen werden kann, dass kaum ein Zapfverbrauch entsteht.Die zusätzlichen Verluste des Vorwärmspeichers durch diese Aufheizung bleiben gering, da bereits inden frühen Morgenstunden hohe Zapfspitzen auftreten, die dann erwärmtes Wasser schnell wieder indie Bereitschaftsspeicher verdrängen.Die Umschaltung erfolgt allerdings nur dann, wenn in den letzten 23 Stunden der Vorwärmspeichernicht über Solarenergie auch im unteren Bereich die Temperatur von 60 °C erreicht hat. Eine eleganteLösung besteht nun darin, auch die Trinkwasserseite des Wärmetauschers zwischen Pufferspeicherund Vorwärmspeicher mit seinen Rohrverbindungen in die thermische Desinfektion mit einzubeziehen.Zu diesem Zweck wird nach Abschluss der thermischen Desinfektion des Speichers für einigeMinuten die Beladepumpe des Vorwärmspeichers eingeschaltet, so dass 60grädiges Wasser durchden Beladekreis gefahren wird und die Rohrleitungen mit in die Desinfektion einbezogen werden.

- 18 -5.4 Besonderheiten bei der Regelung der Warmwasser-BereitschaftsspeicherDie Beladung der Bereitschaftsspeicher durch die Kessel wird über einen Einschalttemperaturfühlerim unteren Teil des Bereitschaftsspeichers, von dem die Warmwasserleitung abgeht, eingeschaltetund über einen Ausschalttemperaturfühler im unteren Bereich des Bereitschaftsspeichers, in den dieLeitung vom Vorwärmspeicher einmündet, ausgeschaltet. Bei einer Umschaltung auf thermische Desinfektiondes Vorwärmspeichers müssen aber der Kessel und der Beladekreis so lange laufen, bisauch im unteren Bereich des Vorwärmspeichers 60 °C erreicht worden sind. Zudem muss der Kessel– sollte er zum Zeitpunkt der thermischen Desinfektion ausgeschaltet sein – natürlich auch ein Einschaltsignalerhalten oder er muss beim Umschalten auf thermische Desinfektion in Betrieb sein. Fürdas Abschalten des Kessels darf bei Durchführung der thermischen Desinfektion deshalb nicht mehrder Ausschaltfühler im Bereitschaftsspeicher zuständig sein. Er würde den Kesselbetrieb stoppenoder überhaupt nicht einschalten, wenn er hier 60 °C registriert. Dieses Problem ist nun so gelöst,dass beim Einschalten der thermischen Desinfektion der Abschaltfühler über ein schnell schaltendesRelais auf einen Festwiderstand umgeschaltet wird, der eine Temperatur von 50 °C simuliert. DieAbschaltung der Desinfektion erfolgt, wenn beide im Vorwärmspeicher integrierte Fühler (oben undunten) 60 °C melden. Die Relaisumschaltung auf den 50 °C-Festwiderstand wird dann wieder rückgängiggemacht.

- 19 -6 RegelungstechnikIn dieser Beschreibung werden die Regelfühler und die dazugehörigen Regelfunktionen aufgeführt.Zusätzlich stehen auf der rechten Blattseite auch noch die den Regelfühlern am nächsten zugeordnetenMesstechnikfühler. Mit ihnen können die Regelfunktionen überwacht werden. Es ist aber zu beachten,dass sich nicht alle Messfühler an exakt der gleichen Einbaustelle wie die Regelfühler befinden,so dass es hier ggf. zu unvermeidlichen Differenzen beim Temperaturenvergleich kommen kann.Die Position der Fühler können Abbildung 5 entnommen werden.Regelfühler Regelungsfunktion MesstechnikfühlerPumpen P1 und P2 (Solarkreis und Ladekreis), Regler DR5Die Pumpen P1 und P2 werden nur dann freigegeben, wenn die Temperatur im Kollektorfeld 125 °Cunterschreitet. Bei höherer Temperatur ist davon auszugehen, dass Dampfbildung im Kollektorfeldaufgetreten ist. Ein Einschalten der Kollektorkreispumpe bei diesen hohen Temperaturen könnteKomponenten im Kollektorkreis thermisch zu hoch belasten und zerstören, auch besteht die Gefahrvon Dampfschlägen.F1 > 125 °CF1 < 120 °CP1 und P2 nicht freigegebenP1 und P2 freigegebenDer Pufferspeicher ist nur bis zu einer Temperatur von 95 °C zugelassen. Werden 94 °C im PS erreicht,verhindert die Regelung eine weitere Aufladung mit Solarenergie.F5 > 94 °C P1 und P2 nicht freigegeben TPS11 > 94 °CF5 < 92 °C P1 und P2 freigegeben TPS11 < 92 °CStellt sich eine nutzbare Temperaturdifferenz zwischen Temperatur im Kollektorfeld und Pufferspeicherunten ein, so schalten Kollektorkreis- und Ladekreispumpe ein.F1 - F7 > 7 K P1 und P2 EIN, P2 EIN mit 1 min Verzög. TKA1 - TPS15 > 7 KF1 - F7 < 3 K P1 und P2 AUS TKA1 - TPS15 < 3 KF3F3 ist nur informativBypass VF SolarkreisDer Kollektorkreis wird nach dem Einschalten der Kollektorkreispumpe so lange im Bypass betrieben,bis eine einstellbare Temperatur an dem Temperaturfühler im Vorlauf Kollektorkreis vor dem Wärmetauschererreicht wird. Damit soll vermieden werden, dass unterkühlter Wärmeträger aus dem Rohrleitungssystemauf dem Flachdach (nicht aus den schon erwärmten Kollektoren!) zu einer Frostgefahrfür den Wärmetauscher Kollektorkreis wird.F2 < 15 °C VF auf Bypass TKA2 < 15 °CF2 > 15 °C VF auf Durchgang TKA2 > 15 °CPumpen P3 und P4 (Entladekreis PS und Beladekreis Vorwärmspeicher), Regler KR-VWSStellt sich eine nutzbare Temperaturdifferenz zwischen Temperatur im Pufferspeicher oben und demVorwärmspeicher unten ein, so schalten Entladekreis- und Vorwärmspeicher-Beladekreispumpe ein.FPO - FSO > 9 K P3 und P4 Ein TPS11 - TVWS2 > 9 KFPO - FSU < 4 K P3 und P4 Aus TPS11 - TVWS3 < 4 K

Umschaltung Zirkulationsrücklauf Ventil VZ- 20 -Wird im Pufferspeicher oben eine einstellbare Temperatur überschritten, so wird der Rücklauf derWarmwasserzirkulation über den Vorwärmspeicher geschaltet, um eine Ansprechen der Temperaturbegrenzungdes Pufferspeichers mit Anlagenstillstand zu vermeiden sowie eine bessere Auslastungder Solaranlage zu erreichen.F6 > 67 °C VZ Weg zum VW-Speicher TPS11 > 67 °CF6 < ca. 65 °C VZ Weg zum WW-Speicher TPS11 < 65 °CNachheizung WW-SpeicherUnterschreitet der WW-Speicher 1 unten eine einstellbare Temperatur, so werden die WW-Speicherüber die Nachheizung so lange beladen, bis im WW-Speicher 2 unten eine einstellbare Temperaturüberschritten wird.FE < 55 °C P5 und P6 Ein TWS13 < 55 °CFA > 60 °C P5 und P6 Aus TWS23 > 60 °CWährend der Legionellendesinfektion des Vorwärmspeichers wird der Fühler FA auf einen Festwiderstandumgeschaltet, der auf 50 °C eingestellt ist. Somit wird eine Kesselabschaltung während derthermischen Desinfektion unterbunden.1 x wöchentlich wird eine erhöhte Temperatur zur Leitungsdesinfektion gefahren.Legionellenschaltung mit Umschaltung Ventile VL1 und VL2Gemäß Arbeitsblatt DVGW 551 sind Vorwärmspeicher 1 x täglich auf 60 °C aufzuheizen. Die Regelungfragt ab, ob dies (durch Solarenergie) in den vergangenen 23 h stattgefunden hat. Ist dies nichtder Fall, so wird in einer einstellbaren Zeitspanne der Vorwärmspeicher über den Nachheizwärmetauscheraufgeheizt.FSU und FSO < 60 °Cin vergangenen 23 h Beladung VW-Speicher freigegeben TVWS3; TVWS1 < 60 °CFSU und FSO > 60 °Cin vergangenen 23 h Beladung VW-Speicher nicht freigegeben TVWS3, TVWS1 > 60 °C04:00 h VL1, VL2 auf Beladung Vorwärm-SpeicherFSU und FSO > 60 °C VL1, VL2 auf Beladung Warmwasser-SpeicherP4 Ein für 0,5 min nach Legionellenschaltung, um Leitung zum WT Entladekreis zu desinfizieren.

- 21 -Abbildung 5:Vereinfachtes Schaltschema mit Regelungs- und Messfühlern

- 22 -7 Messtechnik nach UmbauDie Positionen der Messfühler sind aus dem vereinfachten Schaltplan Abbildung 5 zu entnehmen.In Diagrammbeschriftungen ggf. verwendete AbkürzungenPS: PufferspeicherVWS: Solarer VorwärmspeicherBS: Warmwasser-BereitschaftsspeicherMessstellenverzeichnisWärmeenergien (kWh)berechnet mit:EIH Strahlungsenergie (Einstrahlung) in die horizontale EbeneEIK Strahlungsenergie (Einstrahlung) in die KollektorflächeQKT Solarenergie aus Kollektorkreis (Primärseite WT) VKT, TKT1, TKT2QSP Solarenergie aus Kollektorkreis (Sekundärseite WT) VSP, TSP1, TSP2bzw. Solarenergie zur Beladung SolarpufferspeicherQSS Solarenergie aus Pufferspeicher VSS, TSS1, TSS2QVE Solarenergie aus Solarsystem an Vorwärmspeicher VVE, TVE1, TVE2QVA Energie für Kaltwasservorwärmung VVV, TVA1; TVA2QVV WW Energie für Nachheizung Warmwasser an Bereitschaftsspeicher berechnetQVV Energie für Zapfwarmwasserbereitung VVV, TVV1, TVV2QHS Energie für Nachheizung Warmwasserspeicher und für VHS, THS1, THS2Vorwärmspeicher bei LegionellendesinfektionQHS Legio Energie Nachheizung Vorwärmspeicher bei Legionellendesinfektion ein QHS; HVLQHS Bereit Energie Nachheizung Bereitschaftsspeicher bei Legionellendesinfektion aus QHS; HVL invertiertQVZ Energie für Zirkulation „Am Stadtwald“ aus Vorwärmspeicher und VVZ; TVZ1; TVZ2und BereitschaftsspeicherQVZ Kühl-ein Energie für Zirkulation „Am Stadtwald“ über Vorwärmspeicher und QVZ; HVZBereitschaftsspeicher, Notkühlung einQVZ Kühl-aus Energie für Zirkulation „Am Stadtwald“ nur über Bereitschaftsspeicher QVZ; HVZ invertiertNotkühlung ausQSZ Energie Hilfskanal für Zirkulation „Am Stadtwald“ VVZ, TVA1; TVZ2QSZ Vorwärm Energie für Zirkulation „Am Stadtwald“ nur über Vorwärmspeicher QSZ; HVZNotkühlung einQSZ Bereit Energie für Zirkulation „Am Stadtwald“ nur über Bereitschaftsspeicher, berechnetNotkühlung einQVZZ Energie für Zirkulation „Käthe Kern““ VZZ; TVZZ1; TVZZ2Volumenströme (m 3 /h)VKT Volumenstrom KollektorkreisVSP Volumenstrom Beladung PufferspeicherVSS Volumenstrom Entladung PufferspeicherVVE Volumenstrom Beladung VorwärmspeicherVHS Volumenstrom Nachheizung WarmwasserbereitungVVV Volumenstrom Zapfwarmwasser (Kaltwasserzustrom zum Vorwärmspeicher)VVZ Volumenstrom Warmwasser-Zirkulation „Am Stadtwald“VVZZ Volumenstrom Warmwasser-Zirkulation „Käthe Kern“elektrische Leistung Solarsystem (kW)NST elektrische Leistung Strombedarf Solarsystem (P1, P2, P3, P4, VF, VL1, VL2, VZ, Regelung)Betriebsstunden (h)HP1 Betriebsstunden Pumpe P1 KollektorkreisHP2 Betriebsstunden Pumpe P2 Beladung PufferspeicherHP3 Betriebsstunden Pumpe P3 Entladung PufferspeicherHP4 Betriebsstunden Pumpe P4 Beladung VorwärmspeicherHP5 Betriebsstunden Pumpe P5 Entladekreis GaskesselHP6 Betriebsstunden Pumpe P6 Nachheizung WarmwasserbereitungHPZ Betriebsstunden Pumpe PZ Warmwasser-Zirkulation „Am Stadtwald“HVF Betriebsstunden Umschaltventil VF Bypass KollektorkreisHVL1 Betriebsstunden Umschaltventil VL1 LegionellenschaltungHVL2 Betriebsstunden Umschaltventil VL2 LegionellenschaltungHVZ Betriebsstunden Umschaltventil VZ Zirkulation in Vorwärmspeicher

- 23 -Temperaturen (°C) in RohrleitungenTKT1 Temperatur Kollektorkreis Vorlauf, WT Primärseite (Warmseite)TKT2 Temperatur Kollektorkreis Rücklauf, WT Primärseite (Kaltseite)TSP1 Temperatur Ladekreis Pufferspeicher Vorlauf, WT Sekundärseite (Warmseite)TSP2 Temperatur Ladekreis Pufferspeicher Rücklauf, WT Sekundärseite (Kaltseite)TSS1 Temperatur Entladekreis Pufferspeicher (Warmseite)TSS2 Temperatur Entladekreis Pufferspeicher (Kaltseite)TVE1 Temperatur Ladekreis Vorwärmspeicher (Warmseite)TVE2 Temperatur Ladekreis Vorwärmspeicher (Kaltseite)THP1 Temperatur Entladekreis Gaskessel zur Nachheizung Warmwasserbereitung (Warmseite)THP2 Temperatur Entladekreis Gaskessel zur Nachheizung Warmwasserbereitung (Kaltseite)THS1 Temperatur Ladekreis Nachheizung Warmwasserbereitung (Warmseite)THS2 Temperatur Ladekreis Nachheizung Warmwasserbereitung (Kaltseite)TVV1 Temperatur Zapfwarmwasser VorlaufTVV2 Temperatur Kaltwasserzulauf zum VorwärmspeicherTVZ1 Temperatur Warmwasser-Zirkulation Vorlauf „Am Stadtwald“TVZ2 Temperatur Warmwasser-Zirkulation Rücklauf „Am Stadtwald“TVZZ1 Temperatur Warmwasser-Zirkulation Vorlauf „Käthe Kern“TVZZ2 Temperatur Warmwasser-Zirkulation Rücklauf „Käthe Kern“TVA1 Temperatur Warmwasser aus VorwärmspeicherTVA2 Temperatur Kaltwasserzulauf zum VorwärmspeicherTKA1 Temperatur Kollektorkreis Vorlauf auf dem DachTKA2 Temperatur Kollektorkreis Vorlauf im KellerTemperaturen (°C) in SpeichernTPS11 Temperatur Pufferspeicher, obenTPS12 Temperatur Pufferspeicher, halb obenTPS13 Temperatur Pufferspeicher, mittigTPS14 Temperatur Pufferspeicher, halb untenTPS15 Temperatur Pufferspeicher, untenTVWS1 Temperatur Vorwärmspeicher obenTVWS2 Temperatur Vorwärmspeicher mittigTVWS3 Temperatur Vorwärmspeicher untenTWS11 Temperatur Warmwasserspeicher 1 obenTWS13 Temperatur Warmwasserspeicher 1 untenTWS21 Temperatur Warmwasserspeicher 2 obenTWS23 Temperatur Warmwasserspeicher 2 untenAußentemperaturTA AußentemperaturDruck (bar ü )P Druck im Kollektorkreis auf dem Dach

- 24 -8 Definition der Kennzahlen des SolarsystemsAlle Kennwerte werden auf die Aperturfläche A Apert bezogen.Kollektorkreisnutzungsgrad brutto g KBFür die Berechnung des Kollektorkreisnutzungsgrades g KB wird die auf der Sekundärseite des Kollektorkreis-Wärmetauschersgemessene Energie aus dem Kollektorkreis (QSP) verwendet, da dieseeine höhere Genauigkeit hat, als eine Messung auf der mit Wärmeträger gefüllten Primärseite desWärmetauschers (QKT). Da im Wärmetauscher kaum thermische Verluste auftreten, ist dieses Verfahrenzulässig. Die Bildung eines Netto-Wertes entfällt, da die elektrische Energie nicht separat fürden Kollektorkreis, sondern nur für das Solarsystem erfasst wird.g KBEnergie zur BeladungPufferspeicherEinstrahlungin dieKollektorflächeQSP 100 % 100 %EIKSystemnutzungsgrad brutto g SB und netto g SNAls Schnittstelle für das Solarsystem wird hier vereinfachend die Sekundärseite des Wärmetauscherszwischen Entladekreis Pufferspeicher und Beladekreis Vorwärmspeicher mit der Energie QVE definiert.Eine Schnittstelle hinter dem Vorwärmspeicher würde wegen der Legionellenschaltung und derZirkulationseinbindung in den Vorwärmspeicher die Berechnung der Nutzenergie aus dem Solarsystemerheblich komplizierter gestalten. Die Verluste des Vorwärmspeichers werden somit dem konv.System zugerechnet. Diese Verluste könnte man natürlich rechnerisch bestimmen und von der „provisorischen“Nutzenergie abziehen. Wegen des relativ kleinen Vorwärmspeichers mit guter Dämmunghaben wir auf diesen Schritt verzichtet. Der Fehler ist akzeptabel gering. Der Netto-Wert wird unterBerücksichtigung des Verbrauchs an elektrischer Hilfsenergie (ohne die Energie für die Messtechnik)gebildet.Nutzenergie aus Solarsystemg SBEinstrahlung in die Kollektorfläche100 %QVEEIT100 %g SNNutzenergie aus Solarsystem - StromverbrauchEinstrahlung in die Kollektorfläche100 %QVE - NSTEIT100 %Solarer Deckungsanteil D ZufuhrDer solare Deckungsanteil gibt an, zu welchem Anteil die Solarenergie in der Lage war, die Energiezufuhrfür die Warmwasserbereitung mit Zapfwarmwasser, Zirkulation und Speicherverlusten zu decken.Zur Nutzenergie aus dem Solarsystem vgl. das beim Systemnutzungsgrad gesagte.DZufuhr Nutzenergie aus SolarsystemEnergiezufuhr fürWarmwasserbereitung 100 %QVEQVE QHS100 %Arbeitszahl Solarsystem ADie Arbeitszahl zeigt das Verhältnis zwischen notwendiger elektrischer Hilfsenergie und der Nutzenergieaus dem Solarsystem auf. Zur Nutzenergie aus dem Solarsystem vgl. das beim Systemnutzungsgradgesagte.ANutzenergie aus SolarsystemElektr.Energie für SolarsystemQVENST

- 25 -9 Messjahr 01.01. – 31.12.07 (2. Messperiode)9.1 Ertragsbilanz und Betriebserfahrungen9.1.1 Summenwerte der MessperiodeNachdem sich nach Umbau und dem Anschluss des Gebäudes „Käthe Kern“ ein stabiles Betriebsverhalteneingestellt hatte, wurde zum 01.01.2007 ein Messjahr begonnen. Während des Messjahresgab es nur sehr vereinzelt Störungen in der Messdatenaufzeichnung und einige Defekte in der Regelung.Insgesamt kann aber die Messperiode als belastbar angesehen werden. Sehr auffallend war derRückgang des Warmwasserverbrauchs von etwa 3,0 m³/h am Jahresanfang auf weniger als 1,0 m³/hab Jahresmitte 2007. In Kap. 10 „Warmwasserverbrauch und Kaltwasser-Fehlströmungen“ wird daraufnoch im Detail eingegangen. Es sei aber hier schon angemerkt, dass ohne eine Fehlströmungvom Kaltwassernetz in das Warmwassernetz über Mischarmaturen (Einhebelmischer, Thermostatmischerund ähnliche Armaturen) in Bädern und sonstigen Verbrauchsstellen der tatsächliche WarmwasserverbrauchVVVoF mit 5,4 m³/d wesentlich höher gelegen hätte.Tabelle 1 zeigt eine Zusammenfassung der wichtigsten Messdaten und Kennzahlen, die in der Messperiodegewonnen wurden, Tabelle 2 stellt die Energiemengen im Bereich des Vorwärmspeichersund der Bereitschaftsspeicher zusätzlich im Detail dar. Von der Einstrahlung auf die Kollektorfelder(EIK) in Höhe von 120,8 MWh/a wurden 36,58 MWh/a vom Kollektorkreis über den Wärmetauscher(sekundärseitig) an den solaren Pufferspeicher abgegeben (QSP). Dabei wurde ein Kollektorkreisnutzungsgradbrutto (g KB ) von 30,27 % erreicht. Die Differenz zwischen Strahlungsenergie und der anden Ladekreis abgegebenen Solarwärme resultiert aus optischen und thermischen Verlusten der Kollektorensowie thermischen Verlusten im Kollektorkreis. Die gemessene Energie aus dem Kollektorkreis,die dem Wärmetauscher primärseitig zugeführt wurde (QKT), wird in der Tabelle nur der Vollständigkeithalber aufgeführt. Für weitere Bewertungen wird QKT hingegen nicht verwendet, da wirden Messwert auf der Sekundärseite des Wärmetauschers (Wasser und kein Wasser/Glykol-Gemischals Wärmeträger!) für belastbarer halten. Theoretisch sollte QSP wegen geringer Verluste des WTetwas niedriger sein als QKT.Die Differenzen zwischen den dem Pufferspeicher zu- und abgeführten Energien (QSP, QSS) von3,45 MWh/a sind thermische Verluste des Pufferspeichers. Bezogen auf die zugeführte Energie QSPsind dies 9,4 %. Es muss hier bedacht werden, dass jede Wärmemengenmessung trotz sehr sorgfältigausgewählter Sensoren einen kleinen Fehler beinhalten. Der größte Teil dieses Fehlers geht beiden von uns eingesetzten paarweise geeichten Temperaturfühlern dabei auf das Konto der Volumenstromzähler.Bildet man dann aus zwei großen Wärmemengen, die jede einen Fehler haben (diesich wegen geringer Speicherverluste nur gering unterscheiden), eine Differenz, so ist der Fehler beidieser Differenzermittlung (= Speicherverluste) u.U. recht hoch. Auf diese Weise gemessene Speicherverlustesollte man also immer über theoretische Berechnungen absichern. Unter Berücksichtigung,dass der Pufferspeicher in einem nicht beheizten Kellerraum aufgestellt ist (geschätzte Raumtemperatur15 °C) halten wir den hier gemessenen Wert für realistisch.Aus dem Pufferspeicher wurden 33,13 MWh/a (QSS) an den Wärmetauscher Entladekreis primärseitigabgegeben, vom Wärmetauscher sekundärseitig an den Vorwärmspeicher (QVE) 32,28 MWh/a.Da in einem Plattenwärmetauscher zwar (durch die Temperaturdifferenz zwischen Ein- und Austrittsseite)exergetische, aber kaum energetische Verluste auftreten, dürfte es zwischen QSS und QVEkeine so große Differenz von 0,85 MWh/a bzw. 2,6 % geben. Wir führen diese Abweichung auf unvermeidlicheMessfehler (insbesondere bei der Volumenstrommessung) zurück (vgl. Ausführungenoben).

- 26 -BezeichnungAbkürzungMesswerteabsolutMesswertebezogenEinstrahlung in die horizontale Ebene EIH ./. 1.030 kWh/(m²*a)Einstrahlung auf die Kollektorfläche EIK 120,8 MWh/a 1.197 kWh/(m²*a)Solarenergie aus Kollektorkreis (Primärseite WT) QKT 36,22 MWh/a 357,9 kWh/(m²*a)Solarenergie aus Kollektorkreis (Sekundärseite WT) QSP 36,58 MWh/a 361,4 kWh/(m²*a)Solarenergie aus Pufferspeicher QSS 33,13 MWh/a 327,4 kWh/(m²*a)Solarenergie aus Solarsystem an Vorwärmspeicher QVE 32,28 MWh/a 318,9 kWh/(m²*a)Energie Kaltwasservorwärmung (Zapfvolumen) QVA 23,26 MWh/a 57,93 kWh/dEnergie Warmwasserbereitung (Zapfvolumen) QVV 32,20 MWh/a 88,23 kWh/dEnergie Warmwasserbereitung (Zapfvolumen)ohne Kaltwasser-Fehlströmungen* (abgeschätzt)QVVoF 102,8 MWh/a 281,6 kWh/dKonv. Energie zur Nachheizung Warmwasser + Legio QHS 414,6 MWh/a 1.136 kWh/dEnergie für Zirkulation Gebäude „Am Stadtwald“ QVZ 266,1 MWh/a 729,0 kWh/dEnergie für Zirkulation Gebäude „Käthe Kern“ QVZZ 125,8 MWh/a 344,7 kWh/dEnergie für Zirkulation, „Am Stadtwald“ + „Käthe Kern“ QVZges 391,9 MWh/a 1.074 kWh/dEnergie für Zirkulation, „Am Stadtwald“ + „Käthe Kern“ohne Kaltwasser-Fehlströmungen* (abgeschätzt)QVZgesoF 321,4 MWh/a 880,5 kWh/dWarmwasserzapfverbrauch VVV 562,4 m³/a 1,54 m³/dWarmwasserzapfverbrauch ohne Kaltwasser-Fehlströmungen* (abgeschätzt.)VVVoF 1.971 m³/a 5,4 m³/dZirkulationsumlauf Gebäude „Am Stadtwald“ VVZ 27.690 m³/a 75,85 m³/dZirkulationsumlauf Gebäude „Käthe Kern“ VVZZ 12.730 m³/a 34,88 m³/dBetriebsstunden Kollektorkreispumpe HP1 1.317 h/a 3,61 h/dBetriebsstunden Ladekreispumpe HP2 1.183 h/a 3,24 h/dBetriebsstunden Entladekreispumpe Pufferspeicher HP3 1.346 h/a 3,69 h/dBetriebsstunden Umschaltventil Frostschutz VF HVF 2.818 h/a 7,72 h/dBetriebsstunden Umschaltventile Legioschal. VL1/VL2 HVL1/2 63 h/a 0,17 h/dBetriebsstunden Umschaltventil Zirkulationseinsp. VZ HVZ 645 h/a 1,77 h/dElektrische Energie für das Solarsystem NST 659,2 kWh/a 5,0 kWh/(m²*a)Kollektorkreisnutzungsgrad brutto g KB 30,27 % ./.Systemnutzungsgrad brutto g SB 26,71 % ./.Systemnutzungsgrad netto g SN 26,16 % ./.Deckungsanteil Solarenergie an Energiezufuhr für WW D Zufuhr 7,22 % ./.Arbeitszahl Solarsystem A 49,0 ./.* Nähere Erläuterungen zum Begriff „Fehlströmungen“ in Kap. 10 „Warmwasserverbrauch und Kaltwasser-FehlströmungenTabelle 1: Messwerte und Kennzahlen 01.01. – 31.12.2007

- 27 -Von den beiden Gaskesseln wurde der Anlage zur Warmwasserbereitung für Zapfvolumen und Zirkulationeine Energie QHS von 414,6 MWh/a zugeführt. Zusammen mit der solaren Energie QVE mit32,28 MWh/a, die in den Vorwärmspeicher eingebracht wurde, standen der Warmwasserbereitung inSumme 446,9 MWh/a als Energiezufuhr zur Verfügung. Auf der Verbraucherseite konnten für denWarmwasserzapfverbrauch (QVV) 32,20 MWh/a, für die Gebäudezirkulation „Am Stadtwald“ (QVZ)266,1 MWh/a und für die Gebäudezirkulation „Käthe Kern“ (QVZZ) 125,8 MWh/a gemessen werden.In Summe sind dies für Zapfverbrauch und Zirkulation 424,1 MWh/a. Die Differenz von Energiezufuhrund Energiebedarf von 22,8 MWh/a wird für die Deckung der Verluste von Vorwärm- und Bereitschaftsspeichernbenötigt. Bezogen auf die gesamte Energiezufuhr sind dies 5,1 %, was als günstigerWert angesehen werden kann (auch hier wieder zu beachten: Eventuelle Messfehler vgl. oben). Es istallerdings dabei zu berücksichtigen, dass die Speicher in einem sehr warmen Kesselraum aufgestelltsind (geschätzte Raumtemperatur 25 bis 30 °C), bei Aufstellung in einem unbeheizten Kellerraumwürden sich die Speicherverluste ungünstiger darstellen.Der solare Deckungsanteil (bezogen auf die gesamte dem Warmwassersystem zugeführten Energieeinschließlich Speicherverluste) D Zufuhr betrug 7,2 %. Dieser für eine Solaranlage zur Warmwasservorwärmungdoch sehr geringe solare Deckungsanteil hat zwei Gründe:Wegen der Kaltwasserfehlströmungen (vgl. Kap. 10) floss im Messjahr nur wenig Kaltwasser durchden solaren Vorwärmspeicher, so dass der solare Pufferspeicher und damit der Rücklauf zu denKollektoren nicht oft auf eine niedrige Temperatur von ca. 20 bzw. ca. 25 °C abgekühlt wurde. EinGroßteil der Solarenergie wurde auf einem Temperaturniveau von ca. 60 °C (Erwärmung Zirkulationsrücklauf)bei entsprechend schlechtem Nutzungsgrad für das Solarsystem verbraucht.Die Zirkulationsenergie ist sehr hoch. Dadurch ist der Gesamtenergiebedarf für das Warmwassersystemebenfalls sehr hoch, so dass die Solaranlage nur einen recht kleinen Anteil an diesem ungewöhnlichhohen Bedarf decken kann.Das Verhältnis zwischen den gemessenen Energiewerten für die gesamte Zirkulation QVZges mit391,9 MWh/a und für die Erwärmung des gezapften Trinkwarmwassers (Zapfenergie) QVV mit 32,2MWh/a beträgt etwa 12 : 1. Selbst wenn man für das Seniorenheim in Stralsund einen idealen Zustandohne Kaltwasser-Fehlströmungen über die Mischarmaturen annimmt (vgl. Kap. 10), so beträgtdas Verhältnis von der dann real geringeren Zirkulationsenergie (QVZgesoF = 321,4 MWh/a)zur der real höheren Zapfenergie (QVVoF = 102,8 MWh/a) noch etwa 3 : 1 auf. Auch dieser Wertliegt deutlich über dem im Wohnungsbau üblichen Verhältnis von 0,5 : 1 bis 1 : 1 (bei guter Dämmungder TWW-Leitungen). Es ist zwar durchaus normal, dass in Gebäuden mit vielen Zapfstellen und dahereinem weit verzweigten TWW-Netz - wie hier in einem Seniorenheim - der Energiebedarf für dieTWW-Zirkulation erheblich höher liegt als in einem Wohngebäude. Einen Wert von 3 : 1 für das Verhältnisvon Zirkulations- zu Zapfenergie halten wir dennoch für sehr hoch.Die Arbeitszahl A ist mit gemessenen 49,0 unter den vorliegenden Betriebsbedingungen zufriedenstellend hoch und zeigt die gute Abstimmung der elektrischen Verbraucher des Solarsystems.9.1.2 Messwerte als Tagesmittelwerte der WochensummenIn Tabelle 1 sind bei Energie- und Volumenwerten Jahressummen angegeben. Um genauere Informationenüber die Entwicklung der Mess- und Anlagenkennwerte im Verlauf des Messjahres zu geben,sind in den folgenden 3 Diagrammen die wichtigsten der Energie- und Volumenwerte als Tagesmittelaus Wochensummen sowie Temperaturen als Wochenmittel angegeben.Abbildung 6 zeigt für das Jahr 2007 den Verlauf der Einstrahlung in die Kollektorebene (EIK), denErtrag aus dem Solarsystem (QVE) und den Systemnutzungsgrad brutto (Tagesmittel aus Wochensummen)sowie den Systemnutzungsgrad (Jahresmittel; 26,7 %). Deutlich zu erkennen ist ein Absinkendes Systemnutzungsgrades im Jahresverlauf (Jahresanfang: ca. 30 %; Jahresende: 15 - 20%).Auf den ersten Blick würde man dies als Absinken der Leistungsfähigkeit der Solaranlage durch technischeDefekte interpretieren. Die Analyse der Messwerte zeigt aber, dass der gemessene unddurch den solaren Vorwärmspeicher fließende Warmwasserzapfverbrauch von etwa 3,0 m³/d amJahresanfang auf unter 1,0 m³/d zum Jahresende hin zurückgegangen ist. Dies führt grundsätzlich zu

- 28 -einem Absinken des Systemnutzungsrades (vgl. oben). Dies gilt auch dann, wenn die TWW-Zirkulationin die Solaranlage eingebunden ist, da in die Zirkulation nur Wärme auf hohem Temperaturniveau(> 55 °C) eingespeist werden kann und der Solarpuffer dabei nicht tief genug abgekühlt wird.In Kap. 10 wird noch erläutert werden, warum der Zapfverbrauch nicht wirklich so abgesunkenist, da hier vielmehr hydraulische Besonderheiten für das Absinken des Messwertes verantwortlichsind.850spez. Tagesmittel aus WochensummenEIK und QVE [kWh/(m²d)]7654321403020100-10-20Systemnutzungsgrad [%]0-3007.01.0721.01.0704.02.0718.02.0704.03.0718.03.0701.04.0715.04.0729.04.0713.05.0727.05.0710.06.0724.06.0708.07.0722.07.0705.08.0719.08.0702.09.0716.09.0730.09.0714.10.0728.10.0711.11.0725.11.0709.12.0723.12.07letzter Tag der MesswocheEIK Einstrahlung auf die KollektorflächeSystemnutzungsgrad, bruttoQVE Energie aus Solarsystem an VorwärmspeicherSystemnutzungsgrad brutto JahresmittelAbbildung 6:Einstrahlung in Kollektorfläche, Ertrag aus dem Solarsystem und SystemnutzungsgradbruttoAbbildung 7 zeigt den Verlauf des Ertrags aus dem Solarsystem an den Vorwärmspeicher (QVE), dieSumme der zugeführten Energie vom Solarsystems (QVE) und von den Heizkesseln (QHS) an dasTrinkwarmwassersystem (inkl. Zirkulation) sowie den solaren Deckungsanteil bezogen auf die Energiezufuhrfür Wochenmittelwerte und Jahresmittelwert. Selbst in der strahlungsreichen Jahreszeiterreicht der Deckungsanteil kaum mehr als 20 %, im Jahresmittel werden 7,2 % erreicht.Wie schon oben erwähnt, ist als Grund hierfür das außergewöhnliche Missverhältnis von Energie fürdie Zapfwarmwasserbereitung und Energie für die Gebäudezirkulation zu nennen, was aus Abbildung8 zu erkennen ist. Die Menge des gezapften Warmwassers (VVV) sinkt im Verlauf des Jahres immermehr ab, im Gleichklang damit auch die benötigte Energie für die Erwärmung des Zapfwarmwassers(QVV). Im Gegensatz dazu verharren die Energie für die Zirkulation für QVZ (Gebäude „Am Stadtwald“)undQVZZ (Gebäude „Käthe Kern“) im Jahresverlauf auf einem hohen Niveau bzw. es ist sogarnoch ein Anstieg zu erkennen. Ab Anfang November ist zusätzlich ein plötzlicher Anstieg des Energiebedarfsfür die Zirkulation zu erkennen, der aus einer Erhöhung der Warmwasseraustrittstemperaturam Bereitschaftsspeicher ab diesem Zeitpunkt resultiert.

- 29 -1.8001.6001.4001.2001.0008006004002000302520151050-5-10-1507.01.0721.01.0704.02.0718.02.0704.03.0718.03.0701.04.0715.04.0729.04.0713.05.0727.05.0710.06.0724.06.0708.07.0722.07.0705.08.0719.08.0702.09.0716.09.0730.09.07spez. Tagesmittel aus WochensummenQVE und QVE + QHS [kWh/d]14.10.0728.10.0711.11.07solarer Deckungsanteil [%]25.11.0709.12.0723.12.07letzter Tag der MesswocheQVE Energie aus Solarsystem an Vorwärmspeichersol. Deck.ant. an Energie für TWW-Sy. im JahresmittelQVE+QHS Gesamte Energiezufuhr zum TWW-Systemsol. Deck.ant. an Energie für TWW-SystemAbbildung 7:Energie aus Solarsystem, Energiezufuhr zum Trinkwarmwassersystem aus Solarsystem+ Kessel und solarer Deckungsanteil an der Energiezufuhr zum TWW-Systemspez. Tagesmittel aus WochensummenQVV, QVZ und QVZZ [kWh/d)]1.2001.1001.000900800700600500400300200100043210-1-207.01.0721.01.0704.02.0718.02.0704.03.0718.03.0701.04.0715.04.0729.04.0713.05.0727.05.0710.06.0724.06.0708.07.0722.07.0705.08.07Zapfwarmwasserverbrauch VVV in m³/d19.08.0702.09.0716.09.0730.09.0714.10.0728.10.0711.11.0725.11.0709.12.0723.12.07letzter Tag der MesswocheQVV Energie Warmwasserbereitung (Zapfvolumen)QVZZ Energie für Zirkulation ("Käthe Kern")QVZ Energie für Zirkulation ("Am Stadtwald")VVV WarmwasserzapfverbrauchAbbildung 8:Energie für Zapfverbrauch Warmwasser und Zirkulation, Zapfverbrauch Warmwasser

- 30 -9.1.3 Energiebilanz VorwärmspeicherErgänzend zu den Angaben in Tabelle 1, in der vornehmlich die Energieflüsse für Energieerzeugung(Solaranlage und Kessel) und Energieverbrauch (Zapfwarmwasser, Zirkulationen) aufgelistet sind,werden in Tabelle 2 die Energieflüsse betrachtet, die sich durch den Einsatz des Vorwärmspeichersmit der dort integrierten Legionellenschaltung und der Umschaltung des Zirkulationsrücklaufes durchden Vorwärmspeicher ergeben.Der Vorwärmspeicher wird durch solare Energie aus dem Pufferspeicher (QVE) mit 32,28 MWh/a undmit konv. Energie aus den Gaskesseln (QHS Legio ) mit 4,34 MWh/a (wenn die Schaltung zur Legionellendesinfektionaktiv ist) beladen. Von in Summe 36,62 MWh/a zugeführter Energie an den Vorwärmspeichersind ca. 88 % Solarenergie und ca. 12 % konv. Energie.Durch den Vorwärmspeicher wird, wie der Name es schon sagt, das zufließende Kaltwasser vorgewärmt,bevor es weiter in den Bereitschaftsspeichern auf die notwendige Temperatur des Zapfwarmwassersnacherwärmt wird. Die Energie für diese Vorwärmung des Zapfvolumens (QVA) beträgt23,26 MWh/a und setzt sich also aus einem solaren und einem konventionellen Energieanteil zusammen,die sich aber bei der Entladung des Vorwärmspeichers nicht mehr messtechnisch separatzuordnen lassen. Grob abgeschätzt werden die Anteile etwa die obigen Prozentzahlen annehmen.Die zweite Funktion des Vorwärmspeichers ist es, dem Zirkulationsrücklauf aus dem Gebäude „AmStadtwald“ dann Energie zuzuführen, wenn die Temperatur im Pufferspeicher mehr als 67 °C erreichtund der Zirkulationsrücklauf über den Vorwärmspeicher geleitet wird, um eine Überhitzung des Pufferspeichersmit Abschaltung der Solaranlage zu vermeiden. Die Energie für die Erwärmung des Zirkulationsrücklaufsim Vorwärmspeicher QSZ Vorwärm betrug insgesamt 14,69 MWh/a. Auch hier lässtsich der Anteil von solarer und konventioneller Energie nur grob an Hand der obigen Prozentzahlenmit 88 zu 12 % abschätzen.Bezeichnung Abkürzung MesswerteabsolutMesswertebezogenEnergie Warmwasserbereitung (Zapfvolumen) QVV 32,20 MWh/a 88,23 kWh/dEnergie Kaltwasservorwärmung (im Vorwärmspeicherzugeführte solare Energie zu QVV)Energie Warmwassernacherwärmung (im Bereitschaftsspeicherzugeführte konv. Energie zu QVV)Konv. Energie zur Nachheizung Bereitschaftsspeicherund Vorwärmspeicher (Zapfung und Zirkulation)Konv. Energie zur Nachheizung nur Vorwärmspeicher,Legionellenschaltung einKonv. Energie zur Nachheizung nur Bereitschaftsspeicher,Legionellenschaltung ausEnergie für Zirkulation „Am Stadtwald.“aus Vorwärmspeicher und BereitschaftsspeicherEnergie für Zirkulation „Am Stadtwald.";nur Bereitschaftsspeicher, Notkühlung ausEnergie für Zirkulation „Am Stadtwald.", Vorwärmspeicherund Bereitschaftsspeicher, Notkühlung einEnergie für Zirkulation „Am Stadtwald"nur Vorwärmspeicher, Notkühlung einEnergie für Zirkulation „Am Stadtwald."nur Bereitschaftsspeicher, Notkühlung einQVA 23,26 MWh/a 63,73 kWh/dQVV WW 8,94 MWh/a 24,49 kWh/dQHS 414,6 MWh/a 1.136 kWh/dQHS Legio 4,34 MWh/a 11,90 kWh/dQHS Bereit 410,2 MWh/a 1,124 kWh/dQVZ 266,1 MWh/a 729,0 kWh/dQVZ Kühl-aus 247,4 MWh/a 677,9 kWh/dQVZ Kühl-ein 18.65 MWh/a 51,10 kWh/dQSZ Vorwärm 14,69 MWh/a 40,25 kWh/dQSZ Bereit 3,96 MWh/a 10,85 kWh/dTabelle 2:Fortsetzung Messwerten 01.01.- 31.12.07, teilweise berechnet (fett)

- 31 -Die Energiebilanz des Vorwärmspeichers stellt sich nun wie folgt dar:Zugeführte Energien:QVE (solare Energie vom Pufferspeicher):QHS Legio (konv. Energie von den Kesseln):Summe:Abgeführte Energien:QVA (Energie für Kaltwasservorwärmung):QSZ Vorwärm (Energie für Zirkulationsrücklauf):Summe:32,28 MWh/a4,34 MWh/a36,62 MWh/a23,26 MWh/a14,69 MWh/a37,95 MWh/aErstaunlicherweise stellt man nun bei der Energiebilanz für den Vorwärmspeicher fest, dass es keinethermischen Speicherverluste im Messjahr gegeben hat, sondern einen Energiegewinn im Speichervon 1,33 MWh/a bzw. 3,5 % bezogen auf die abgegebene Energie, was vordergründig eigentlich nichtsein kann. Es ist aber zu bedenken, dass der Vorwärmspeicher im sehr warmen Kesselraum aufgestelltist. Die geschätzte Raumtemperatur beträgt dort durchgehend etwa 25 - 30 °C, sodass durchausein Energiestrom aus der Umgebung in den Speicher geflossen sein kann, wenn die Speichertemperaturdurch Zufluss von Kaltwasser unter der Raumtemperatur gelegen hat und keine Solarwärmeeingespeist wurde. Auch ein (unvermeidlicher) Messfehler kann an dieser Stelle nicht ausgeschlossenwerden (vgl. Ausführungen in Kap. 9.1.1).9.1.4 Energiebilanz BereitschaftsspeicherWie beim Vorwärmspeicher lässt sich auch für die Bereitschaftsspeicher eine Energiebilanz erstellen.Die beiden Speicher mit je 750 l Inhalt werden dabei als energetische Einheit betrachtet. Von denGaskesseln wird den Bereitschaftsspeichern die Energie QHS Bereit mit 410,2 MWh/a zugeführt. Anden Zirkulationsrücklauf aus dem Gebäude „Am Stadtwald“ werden davon bei Schaltung „Notkühlungaus“ QVZ Kühl-aus mit 247,4 MWh/a und bei Schaltung „Notkühlung ein“ QSZ Bereit mit 4,0 MWh/a abgegeben.An den Zirkulationsrücklauf aus dem Gebäude „Käthe Kern“ werden 125,8 MWh/a (QVZZ)und an die Nacherwärmung des Zapfvolumens 8,9 MWh/a (QVV WW ) ausgespeist.Die Energiebilanz der Warmwasser-Bereitschaftsspeicher stellt sich nun wie folgt dar:Zugeführte Energien:QHS Bereit (konv. Energie von den Kesseln):Summe:Abgeführte Energien:QVZ Kühl-aus (Energie Zirkulationsrücklauf „Am Stadtwald“ ohne Notkühlung):QVZZ (Energie Zirkulationsrücklauf „Käthe Kern“):QVV WW (Energie Nacherwärmung Zapfvolumen):QSZ Bereit (Energie Zirkulationsrücklauf „Am Stadtwald“ bei Notkühlung)Summe:410,2 MWh/a410,2 MWh/a247,4 MWh/a125,8 MWh/a8,9 MWh/a4,0 MWh/a386,1 MWh/aAus der Differenz zwischen zu- und abgeführter Energie ergibt sich ein Speicherverlust von24,1 MWh/a bzw. 6,2 % bezogen auf die abgeführten Energien aus dem Speicher. Einen Speicherverlustvon 6,2 % halten wir für zwei Warmwasserbereitschaftsspeicher, die im oberen Bereich(Warmwasseraustritt) ständig auf einer Temperatur von 60 °C gehalten werden und in einem Kesselraummit einer Raumtemperatur von etwa 25 - 30 °C aufgestellt sind, für plausibel.9.1.5 Aufteilung der Solarenergie auf Erwärmung Zapfwarmwasser und “Notkühlung“Die Anlage ist mit einer Möglichkeit ausgerüstet, durch Umschaltung der Einbindung des Zirkulationsrücklaufesaus Gebäude „Am Stadtwald“ von den Warmwasserbereitschaftsspeichern auf den VorwärmspeicherSolarenergie in den Zirkulationsrücklauf für den Fall einzuspeisen, dass nicht genügendSolarenergie allein durch Zapfwarmwasser entnommen wird und somit ein Solaranlagenstillstandmit Überhitzung droht. Diese als “Notkühlung“ bezeichnete Einrichtung sollte ursprünglich, dadas Kollektorfeld für einen Zapfverbrauch von 4 m³/d zu groß dimensioniert ist, nur die Spitzen an

- 32 -besonders strahlungsreichen Tagen abfangen. Da aber der Zapfwarmwasserverbrauch in der Messperiodemit 1,5 m³/d im Jahresdurchschnitt wesentlich geringer ausfiel als geplant, ist die “Notkühlung“an strahlungsreichen Tagen fast ständig in Betrieb gewesen. Bei einer Laufzeit der KollektorkreispumpeHP1 von 1.317 h/a ist sie durch Umschalten des Ventils VZ an 645 h/a aktiv geworden.Fast während der Hälfte der Laufzeit der Kollektorkreispumpe musste die “Notkühlung“ ein zu hohesAnsteigen der Temperatur im solaren Pufferspeicher verhindern. Entsprechend ist dann auch die Verteilungder Energieabgabe ausgefallen. Für die Kaltwasservorwärmung QVA wurden 23,26 MWh/agenutzt, für die Erwärmung des Zirkulationsrücklaufs aus Gebäude „Am Stadtwald“ bei Notkühlung(QSZ Vorwärm ) auf einem höheren Temperaturniveau 14,69 MWh/a. Ohne die Möglichkeit der “Notkühlung“hätte es mit Sicherheit Stillstandsphasen im Kollektorkreis mit Verdampfung des Wärmeträgersund starker thermischer Belastung der Kollektorkreiskomponenten gegeben.9.2 Überprüfung der Kollektorkennlinie anhand von MesswertenIn der Garantieerklärung des Bieters wurden ein Solarertrag ab Pufferspeicher von 53,58 MWh/a undein Kollektorkreisnutzungsgrad von 43,51 % angegeben. Nun bedeutet der gegenüber der abgegebenenErtragsgarantie deutlich geringere gemessene Energieertrag noch nicht, dass die Solaranlageprinzipiell schlecht arbeitet. Um hierzu nähere Aufschlüsse zu erhalten, wurden die einzelnen Anlagenkomponentengenaueren Untersuchungen unterzogen. So wurden für den Kollektorkreis (Kollektorenund Verrohrung) mit Hilfe der gewonnenen Daten aus dem Messjahr 2007 Wirkungsgrade gebildetund mit den theoretischen Kennlinien der in Stralsund eingesetzten Kollektoren verglichen. Dieseerhält man aus den bekannten Testberichten zertifizierter Prüfinstitute.Die Kennwerte für den in Stralsund installierten Kollektor der Firma Buderus, TYP SKS 3.0 wurdenaus einem Schreiben der Firma Solardiamant an die ZfS aus dem Jahr 2005 entnommen, da die ursprünglichverwendeten (und auch für die solare Ertragsgarantie des Bieters herangezogenen) Kennwerteaus einem Prüfbericht des ISFH von 2001 sich als zu optimistisch herausgestellt haben. Eswerden jetzt Kennwerte für die eingebauten Kollektoren benutzt, die eine gegenüber der ursprünglichenAuslegung geringere Leistungsfähigkeit der Kollektoren aufzeigen. Diese Differenz, die durchdie nachträgliche Reduzierung (d.h. Verschlechterung) der theoretischen Kollektorkennwerte entstandenist, wurde von der Firma Buderus durch die Zahlung einer Pönale ausgeglichen.Die Kennlinie bezeichnet den Verlauf des Kollektorwirkungsgrades: Energieabgabe aus dem Kollektorbezogen auf das Energieangebot in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz zwischen der mittlerenKollektortemperatur (Ein- und Austritt) und der Außentemperatur bezogen auf die Strahlung. Ermitteltwird die Kennlinie unter genormten Bedingungen in Prüfstandsversuchen. Die Kenntnis der Kollektorkennlinieund der sich daraus ableitenden Kollektorkennwerte ist notwendig, um eine thermische Solaranlagemit Hilfe eines Simulationsprogramms berechnen zu können. Mit Hilfe von gewonnenenMesswerten lässt sich durch Vergleich mit der theoretischen Kennlinie die tatsächliche Leistungsfähigkeitder Kollektoren bestimmen. In der Anlage in Stralsund ist dabei zu beachten, dass die zur Ermittlungdes Wirkungsgrades benötigten Temperaturen am Kollektorein- und -austritt aus baulichenGründen am Wärmetauscher im Keller des Gebäudes (Speicheraufstellraum) und nicht, wie es nachden Testverfahren der Prüfinstitute richtig wäre, direkt am Kollektor auf dem Dach abgegriffen werden.In die gemessenen Temperaturen gehen deshalb nicht nur die Verluste am Kollektor (die durch dieKennlinie aufgezeigt werden), sondern zusätzlichoptische Verluste durch Verschmutzung der Kollektoren,thermische Verluste der Kollektoren durch stärkere Windeinflüsse (Seenähe),optische Verluste durch nicht senkrecht auf der Kollektorfläche stehende Sonne undthermische Verluste durch die Verrohrung des Kollektorfeldes wie auch durch die Steigleitungvom Kollektorfeld zum Wärmetauscher.

- 33 -Die aus den Messdaten gewonnenen Wirkungsgradpunkte stellen somit Kennlinienpunkte für denKollektorkreis dar. Trägt man diese tatsächlichen Betriebspunkte trotzdem in ein Diagramm für dietheoretische Kollektorkennlinie ein, so äußern sich die zusätzlich darin enthaltenen Verluste in einemAbstand zur vorgegebenen Wirkungsgradkurve des Kollektors. Realistischer weise muss also voneiner Differenz zwischen Kollektorkennlinie und den Wirkungsgradpunkten für den Kollektorkreisausgegangen werden (was im Folgenden dargelegt wird).Die folgende Aufstellung zeigt in knapper Übersicht die Formeln zur Berechnung der Kollektorkennlinie,die Kollektorkennwerte aus den Prüfberichten, daraus berechnete Stützwerte für die Kollektorkennlinienund die für die Auswertung der Messwerte notwendigen Formeln.Nachrechnung Kollektorkennlinie Solardiamant (später Buderus) Typ SKS 3.0-wa) Formel für Kollektorkennlinie theor = 0 - ( c 1 x ) - (c 2 EI x 2 )b) Kollektorkennwerte aus Schreiben Solardiamant vom 18.01.05 basierend auf ISFH 2004 0 0,816C 1 3,86Die hier angegebenen Kollektorkennwerte sind auf dieAperturfläche bezogen.C 2 0,0128c) Berechnung der Kollektorkennlinien für Diagramme mit KollektorkennwertenSKS 3.0-wX theor0,0000 0,81600,0200 0,73880,0400 0,6616Die theoretische Kollektorkennlinie ist hier für eine Einstrahlungvon1.000 W/m² berechnet.0,0600 0,58440,0800 0,50720,1000 0,4300d) Berechnung der Wirkungsgradpunkte für Diagramm aus MesswertenT m = ( TKT1 + TKT2 ) / 2X = (T m - T A ) / EIK = QSP/EIK = Solarertrag aus Kollektorkreis/Einstrahlung in KollektorebeneAbbildung 9 zeigt die Verhältnisse am 10.06.07. Dieser Tag wurde ausgewählt, da er von allen Tagenin der Messperiode die gleichmäßigste Einstrahlung aufwies (glockenförmige Strahlungskurve) undsomit von einem möglichst kontinuierlichen Betrieb ohne mehrfaches An- und Abfahren der Solaranlageausgegangen werden konnte. Eingetragen sind die Kennlinie des eingebauten Kollektors (berechnetaus den Kennwerten gemäß Brief von Buderus vom 18.01.05) sowie 30-sec-Messwerte desKollektorkreis-Wirkungsgrades. Zu beachten ist, dass nicht sämtliche verfügbaren 30-sec-Messwerte

- 34 -des 10.06.07 für eine Auswertung genutzt werden, sondern nur ausgewählte (gefilterte) Werte, die diefolgenden Kriterien erfüllen:1. Stabiler Betriebszustand der Solaranlage ohne An- und Abfahrvorgänge, was nur bei einerglockenförmigen Einstrahlung über den Tag erreicht werden kann.2. Die Kollektorkreis- und Ladekreispumpe müssen während des gesamten Messintervalls dauerhafteingeschaltet sein.3. Die Einflüsse der Strahlungsreflexion an der Glasscheibe des Kollektors und eine dadurchverursachte Wirkungsgradreduzierung sollen möglichst gering sein. Dies bedingt Betriebsphasenmit ungefähr senkrechter Einstrahlung auf die Kollektoren, wie auch die Ermittlung derKennlinie im Prüfinstitut stets bei angenähert senkrechter Einstrahlung vorgenommen wird(nach DIN EN 12975-2 darf der Winkelkorrekturfaktor nicht größer als +-2% werden). Soll derWinkelkorrekturfaktor nicht größer als +-2° werden, so darf die Einstrahlung nicht mehr als 20°von der Senkrechten auf die Kollektorebene abweicht. Dieses Kriterium ist dadurch zu erfüllen,dass eine vom Datum der Messwerte abhängige Sonnenstandsanalyse durchgeführt wird,die dann zu einer Uhrzeiteinschränkung der verwendeten Messwerte führt. Grobe Faustformel:Für nach Süden ausgerichteten und etwas geneigten Kollektorflächen ist das brauchbareZeitfenster etwa von 11:00 bis 13:00 h. Da das hier betrachtet Kollektorfeld eine Ausrichtungnach SSW hat, verschiebt sich das Zeitfenster mehr in den Nachmittag.4. Die Betriebseinflüsse von der konv. Anlagenseite sollen nicht zu stark auf die Solaranlageeinwirken und dort ein unstetiges Betriebsverhalten verursachen (keine zu starken VolumenoderTemperaturschwankungen vom Vorwärmspeicher beim Entladen der Solarpuffer).1,00,9eta für Kollektor bzw. Kollektorfeld0,80,70,60,50,40,30,20,10,00,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10x =((TKT1+TKT2)/2-Ta)/EIKeta aus Schreiben von Solardiamant vom 18.01.05, basierend auf Test ISFH von 2004eta KollektorfeldAbbildung 9:Kennlinie für Kollektor Solardiamant SKS 3.0w und Messwerte Wirkungsgrad (eta) Kollektorfeldam 10.06.2007

- 35 -Angewandt auf die Messwerte vom 10.06.07 müssen folgende Filterungen durchgeführt werden:- Einstrahlung in die Kollektorebene (EIK) mehr als 950 W/m²- Durchfluss für Kollektor- und Ladekreis weitgehend konstant- Zeitfenster 12:30 bis 15:14 Uhr MEZ- Keine zu starken Temperaturspitzen auf der EntladeseiteDer Vergleich der Messwerte bei 950 W/m² zwischen dem Schwerpunkt der Messpunkte und der Kollektorkennlinieergibt eine Abweichung von ca. 10 %-Punkten bzw. 15% relativ. Diese Verluste könnenfolgende Ursachen haben:Unter Berücksichtigung der baulichen Gegebenheiten (relativ inhomogenes Kollektorfeld mitrelativ langer Verrohrung auf dem Flachdach) dürfen die thermischen Verluste des Kollektorkreisesum ca. 20 – 25 % (relativ) höher sein als die eines Einzelkollektors, was etwa 5 – 6 %Punkte abdecken würde.Die Kollektorabdeckung kann verschmutzen, allerdings reinigt Regen sie wieder. Im Ergebnissteigen die optischen Verluste jedoch zweitweise etwas an. Wir setzen dafür 2 %-Punkte zusätzlicheoptische Verluste an.Die Windgeschwindigkeiten am Standort Stralsund sind im Jahresdurchschnitt höher als diebei der Ermittlung der Kollektorlinie auf dem Prüfstand zugrunde gelegten. Wir setzen hierfürrelativ ca. 15 % mehr thermische Verluste an, was etwa 2 %-Punkten entspricht.In der Summe der Überlegungen ergibt sich folgendes Bild:Erhöhte Verluste Kollektorkreis gegenüber Einzelkollektor (gemessen):abzüglich thermische Verluste durch Kollektorkreisverrohrung:abzüglich optischer Verluste durch Verschmutzung:abzüglich thermische Verluste durch höhere Windgeschwindigkeit:Restbetrag erhöhte Verluste:10 %-Punkte- 5 bis 6 %-Punkte- 2 %-Punkte- 2 % Punkte1 – 0 %-PunktDieser Wert liegt geringfügig über dem Bereich des Zulässigen (s. o.) und zeigt, dass die Kollektorendie (in den 2004 neu durchgeführten Prüfungen) ermittelten Werte im wesentlichen erreichen, wobeiberücksichtigt ist, dass die Messwerte wie oben ausgeführt für den gesamten Kollektorkreis inkl. Verrohrunggelten. Es sei hier auf den Zwischenbericht von 2003 verwiesen; hier wurde eine Abweichungzwischen der auf den ursprünglichen Kollektorkennwerten basierenden Kollektorkennlinie und denMesspunkten von etwa 14 %-Punkten bzw. 23 % relativ gemessen.In den kommenden Messjahren soll diese Untersuchung kontinuierlich fortgeführt werden, sodassAussagen darüber möglich sind, inwieweit das Verhalten der Kollektoren stabil bleibt oder ob Alterungoder andere Einflüsse die Leistungsfähigkeit der Kollektoren negativ beeinflussen.

- 36 -9.3 Leistungsfähigkeit des Wärmetauschers Kollektorkreis/LadekreisDie Leistungsfähigkeit einer Solaranlage hängt nicht unerheblich von der richtigen Auslegung desWärmetauschers zwischen Kollektorkreis und Ladekreis ab. Für die richtige Auslegung eines außenliegenden Plattenwärmetauschers können die folgenden Werte empfohlen werden:Wärmedurchgang im WT (k*A-Wert) etwa 100 W/(m² KF *K), KF = KollektorflächeMittlere logarithmische Temperaturdifferenz (ΔT log ) am WT etwa 5 K (bei einer spez. Wärmeleistungvon 500 W pro m² Kollektorfläche)Im Leistungsverzeichnis für die Anlage in Stralsund wurde für den Wärmetauscher CetethermCetepak 422-HVC81PL2V berechnet:Leistung PSP: 90 kW, bezogen auf die Kollektorfläche von 100 m² etwa 900 W/m²Durchfluss VKT: 4,26 m³/h, VSP = 3,95 m³/hMittlere logarithmische Temperatur (ΔT log ) am Wärmetauscher: 5 K, was etwa einem k*A-Wertfür den WT von 175 W/(m² KF *K) entsprichtFür die Überprüfung, ob die angestrebte Leistungsfähigkeit des Wärmetauschers auch mit Messwertenbelegt werden kann, gilt wieder (wie bei der Analyse des Kollektorkreises), dass nur Messwerteaus Zeiträumen ausgewertet werden dürfen, bei denen sich die Anlage im stabilen Betriebszustandbefand. Ausgewählt wurde der 09.06.2007, ein Tag mit idealer glockenförmiger Einstrahlung.Abbildung 10 zeigt die Verhältnisse am Wärmetauscher für diesen Tag. Aus dem Diagramm lässt sicherkennen, dass der WT den Planwert für den Wärmeübergang (k*A-Wert) von 175 kW/(m² KF *K) beieiner Leistung PSP/KF von 900 W/(m² KF ) und einer mittl. log Temperaturdifferenz von 5 K nicht einhält.Vergleicht man die Planwerte mit den Messwerten, so stellt man fest, dass die gemessenenDurchflüsse VKT und VSP mit etwa 2,9 m³/h wesentlich kleiner sind als bei der Planung angesetzt.Auch ist die geplante Leistung mit 90 kW zu hoch angesetzt, realistisch wären etwa 50 kW gewesen.Da die Planwerte unrealistisch hoch angesetzt wurden, kann nicht erwartet werden, dass der Wärmetauscherdiese Leistungen auch erbringt. Leider sind wir nicht im Besitz eines Rechenprogramms vonCetetherm und können deshalb auch nicht anhand der Messwerte die theoretisch erreichbare Leistungdes Wärmetauschers (bei realen Betriebsbedingungen) nachrechnen. Für die Anlage entstehtaber letztendlich kein großer Nachteil, da der gemessenen k*A-Wert mit 100 W/(m²*K) beim empfohlenenAuslegungswert liegt und die mittl. log. Temperaturdifferenz auch nicht wesentlich größer als5 K wird. Nicht unerwähnt sollte bleiben, dass bei einer Betriebsdauer von etwa 5 Jahren leistungsminderndeAblagerungen nicht auszuschließen sind.

- 37 -k*A-Wert in W/(m²KF*K), PSP/KF in W/m²KF8007507006506005505004504003503002502001501005000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10dT = mittl. log. Temperatur in Kk*A WTPSP/KFAbbildung 10: Leistung WT Kollektorkreis/Ladekreis am 09.06.2007 von 10.00 bis 16.00 h9.4 Leistungsfähigkeit Wärmetauscher PufferspeicherentladekreisAuch die Leistungsfähigkeit des Wärmetauschers zwischen Pufferspeicher und Vorwärmspeicherbeeinflusst die Leistung der Solaranlage. Auch hier sollte die mittl. log. Temperaturdifferenz nichtmehr als 5 K betragen, damit die Summe der Temperaturdifferenzen vom Kollektorkreis bis zum Vorwärmspeicher10 K nicht übersteigen.Der Wärmetauscher ist in einer Komplettstation von Buderus (Pufferspeicherentladestation LogasolPES75) integriert. Nähere Angaben über die Auslegung des Wärmetauschers (mit Ausnahme einerLeistung von 75 kW) sind dem Buderus-Katalog nicht zu entnehmen. Es konnte aber am Gerät durchAblesen des Typenschildes festgestellt werden, dass in der Komplettstation ein 3-wegiger Wärmetauscherder Marke SWEP (B28 Hx67/3P-SC-S) eingebaut ist.Abbildung 11 zeigt das Verhalten des Wärmetauschers der Komplettstation während der gesamtenZeit der Entladung des Pufferspeichers am 09.06.2007. Aus dem Diagramm lässt sich ablesen, dassbei einer Leistungsübertragung im WT vom Entladekreis an den Vorwärmspeicher (PSS/KF), dieschwerpunktmäßig zwischen 250 und 300 W/m² KF liegt, die meisten der 30sec-Messpunkte der Bedingungentsprechen, dass die log. Temperaturdifferenz dabei nicht mehr als 5 K betragen soll. Wennman die Messpunkte genauer auszählt, kommt man zu dem Ergebnis, dass 97 % der Messpunkteunter 3 K liegen, 3 % zwischen 3 und 5 K und nur 1 % über 5 K. Der Wärmetauscher hält also dieBedingung, keine größere Temperaturdifferenz als 5 K zu erzeugen, sehr gut ein.

- 38 -k*A-Wert in W/(m²KF*K), PSS/KF in W/m²KF8007507006506005505004504003503002502001501005000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10dT = mittl. log. Temperatur in Kk*A WTPSS/KFAbbildung 11: Leistung WT Entladekreis/Vorwärmspeicher am 09.06.2007 von 12:00 bis 23:00 Uhr9.5 Verhalten des solaren Pufferspeichers beim Be- und EntladenEine weitere wichtige Komponente des Solarsystems ist der solare Pufferspeicher. Neben einem aufEnergieeintrag und -verbrauch abgestimmten Puffervolumen und Beladesystem ist genauso wichtig,dass der Speicher korrekt mit dem Gesamtsystem verschaltet ist, dass Be- und Entladevorgängenachvollziehbar sind und dass sich eine über die Speicherhöhe günstige Temperaturschichtung ausbildet.An einem ausgewählten Tag soll untersucht werden, ob der Pufferspeicher diesen Anforderungengenügt. Als typischer Tag mit einer starken Beladung des Speichers durch die Solaranlage undeiner zeitverschobenen Entladung durch den Ladekreis wurde der 09.06.07 ausgewählt (Abbildung12). Im linken Diagramm sind die Temperaturen im Pufferspeicher (TPS11 bis TPS15) sowie die BeundEntladeströme (VSP und VSS) aufgetragen, im rechten die dazugehörigen Temperaturen der BeundEntladeströme (TSP1 und TSP2 für Beladung, TSS1 und TSS2 für Entladung).

- 39 -Temperatur[°C]807570656055504540353025201510504 6 8 10 12 14 16 18 20 22 0Stunde8,07,57,06,56,05,55,04,54,03,53,02,52,01,51,00,50,0Durchfluss[m³/h]TPS11 Temp. PS obenTPS13 Temp. PS mittigTPS15 Temp. PS untenVSS Volumenstrom Entladung PSTPS12 Temp. PS halb obenTPS14 Temp. PS halb untenVSP Volumenstrom Beladung PSAbbildung 12: Temperaturen im Pufferspeicher und Volumenströme durch Be- und Entladen des Pufferspeichersam 09.06.2007Temperatur[°C]807570656055504540353025201510504 6 8 10 12 14 16 18 20 22 0StundeTSS1 Temp. Entladung PS VorlaufTSP1 Temp. Beladung PS VorlaufTSS2 Temp. Entladung PS RücklaufTSP2 Temp. Beladung PS RücklaufAbbildung 13: Temperaturen Be- und Entladeströme Pufferspeicher am 09.06.2007

- 40 -Am 09.06.2007 ist in Abbildung 12 zu erkennen, dass der Pufferspeicher von 09:00 bis 18:00 Uhrbeladen und von 12:00 bis 23:30 Uhr, neben drei kürzeren Entladevorgängen um 06:00, 10:00 und11:00 Uhr, durchgehend entladen wurde. Die Temperaturen steigen ab etwa 09:00 Uhr von 50 °Cunten bzw. 55 °C oben im Pufferspeicher durch die Beladung auf etwa 75 °C an, um dann durch denEntladevorgang bis 23:30 Uhr wieder auf 52 °C abzusinken. Die gute Schichtung bleibt während dergesamten Zeit von Be- und Entladung erhalten, insbesondere auch in der Zeit von 12:00 bis18:00Uhr, in der Be- und Entladung gleichzeitig stattfinden. Hier zeigt sich die gute Wirkungsweise desSchichtbeladesystems, das eine deutliche Trennung der Temperaturschichten auch bei unterschiedlichenBe- und Entladeströmen (Beladung 3,0 m³/h, Entladung 1,4 m³/h) erzeugen kann.Im Abbildung 13 sind die Temperaturen der Be- und Entladeströme gezeigt. Anzumerken ist hier,dass der oberste Temperaturfühler im Pufferspeicher (TSP11) nicht exakt im höchsten Teil des Pufferspeicherseingebaut ist (ca. 40 cm unter dem Pufferdeckel), der unterste Temperaturfühler im Pufferspeicher(TPS15) ist etwa 40 cm über dem Pufferboden montiert. Der Verlauf von TPS1 zeigt nun,mit welcher Temperatur der Pufferspeicher vom Wärmetauscher des Solarkreises aus beladen wird.Gegen 15:00 Uhr strömt Wasser mit ca. 77 °C in den Puffer ein. Der Fühler TPS11 (40 cm unterhalbdes Speicherdeckels) registriert logischerweise diese Spitze nicht ganz. Hier werden nur max. 75 °Cregistriert.Die Rücklauftemperatur des Beladekreises TSP2 liegt durchgängig mehrere Grad unter der an PositionTPS15 (untere Speichertemperatur ca. 40 cm oberhalb Speicherboden) gemessen, da der Auslaufzum Belade-WT hin tiefer positioniert ist und deshalb dort kälteres Wasser abgezogen wird als anPosition TPS15 vorliegt. Die Temperatur TSP2 wird wesentlich mitbestimmt von der Rücklauftemperaturaus dem Entladespeicher (TSS2). Dass sie nicht ganz deren tiefe Werte erreicht liegt daran,dass der Entladevolumenstrom erheblich geringer ist (1,3 m³/h) als der Volumenstrom zur Beladung(3 m³/h). Daher setzt sich TSP2 aus einer Überlagerung von TSS2 und einem von oben aus dem Pufferspeichernachgezogenen Volumen, das wärmer ist, zusammen. Die heftigen Temperaturspitzenvon TSS2 bis hinunter auf 20 °C werden durch den Zustrom von Kaltwasser in den Vorwärmspeicher(bei Zapfung) verursacht.Die Temperatur TSS1 steigt nie über 70 °C, obwohl die Temperatur im Pufferspeicher oben (TPS11)um 16:00 Uhr 75 °C erreicht. Das Ventil zur Temperaturbegrenzung vor dem Wärmetauscher Entladekreisbegrenzt die Temperatur - wie vorgesehen - auf 70°C. Dadurch soll die Verkalkung des WärmetauschersEntladekreis und eine Überhitzung des Vorwärmspeichers verhindert werden.Abbildung 14 zeigt das Verhalten des Pufferspeichers am 21.03.2007, an dem er nur mehrfach entladen,aber nicht beladen wird. Vom strahlungsreichen Vortag ist der Pufferspeicher oben noch auf50 °C aufgeladen, um 07:00 Uhr setzt die erste Entladung ein, bis 20:00 Uhr folgen 7 weitere. Treppenförmigbaut sich die Temperatur im Pufferspeicher ab, die Schichtung bleibt aber sehr gut erhalten.Abbildung 15 zeigt, dass die Vorlauftemperatur des Entladekreises (TSS1) in den Entladezeitenteilweise deutlich über der Temperatur oben im Pufferspeicher (TPS11) liegt. Auch hier ist zu erkennen,wie schon oben angemerkt, dass die Temperaturmessung im Pufferspeicher oben nicht diehöchste Stelle des Pufferspeichers erreicht und deshalb im Bereich der Kappe des Pufferspeichers,an dem die Verrohrung angeflanscht ist, zeitweise noch höhere Temperatur auftreten, als an derhöchsten Messstelle. Die Rücklauftemperatur vom Wärmetauscher Entladekreis/Vorwärmspeicher(TSS2) kommt mit einer Temperatur in den Pufferspeicher zurück, die scheinbar zeitweise deutlichhöher liegt, als die Temperatur im Pufferspeicher unten (TPS15). Trotzdem gibt es keinen Temperaturanstiegim Pufferspeicher unten. Hier ist zu beachten, dass nur die Temperaturen gewertet werdendürfen, bei denen eine Durchströmung im Rohr stattfindet (VSS). Liegt eine Durchströmung vor (z.B.von 07:00 bis 07.50 Uhr), so befinden sich die Rücklauftemperaturen TSS2 etwa im Bereich von20 °C und entsprechen etwa der unteren Pufferspeichertemperatur TPS15 von 21 °C. Die wesentlichhöheren Temperaturen bis über 40°C sind Stillstandstemperaturen, die vermutlich durch Wärmeleitungbei ausgeschalteten Pumpen im Bereich des Wärmetauchers von der (wärmeren) Primärseitezur (kälteren) Sekundärseite zustande kommen. Die Temperaturen des Ladekreises (TSP1 undTSP2)sind an diesem Tag nicht relevant, da keine Durchströmung (VSP) stattfindet.

- 41 -Temperatur [°C]6055504540353025201510504 6 8 10 12 14 16 18 20 22 0Stunde6,05,55,04,54,03,53,02,52,01,51,00,50,0Durchfluss[m³/h]TPS11 Temp. PS oben TPS12 Temp. PS halb oben TPS13 Temp. PS mittigTPS14 Temp. PS halb unten TPS15 Temp. PS unten VSP Volumenstrom Beladung PSVSS Volumenstrom Entladung PSAbbildung 14: Temperaturen im Pufferspeicher und Volumenströme durch Be- und Entladen desPufferspeicher am 21.03.200760555045Temperatur[°C]40353025201510504 6 8 10 12 14 16 18 20 22 0StundeTSS1 Temp. Entladung PS VorlaufTSP1 Temp. Beladung PS VorlaufTSS2 Temp. Entladung PS RücklaufTSP2 Temp. Beladung PS RücklaufAbbildung 15: Temperaturen Be- und Entladeströme Pufferspeicher am 21.03.2007

- 42 -9.6 Verhalten des Umschaltventils VZ (Umschaltung Zirkulationsrücklauf)Das Regelkonzept sieht vor, dass ab einer Temperatur von mehr als 67 °C im Pufferspeicher derRücklauf der Zirkulation aus dem Gebäude „Am Stadtwald“ nicht mehr zum Warmwasserbereitschaftsspeichersondern in den solaren Vorwärmspeicher geführt wird. Dadurch soll dem Solarsystemein zweiter Verbraucher angeboten werden, der dem Solarpuffer zusätzlich Energie entzieht. Eine zustarke Erwärmung des Puffers bis evtl. zu seiner Maximaltemperatur von 94 °C und somit Kollektorkreisstagnationsollen so vermieden werden.Abbildung 16 zeigt die Situation des Pufferspeichers am 09.06.07. Um12:00 Uhr werden etwa 67 °Cim Speicher oben überschritten, wobei die tatsächliche Auslauftemperatur aus dem Speicher wegender Position des Temperaturfühlers etwas höher liegt. Das Ventil VZ schaltet den Zirkulationsrücklaufaus dem Gebäude „Am Stadtwald“ vom Bereitschaftsspeicher auf den Vorwärmspeicher, um 23:00Uhr wird diese Umfahrung wieder zurückgenommen, da die Temperatur im Pufferspeicher oben wiederunter 64 °C abgesunken ist (hier an der Messstelle TPS11 nur etwa 60 °C, zur Differenz ist obenschon etwas gesagt worden). Ein Abschalten der Solaranlage bei 94 °C Pufferspeichertemperaturkonnte somit vermieden werden, vielmehr wurde noch sinnvoll Solarenergie bei einem Temperaturniveauvon etwa 70 °C abgegeben. Gleichzeitig wird beim Umschalten des Ventil VZ auch die normaleRegelung zwischen Vorwärmspeicher und Pufferspeicher außer Kraft gesetzt und die EntladepumpenP3 und P4 auf Dauerbetrieb geschaltet. Im Diagramm Abbildung 17 sieht man, dass der Beladestromdes Vorwärmspeichers (VVE) um 10:00 und 11:00 Uhr durch die „normale“ Regelbedingung (Pufferspeicher< 70 °C) zweimal anspringt, dann von 12:00 bis 23:30 Uhr im Dauerbetrieb läuft. Der Zirkulationsrücklaufbleibt während des ganzen Tages mit 3,4 m³/h fast gleich, ab 12:00 Uhr ist durch denetwas höheren hydraulischen Widerstand (Weg über den Vorwärmspeicher) ein geringer Rückgangder Durchströmung zu beobachten. Die Temperatur des Zirkulationsrücklaufs TVZ2 beträgt gut 50 °C,in der Zeit von 12.00 bis 23:00 Uhr schwankt sie um 50 °C, die Temperatur des Volumenstroms ausdem Vorwärmspeicher TVA1 beträgt in dieser Zeit gut 55° C. Die Temperatur des Zirkulationsrücklaufsist somit durch die Einspeisung von Solarenergie um etwa 5 K erhöht worden. Auch hier muss,wie schon oben erwähnt, wieder darauf hingewiesen werden, dass nur die Zeiten der Rohrtemperaturgewertet werden dürfen, an denen auch ein Durchfluss im Rohr erfolgt. Für TVA1 bedeutet dies, dassdie Temperaturen vor 12:00 Uhr nicht relevant sind, um eine Temperaturerhöhung des Zirkulationsrücklaufsim Vorwärmspeicher abzuleiten.

- 43 -Temperatur [°C]807570656055504540353025201510508 10 12 14 16 18 20 22 0StundeTPS11 Temp. PS 1 obenTPS12 Temp. PS 1 halb obenTPS13 Temp. PS 1 mittigTPS14 Temp.PS 2 halb untenTPS15 Temp. PS untenBetriebsstunden Umschaltventil VZ0,080,070,060,050,040,030,020,010,00Betriebsstunden[h]Abbildung 16: Temperaturen im Pufferspeicher und Betriebsstunden Umschaltventil VZ Zirkulation„Am Stadtwald“ am 09.06.07Temperatur[°C]807570656055504540353025201510508 10 12 14 16 18 20 22 0Stunde8,07,57,06,56,05,55,04,54,03,53,02,52,01,51,00,50,0Durchfluss[m³/h]TVZ2 Temp. Rücklauf Zirkulation "Am Stadtwald"VVE Volumenstrom Beladung VWSTVA1 Temp. Warmwasser aus VWSVVZ Volumenstrom WW-Zirk. "Am Stadtwald"Abbildung 17: Be- und Entladeströme Pufferspeicher am 09.06.07

- 44 -9.7 Verhalten des Umschaltventils VL1 und VL2 (Legionellenschaltung)Im Arbeitsblatt W 551 der Deutschen Vereinigung des Gas- und Wasserfaches (DVGW) wird gefordert,dass bei Anlagen mit Vorwärmstufen (der Vorwärmspeicher dieser Anlage ist als solcher anzusehen)der gesamte Speicherinhalt der Vorwärmstufe einmal pro Tag auf 60 °C oder höher aufzuwärmenist, um das Legionellenwachstum zu bekämpfen. Um dieser Vorgabe zu entsprechen, wurdedie Regelung so konzipiert, dass die Legionellenschaltung für den Vorwärmspeicher dann in Betriebgesetzt wird, wenn in den vergangenen 23 Stunden an den Temperatur-Messstellen TVWS2 undTVWS3 keine 60 °C durch Beladung mit Solarenergie erreicht wurden. Die Aufwärmung des Vorwärmspeicherswird durch Umschalten der Ventile VL1 und VL2 erzielt, sodass der Beladestrom vomWärmetauscher Nachheizung (VHS), der normalerweise die Bereitschaftsspeicher auflädt, dann denWeg nur durch den Vorwärmspeicher nimmt. Dieses Abkoppeln der Bereitschaftsspeicher von derkonv. Beladung darf nicht zu lange dauern, da sonst die Temperatur in den Bereitschaftspeichern(sofern Zirkulation läuft) zu stark absinkt. Da der solare Vorwärmspeicher recht klein ist und die Leistungdes Kessels sowie der Kesselvolumenstrom hoch sind, ist die Aufheizzeit für den solaren Vorwärmspeicherausreichend kurz (ca. 15 – 20 min).Um die Wirkungsweise der Legionellenschaltung zu zeigen, wurden 3 Tage ausgewählt, an denensich die verschiedenen Betriebszustände gut erkennen lassen. In Abbildung 18 sind die Temperaturenfür den Vorwärmspeicher vom 05. bis 07.06.2007 aufgetragen, zusätzlich die Betriebsstunden fürdie Umschaltventile VL1 und VL2 (die immer synchron gestellt werden). Die Startzeit für die Legionellenschaltung,wenn sie denn benötigt wird, wurde für alle Tage einheitlich auf 04:00 Uhr festgelegt.Am 05.06 erreichte die Temperatur im Vorwärmspeicher keine 60 °C. Am 06.06. wird um 04:00 Uhrdurch die Regelung abgefragt, ob in den vergangenen 23 Stunden die Temperatur im Vorwärmspeichermindestens einmal über 60 °C gelegen hat. Da dies nicht der Fall war, wird die Legionellenschaltungin Betrieb gesetzt, in Abbildung 18 zu erkennen am Einbruch der Betriebsstundenkurve fürHLV1/2 um 04:00 Uhr. Der gesamte Vorwärmspeicher wird durchgeladen und erreicht kurz darauf(innerhalb von 20 min ) an allen Speichermessstellen TVWS1 bis TVWS3 eine Temperatur von 60 °C.Am folgenden Tag wird durch die Regelung wieder abgefragt, ob in den vergangenen 23 Stunden dieTemperatur im unteren Bereich des Vorwärmspeichers mindestens einmal 60 °C erreicht hat. Da diesder Fall war (gegen 18:00 Uhr am 06.06.07), wird am 07.06 die Legionellenschaltung nicht aktiviert.

- 45 -700,0765600,0655500,05Temperatur [°C]4540353025201510500 4 8 12 16 20 0 4 8 12 16 20 0 4Stunden fürdie Tage 05., 06. und 07.06.20070,040,030,020,010,00Betriebsstunden[h]TVWS1 Temp. VWS obenTVWS3 Temp. VWS untenTVWS2 Temp. VWS mittigBetriebsstunden Umschaltventile VL1 und VL2Abbildung 18: Temperaturen Vorwärmspeicher vom 05. bis 07.06.2007

- 46 -10 Warmwasserverbrauch und Kaltwasser-Fehlströmung10.1 Trinkwasserverbrauch als Auslegungswert für das SolarsystemDas Altenpflegeheim “Am Stadtwald“ wurde in den Jahren 2001/ 2002 als zweigeschossiger Ersatzneubaufür einen Teilbereich des vorhandenen Pflegeheimes “Käthe Kern“ errichtet. Die Solaranlagewurde im Rahmen der Errichtung dieses Neubaus installiert. Daher waren Messungen zum Trinkwarmwasserverbrauchin diesem Gebäude, das zunächst allein an das Solarsystem angeschlossenwurde, nicht möglich.Die FH Stralsund (damals alleine zuständig für die Planungsbetreuung und das Messprogramm) hattedaher Messungen an einem vergleichbaren Gebäude (Pflegeheim-Neubau Brunnenaue) durchgeführtund kam dort auf einen Verbrauch an Trinkwarmwasser (TWW) von ca. 4,5 m³/d. Dieser Wert wurdeder Auslegungsplanung für das Solarsystem “Am Stadtwald“ zu Grunde gelegt /5/.Nachdem entschieden wurde, eine Solaranlage mit rund 100 m² Kollektorfläche zu errichten, musstezwangsläufig die TWW-Zirkulation in das Solarsystem integriert werden, da ohne Einbindung der Zirkulationfür einen TWW-Verbrauch von ca. 4,5 m³/d (Planzahl für die Auslegung) ein Kollektorfeld miteiner Fläche von rund 75 m² ausreichend gewesen wäre. Mit dem Ziel, eine möglichst hohe Systemeffizienzzu erreichen, wurde zusätzlich die im Neubau vorhandene Fußbodenbeheizung in das Solarsystemangeschlossen. Zum Verhalten des Systems in diesem Ursprungszustand gibt es ausführlicheAnalysen in /5/.Der Warmwasserverbrauch im Gebäude “Am Stadtwald“ lag im ersten Messjahr (Mitte 2002 bis Mitte2003) statt der geplanten ca. 4,5 m³/d nur bei ca. 2 bis 3 m³/d. Die FH Stralsund führte dies auf dieunterschiedliche Belegung zwischen “Am Stadtwald“ und dem zur Verbrauchsermittlung benutzenGebäude “Brunnenaue“ zurück (mehr Schwerst-Pflegebedürftige im Gebäude “Am Stadtwald“ /5/).Im Ursprungssystem zeigten sich erhebliche Mängel, so dass ein Komplettumbau (vor allem bei derAnbindung der Verbraucher an das Solarsystem) notwendig wurde (Abschluss der Arbeiten: September2005). Da der Umbau der falschen Heizungsanbindung bei geringem Nutzen auf die Solarwärmeabfuhrim Sommer erhebliche Kosten verursacht hätte, wurde auf die Integration der Heizung indas Solarsystem verzichtet. Um dennoch eine gute Wärmeabfuhr aus dem Solarpufferspeicher aufmöglichst niedrigem Temperaturniveau zu sichern, wurde beschlossen, das Trinkwarmwassersystemdes Altbaus “Käthe Kern“ später zusätzlich an das Solarsystem anzubinden (Anschluss “Käthe Kern“erfolgte im Juni 2006).Wir hatten erwartet, dass der TWW-Verbrauch für beide Gebäude in der Summe bei 4 bis 5 m³/d liegenwürde. Sicherheitshalber wurde im November 2004, also vor den geplanten Umbauten, ein Volumenstromzählerzur TWW-Verbrauchsmessung im Gebäude “Käthe Kern“ eingebaut. So konnte inVerbindung mit dem bereits installierten Verbrauchszähler im Gebäude “Am Stadtwald“ der Gesamt-TWW-Verbrauch für beide Gebäude ermittelt werden.Die Ergebnisse dieser Messungen sind in Abbildung 19 dargestellt.Im Gebäude “Am Stadtwald“ ergab sich der bisher schon immer gemessene TWW-Verbrauch von ca.2 bis 3 m³/d. Ein ähnlicher Verbrauch wurde im Gebäude “Käthe Kern“ registriert, so dass sich in derSumme ein TWW für beide Gebäude von ca. 4 bis 6 m³/d ergab.Wie sich der gemessene TWW-Verbrauch nach Anschluss des zweiten Gebäudes in der Realitäteinstellte, wird in Kap. 10.3 aufgezeigt. Erläuterungen zur Messung des TWW-Verbrauchs und zurInterpretation dieser Messwerte sind in den Kapiteln 10.2 und 10.4 gegeben.

- 47 -Altenpflegeheim StralsundWarmwasserverbrauch "Am Stadtwald" und "Käthe Kern"7,06,0Zirkulation "Am Stadtwald": 3,4 m³/hZirkulation "Käthe Kern": 2,7 m³/h5,04,03,02,01,00,013.11.200414.11.200415.11.200416.11.200417.11.200418.11.2004Warmwasserverbrauch in m³/d19.11.200420.11.200421.11.200422.11.200423.11.200424.11.200425.11.200426.11.200427.11.200428.11.200429.11.200430.11.200401.12.200402.12.200403.12.200404.12.200405.12.200406.12.200407.12.200408.12.2004TagAm Stadtwald (Bestand)Käthe Kern (Zubau)Abbildung 19: TWW-Verbrauch in den Gebäuden „Am Stadtwald“ (bereits an Solaranlage angeschlossen)und „Käthe Kern“ (Anschluss an Solaranlage damals (2004) geplant)Da selbst für den oben angegebenen Gesamt-TWW-Verbrauch beider Gebäude das Kollektorfeldetwas zu groß dimensioniert war, sollte überschüssige Solarwärme in strahlungsreichen Perioden indie Zirkulationsnetze beider Gebäude eigespeist werden /5/.10.2 Prinzip zur Messung des TWW-VerbrauchsWenn wir in diesem Bericht (wie in allen unseren Veröffentlichungen) vom gemessenen Trinkwarmwasserverbrauchreden, so ist es wichtig zu beachten, welchen Messwert wir hier zu Grunde legen.In Abbildung 20 ist dargestellt an welcher Stelle wir den TWW-Verbrauch messen (mit “richtig“ bezeichnetePosition des Volumenstromzählers. An dieser Stelle messen wir also die Menge bzw. dieStrömung von Kaltwasser in den konventionellen Bereitschaftsspeicher. Am Ausgang des Warmwasserspeichersdarf man nicht messen, weil neben dem Zapfvolumen dort auch das Zirkulationsvolumenströmt. Ebenso muss darauf geachtet werden, dass zwischen der Messstelle und dem Speicherkeine Kaltwasserabgänge liegen. Wird die Zirkulation auf den Kaltwassereinlauf in den Speicher geführt(wie im Bild gezeichnet), so muss die Messstelle in Kaltwasser-Strömungsrichtung gesehen vordieser Einspeisung liegen.Ist ein solarer Vorwärmspeicher vorhanden, so sitzt dieser Zähler meist vor diesem Speicher undnicht vor dem in Reihe nachgeschalteten konv. Nachheizspeicher (was aber möglich wäre).Das Zirkulationsvolumen wird im Zirkulationsrücklauf zum Speicher hin erfasst.In “normalen“ Systemen entspricht das an der Kaltwassermessstelle erfasste Volumen genauder Menge an warmem Trinkwasser, die dem Speicher als Zapfverbrauch entnommen wird.Wenn es jedoch Fehlströmungen gibt (vgl. Kapitel 10.4), dann messen wir an dieser Stelle nurdas Kaltwasservolumen, das auf dem vorgesehenen (“normalen“) Weg in den Speicher einströmt,nicht aber die wirkliche Zapfentnahme an warmem Trinkwasser aus diesem Speicher.

- 48 -Wenn wir im Folgenden also vom gemessenen Trinkwarmwasserverbrauch reden, dann istdies nur die Menge Kaltwasser, die auf dem vorgesehenen Weg in den Speicher strömt – nichtjedoch unbedingt auch die wirkliche TWW-Verbrauchsmenge.Zirkulationspumpe000000m³ZirkulationNachheizspeicherm³falschEntnahmeWarmwassermöglicheTemperatur-MeßstellenKesselTemperaturZirkulationRücklauffalsch000m³000evtl. vorhandeneVorwärmstufe000000m³m³m³richtigfalschfalschEintrittstemperaturin das künftigeSolarsystemAbzweigKaltwasserEntnahmeKaltwasserAbbildung 20: Position des Volumenzählers für den Trinkwasserverbrauch10.3 Entwicklung des gemessenen TWW-VerbrauchsIn Tabelle 3 ist der Verlauf des gemessenen Trinkwarmwasserverbrauchs während der Beobachtungszeitdes Systems aufgelistet.Im ersten Messjahr (2002/2003) lag der gemessene TWW-Verbrauch mit den üblichen Schwankungenbei ca. 2 bis 3 m³/d, ohne dass eine prinzipielle Tendenz zur Zu- oder Abnahme im Verlauf diesesJahres zu erkennen war /5/.Nachdem im Juli 2003 der vom Planer etwas zu groß dimensionierte Kaltwasserzähler gegen einkleineres Modell (bessere Erfassung auch kleinerer Volumenströme) ausgetauscht wurde, wurden ca.15 bis 20 % mehr Durchsatz (ohne Tendenz) registriert. Es ist daher anzunehmen, dass dieser etwaserhöhte Durchsatz auch im ersten Messjahr schon vorlag, er nur falsch registriert wurde, weil dasAnlaufverhalten des großen Zählers bei kleinen Volumenströmen zu schlecht war /5/.Nach dem Umbau des Solarsystems auf ein System mit solarem Vorwärmspeicher aber noch vordem Anschluss des zweiten Gebäudes wurde während einiger Monate ein Tagesvolumen an TWWvon ca. 1,0 bis 1,5 m³/d gemessen. Hier deutet sich schon an, dass durch den Umbau ein Einfluss aufdie Hydraulik des gesamten Warmwassersystems verursacht wurde.Durch den Anschluss des zweiten Gebäudes (des Altbaus “Käthe Kern“) mit einer ähnlichen Belegungszahlwie im bisher allein angeschlossenen Gebäudes “Am Stadtwald“ hatten wir in etwa eineDurchflussverdoppelung auf etwa 5 m³/d erwartet. In der Realität betrug der Durchsatz im zweitenvollständigen Messjahr (Beginn ca. 6 Monate nach Anschluss “Käthe Kern“) zunächst nur etwa3,5 m³/d und sank im Verlauf des Jahres 2007 sogar auf nur noch knapp 1 m³/d ab, in den letzten

- 49 -beiden Monaten dieses Jahres sogar auf nur noch 0,8 m³/h, was aber auch durch eine Erhöhung derTemperatur im konv. Bereitschaftsspeicher bedingt war.Im Jahr 2008 wurden einige Rückschlagklappen im Warmwassersystem ausgewechselt. Danach warin 2008 zunächst zeitweise eine leichte Erhöhung des gemessenen TWW-Verbrauchs festzustellen(ca. 2 m³/d), gegen Jahresende wurde von uns aber nur noch ein Wert von ca. 0,5 m³/d registriert.Die vorgenommenen Maßnahmen führten also nicht zu einer dauerhaften Verbesserung.Es sei an dieser Stelle nochmals betont: Wir messen den Kaltwassereinlauf in den solarenVorwärmspeicher. Dieser muss bei ungünstigen Verhältnissen im konv. Warmwassersystemnicht unbedingt identisch sein mit dem wirklich zum Zapfen verbrauchten Auslauf aus demkonv. Warmwasserspeicher (vgl. Kapitel 10.2 und Kapitel 10.4).Verbrauchje Tag (m³/d)Mittel ausWochensum.Tabelle 3:Planung 18.7.02-17.7.03vor Systemumbau4,5 2 bis 2,5ohne Tendenzab ca. Juli 03nach WechselVol-Zählerca. 2,2 bis 3ohne TendenzSept. 05 bisJuni 06 nachSyst.-Umbau1,0 bis 1,5ohne Tendenz1.1.-31.12.07nach Anschl.Käthe Kern3,5 bis 0,9Tendenz:abnehmend1.1.-31.12.08Wechs. Rückschlagklap.2,0 bis 0,5Tendenz: erststeigend, dannabnehmendÜbersicht über die Entwicklung des gemessenen TWW-Verbrauchs während der Betreuungder Anlage durch die FH Stralsund/ZfSAPHS WarmwasserzapfverbrauchZapfverbrauch durch Speicher VVV [m³/d]7,06,56,05,55,04,54,03,53,02,52,01,51,0Keine Messdaten vom17.07. bis 31.12. 04Umbau Anlage 24.08.bis 12.09.05Anschluss "Käthe Kern"12.06.06 lt. Messdaten0,50,018.07.200216.09.200215.11.200214.01.200315.03.200314.05.200313.07.200311.09.200310.11.200309.01.200409.03.200408.05.200407.07.200405.09.200404.11.200403.01.200504.03.200503.05.200502.07.200531.08.200530.10.200529.12.200527.02.200628.04.200627.06.200626.08.200625.10.200624.12.200622.02.200723.04.200722.06.200721.08.200720.10.200719.12.200717.02.200817.04.200816.06.200815.08.200814.10.200813.12.2008DatumVVVAbbildung 21: Verlauf des gemessenen TWW-Verbrauchs während der Beobachtungszeit10.4 Analyse zu den Gründen für den geringen gemessenen TWW-VerbrauchDie folgenden Analysen erscheinen uns auf Grund unserer Messergebnisse logisch. Eine feste Absicherungwäre jedoch erst durch mehrere Versuche bzw. Umbauten und die Auswertung der sichdann einstellenden Verhältnisse möglich.

10.4.1 Systemaufbau- 50 -Zum besseren Verständnis der folgenden Ausführungen werden hier die für die Warmwasser- undZirkulationsmessung relevanten Messstellen nochmals beschrieben. Das stark vereinfachten Systemschemamit Regelungs- und Messfühlern (Abbildung 5 auf Seite 21) zeigt die Situation nach demAnlagenumbau und nach Anschluss des zweiten Gebäudes (“Käthe Kern“).Als Sensor für den gemessenen TWW-Verbrauch dient der Volumenstromzähler VV. Mit dem dortregistrierten Volumen und den beiden Temperaturen TVV1 (im Warmwasserabgang hinter dem konv.Bereitschaftsspeicher) und TVV2 (im Kaltwasserzulauf zu den solaren Vorwärmspeichern; nahe beiVV) ergibt sich die Wärmemenge des gemessenen Wasservolumens, das in den Speichern als Zapfverbrauchaufgeheizt wird (als scheinbarer bzw. gemessener Zapfverbrauch; vgl. Kapitel 10.2).Die Zirkulationsvolumina werden in den Zirkulationsrückläufen mit dem Volumenstromzähler VZ (“AmStadtwald“) und VZZ (“Käthe Kern“) registriert. Die Zirkulations-Wärmemengen ergeben sich aus VZ,TVZ1 (Warmwasserauslauf aus Bereitschaftsspeicher) und TVZ2 (Zirkulationsrücklauf vor Eintritt inSolar- oder Bereitschaftsspeicher) für “Am Stadtwald“ bzw. VZZ, TVZZ1 und TVZZ2 (“Käthe Kern“).Folgende Regeln gelten:1. In “normalen“ Systemen ist der durch VV registrierte Wassermenge (und die in Verbindung mitTVV1 und TVV2 daraus berechnete Wärmemenge) identisch mit dem gezapften Warmwasservolumen(bei Speichertemperatur) und der entsprechenden Zapfenergie.2. Ebenfalls im “normalen“ System ist die Zirkulationsenergie bei ständig laufender Zirkulationspumpe(wie hier in Stralsund) nahezu konstant (Ausnahme: Umleitung Rücklauf in den solarenVorwärmspeicher). Geringe Änderungen ergeben sich bei diesem Wert durch unterschiedlicheRaumtemperaturen. So kann die Zirkulationsenergie bei erhöhter Raumtemperatur im Sommer(gegenüber dem Winter) leicht absinken. Einen weiteren geringen Einfluss hat das Zapfvolumen.Wird viel gezapft, so fließt das Wasser im Zirkulationsvorlauf (gleichzeitig Zapfstrang) schnellerund kühlt dadurch langsamer aus. Im Gegenzug dringt dann aber etwas wärmeres Wasser anden Zapfstellen (Anbindung Zirkulationsrücklauf an den -vorlauf) in den Zirkulationsrücklauf ein;dies erhöht die Verluste im Zirkulationsrücklauf leicht. Die beiden letztgenannten Effekte kompensierensich also zum Teil. Der erstgenannte Einfluss wirkt sich nur schwach aus.3. Der Volumenstrom im Zirkulationsnetz wird bestimmt durch die Pumpe und die Strömungsverlusteim Zirkulationsnetz. Er ist in der Regel sehr konstant. Eine geringfügige Reduzierung kannsich ergeben, wenn viel TWW gezapft wird, da dann die Strömungsverluste im Vorlaufzweig derZirkulation durch den zusätzlichen Zapf-Volumenstrom etwas erhöht werden. Grundsätzlich ist esfür den Zirkulationsvolumenstrom nahezu unerheblich, ob die Zirkulationspumpe Wasser nur ausdem Zirkulationsvorlauf zieht oder auch über Fehlwege, die so nicht vorgesehen sind.Aus den obigen Anmerkungen wäre also zu folgern:1. Der Zirkulationsvolumenstrom ist nahezu konstant (vernachlässigbare Schwankungen).2. Die Temperatur des Zirkulationsrücklaufs ist nahezu konstant, sofern die Temperatur des ausdem Bereitschaftsspeicher fließenden Wassers im betrachteten Zeitraum etwa gleich bleibt. Lediglichein jahreszeitlich bedingter (durch die Raumtemperatur hervorgerufener) Effekt istschwach vorhanden (entsprechender Verlauf der Energie).Die o.g. Überlegungen werden in den folgenden Analysen (vgl. Kapitel 10.5) berücksichtigt.10.5 Analysen zum gemessenen und zum wirklichen TWW-VerbrauchIm ersten Messjahr (2002 / 2003), in dem nur das Gebäude “Am Stadtwald“ an das Solarsystem angeschlossenwar, gab es keine besonderen Auffälligkeiten bei den Verbrauchswerten - abgesehenvon Einregulierungsschwankungen in 2002 und der leicht fehlerbehafteten Messung wegen des zugroßen Volumenzählers im Kaltwasserzulauf zum System /5/. Die Planzahlen wurde an einem ähn-

- 51 -lichen Gebäude gemessen, da das Gebäude “Am Stadtwald“ incl. Solaranlage neu errichtet wurde.Daher waren Abweichungen zwischen Plan- und Istzahlen möglich (Plan: ca. 4 m³/d – Ist: 2,5 m³/d).Erst nach Anschluss des zweiten Gebäudes “Käthe Kern“ im Jahr 2006 traten die erheblichen Diskrepanzenzwischen dem erwarteten TWW-Verbrauch (ca. 5 m³/d) und zusätzlich ein unerwartetes Absinkendes gemessenen TWW-Verbrauchs im Verlauf des Beobachtungszeitraums auf (vgl. Abbildung21).Im Folgenden wird versucht, anhand der Messdaten für 2007 dieses Verhalten zu erklären.10.5.1 These zur Fehlströmung des aufzuwärmenden Kaltwassers1.4001.3001.2001.1001.00090080070043210-1-2-3Tagesmittel aus WochensummenZapfwarmwasserverbrauch VVV [m³/d]spez. Tagesmittel aus WochensummenQVZ und QVZZ [kWh/d)]600500400300200100007.01.0721.01.0704.02.0718.02.0704.03.0718.03.0701.04.0715.04.0729.04.0713.05.0727.05.0710.06.0724.06.0708.07.0722.07.0705.08.0719.08.0702.09.0716.09.0730.09.0714.10.0728.10.0711.11.0725.11.0709.12.0723.12.07-4-5-6-7-8-9-10letzter Tag der MesswocheQVZ QVZZ VVVAbbildung 22: Gemessener Warmwasserverbrauch und Energie für die Zirkulationen in den Gebäuden“Am Stadtwald“ (QVZ) und “Käthe Kern“ (QVZZ) im Jahr 2007In Abbildung 22 ist der Verlauf des gemessenen Warmwasser-Zapfverbrauchs VV (hier im Tagesmittelaus Wochensummen in m³/d), der im Zulauf zum Vorwärmspeicher gemessen wird, sowie dieEnergien zu erkennen, die in den Zirkulationskreisen in den Gebäuden “Am Stadtwald“ (QVZ) und“Käthe Kern“ (QVZZ) verbraucht werden (Jahr 2007). Im Verlauf des Jahres 2007 ging der gemesseneTWW-Verbrauch ständig zurück. Waren es Anfang 2007 noch etwa 3 m³/d (erwartet wurde jedoch5 m³/d), so sank dieser Wert gegen Ende des Jahres auf unter 1 m³/d. Da sich weder die Belegungdes Heimes noch der Pflegedienst geändert hatten, konnte dies nicht mit einer echten Verbrauchsreduzierungerklärt werden.

- 52 -Für die weiteren Untersuchungen wurde nur der Zeitraum bis Oktober 2007 benutzt, da danach dieWarmwassertemperatur in den Bereitschaftsspeichern etwas erhöht wurde. Dies hatte wegen ansteigenderTemperaturdifferenz des TWW gegenüber der Gebäudesubstanz höhere thermische Verluste(höhere Zirkulationsenergie) zur Folge.Betrachtet man die Zirkulationsenergie QVZZ für das Gebäude “Käthe Kern“, so zeigt sich über dasJahr hinweg (bis Oktober) der typische Verlauf. Die Zirkulationsenergie ist nahezu konstant - abgesehenvon der üblichen leichten Reduzierung im Sommer, die bereits in Kapitel 5.1 angesprochenwurde. Es fällt jedoch auf, dass einem sinkenden gemessenen Warmwasserverbrauch ein steigenderEnergiebedarf für die Zirkulation QVZ im Gebäude “Am Stadtwald“ gegenüber steht. Währendsich der Warmwasserverbrauch im Jahresverlauf etwa drittelt, steigt in diesem Gebäude der Energiebedarffür die Zirkulation bis zum Oktober um 25 % an.Stellt man die These auf, dass der wirkliche Warmwasserverbrauch im Heim nicht gesunken ist(keine wesentlichen Nutzungs- und Belegungsänderungen), sondern nur der gemessene, dannmuss man annehmen, dass das zu erwärmende Kaltwasser einen anderen Weg am Verbrauchs-Volumenzähler vorbei zum Verbraucher gefunden hat. Aus der Überlegung, dass diese Fehlströmungnur über eine vor dem Verbrauchszähler abzweigende zusätzliche Kaltwassereinspeisung in dasVerbrauchssystem (die direkte Kaltwasserleitung zum Beimischen an den Zapfstellen) und die Zirkulationsrücklaufleitungerfolgen kann, wurde das in Abbildung 23 gezeigte Schema entwickelt.Abbildung 23: Stark vereinfachtes Schema zur Darstellung der Kaltwasser-FehlströmungNach diversen Kontrollen im Gebäude “Am Stadtwald“ vermuteten wir nun, dass es in den Mischarmaturen(Einhebelmischer, Thermostatmischer, Armaturen mit geöffneten Einzelabsperrungen fürKalt-und Warmwasser mit Druckknopfventil im angeschlossenen Brauseschlauch (Küche) etc.) auchbei geschlossenem Auslaufventil (oder Druckknopfventil) zu einem Überströmen von Wasser von derKalt- auf die Warmwasserseite kommt. Der gesamte Kaltwasserzustrom nimmt dann nicht mehr nurden normalen Weg über die Einspeiseleitung in den solaren Vorwärmspeicher (über den Verbrauchs-Volumenstromzähler (VV); blauer Strömungsweg in Abbildung 23), sondern fließt teilweise auch überdie direkte Kaltwasserleitung zu den Zapfstellen und von dort in über den Zirkulationsrücklauf in die

- 53 -Bereitschaftsspeicher, sobald an einer Stelle Warmwasser gezapft wird (roter Strömungsweg in Abbildung23).Die Erwärmung dieser Kaltwasser-Fehlströmung findet dann zwar immer noch in den Bereitschaftsspeichernstatt (Einlauf in den oberen Speicherbereich; vgl. roter Strömungsweg in Abbildung 23),jedoch wird diese Erwärmungsenergie nicht messtechnisch erfasst, da das Volumen nicht über denVerbrauchszähler strömt. Auch gelangt dieses Kaltwasser-Fehlströmvolumen nicht mehr in den solarenVorwärmspeicher, so dass das Solarsystem keine Solarwärme an diese Wassermenge abgebenkann.Diese Fehlströmungen müssen durch intakte Rückflussverhinderer (in Abbildung 23 eingezeichnet),deren Einbau an allen Zapfstellen notwendig ist, an denen beide Zuflüsse (kalt und warm) geöffnetwerden können und die Absperrung nur durch ein in einem angeschlossenen Gerät integriertes Ventilerfolgt (Brauseschlauch in z.B. Küchenspülbecken, an Kalt-und Warmwasser angeschlossene Maschinen,Thermostat- und Einhebelmischarmaturen u.ä.) unterbunden werden.Wir müssen hier aber davon ausgehen, dass einige Rückflussverhinderer fehlen oder defekt sind, sodass das nachströmende Kaltwasser zum Teil den oben beschriebenen Fehlweg nimmt (roter Strömungspfadin Abbildung 23; Zapfstelle rechts im Bild).Der Verbraucher merkt von der Kaltwasser-Fehlströmung nichts, da im Bereitschaftsspeicher ganznormal die Warmwassertemperatur eingehalten wird.Trotz intensiver weiterer Suche nach den Fehlstellen, dem Einbau von einigen Rückschlagventilen inden Mischarmaturen sowie dem Ersatz von Einhebel-Mischarmaturen durch neue konnte bis zur Erstellungdieses Berichtes keine dauerhafte Verbesserung der Situation herbeigeführt werden. Es istwegen der vielen Zapfstellen aber auch nur schwer möglich, die Fehlerpunkte zu lokalisieren.10.5.2 Untermauerung der These anhand der Messergebnisse aus 2007Wegen des normalen Verlaufs der Zirkulationsenergie im Gebäude “Käthe Kern“ (QVZZ in Abbildung22) kann man davon ausgehen, dass im Gebäude “Käthe Kern“ keine (oder nur kleine) Fehlströmungenbeim Kaltwasser stattfinden.Der im Verlauf des Jahres ansteigende Verlauf der Zirkulationsenergie im Gebäude “Am Stadtwald“(QVZ in Abbildung 22) lässt in Verbindung mit dem ständig sinkenden Verlauf des gemessenenWarmwasserverbrauchs (VV) die Vermutung zu, dass die Kaltwasser-Fehlströmungen überwiegendoder auch nur im Gebäude “Am Stadtwald“ auftreten.Hier ist allerdings festzuhalten, dass diese Fehlströmungen vor dem zusätzlichen Anschluss des Gebäudes“Käthe Kern“ nicht vorhanden oder nur so schwach ausgeprägt waren, dass sie nicht erkanntwurden. Auf diesen Punkt wird später noch eingegangen werden.Zunächst ist zu klären, wie sich die vermutete Kaltwasserfehlströmung auf die Messwerte auswirktbzw. an welchen Messwerten sie überhaupt erkannt werden kann. Eindeutig scheint sie sich natürlichauf den registrierten Warmwasserverbrauch auszuwirken, aber auch auf die gemessene Zirkulationsenergie.Dabei ist am Zirkulationsvolumen keine Veränderung zu erkennen, was logisch ist, da dieserVolumenstrom fast konstant durch die Zirkulationspumpe hervorgerufen wird (vgl. Kapitel 10.4.1).Wird bei gleichbleibendem Volumenstrom nun jedoch ein Teil des aufzuwärmenden Kaltwassers (mitca. 15 °C) über die Zirkulationsrückleitung transportiert, dann sinkt der Anteil des “echten“ Zirkulationsvolumens(mit ca. 50 - 55 °C) am Gesamtvolumen entsprechend ab. Folge dieser Volumenstrommischungwird sein, dass sich im Zirkulationsrücklauf eine Mischtemperatur einstellt, die - jenach beigemischter Kaltwassermenge - mehr oder weniger stark unter der üblichen Zirkulationsrücklauftemperaturliegt. Damit wird die Temperaturspreizung im Zirkulationsnetz höher und so auch diegemessene Zirkulationsenergie, die aber nun eigentlich auch die zum Aufheizen des über die Zirkulationfließenden Kaltwassers nötige Energie enthält.

- 54 -An den Messwerten zur Zirkulationsvor- und -rücklauftemperatur (bzw. zur Temperaturspreizung imZirkulationsnetz) sollte also zu erkennen sein, dass diese Spreizung von der üblichen im Netz vorhandenennach oben abweicht, wenn Warmwasser gezapft wird. Nur dann findet die Fehlströmung statt,da nur dann aufzuheizendes Kaltwasser fließt.Temperaturen [°C]Temp. Zirkulationsvorlauf beide GebäudeTemp. Zirkulationsrücklauf Altbau (K.Kern)Volumenstrom Zirkulationsrücklauf Altbau72,070,569,067,566,064,563,061,560,058,557,055,554,052,551,049,548,046,545,043,542,03,403,233,062,892,722,552,382,212,041,871,701,531,361,191,020,850,680,510,340,170,000:151:152:153:154:155:156:157:158:159:1510:1511:1512:1513:1514:1515:1516:1517:1518:1519:1520:1521:1522:1523:15Temp. Zirkulationsrücklauf NeubauVolumenstrom Zirkulationsrücklauf NeubauVolumenstrom KW direkt in Bereitschaftssp.Volumenströme [m³/h]Enduhrzeit (MEZ) Mittelungsintervall (15 min) [10.1.2007]Abbildung 24: Temperaturen und Volumenströme in den Zirkulationsnetzen sowie gemessener TWW-Zapfvolumenstrom am 10.1.2007In Abbildung 24 haben wir zunächst für einen Tag zu Anfang der 2. Messperiode (Mi. 10.1.2007; dergemessene TWW-Verbrauch lag hier noch bei ca. 3 m³/d) die für die Analyse relevanten Temperaturen(Zirkulationsvorlauf (für beide Zirkulationsnetze gleich), Zirkulationsrückläufe aus dem später angeschlossenenAltbau “Käthe Kern“ und aus dem von Beginn an angeschlossenen Neubau “AmStadtwald“) und die beiden Volumenströme in den Zirkulationsnetzen sowie den gemessenen Warmwasserverbraucheingezeichnet.Zunächst ist zu erkennen, dass die Zirkulationsvolumenströme in Beiden Gebäuden während desgesamten Tages etwa konstant bleiben. Dies war so zu erwarten (vgl. Kapitel 10.4.1 und Kapitel

- 55 -10.5.1). der leichte Rückgang der Volumenströme hängt mit der “Legionellenschaltung“ zusammen.Nähere Informationen zu dieser Schaltung sind Kap. 5.3 zu entnehmen.Weiterhin ist zu sehen, dass die Zirkulationsvorlauftemperatur bis ca. 07:00 Uhr leicht schwankt. DerKessel belädt die Bereitschaftsspeicher gem. der Reglereinstellung taktend. Ab ca. 07:00 Uhr bleibtdas Temperaturniveau im oberen Teil der Bereitschafsspeicher (= Vorlauftemperatur Zirkulation) beivorliegendem TWW-Zapfverbrauch fast konstant. In diesem frühen Zeitpunkt nach dem Umbau wardie Beladeregelung vom Kessel her noch nicht optimal eingestellt. Normal wäre ein leichtes Schwingengem. den eingestellten Schalthysteresen für das Schaltvolumen - wie in den Zeiten ohne Zapfverbrauch.Die Zirkulationsrücklauf-Temperatur aus “Käthe Kern“ bleibt selbst bei leicht schwankender Vorlauftemperaturnahezu konstant (nur kleiner Rückgang bei Aktivierung der Legionellenschaltung undbeim stärkeren Rückgang der Vorlauftemperatur gegen 05:30 Uhr – zeitverzögert sichtbar im Rücklaufgegen 06:15 Uhr) Diese starke Dämpfung des Einflusses der Vorlauftemperatur liegt an der weitenVerzweigung des Zirkulationsnetzes in “Käthe Kern“ (kürzere Strömungspfade und längere Wegeergeben zusammen kein gleichzeitiges Eintreffen von Spitzen/Senken im Gesamtrücklauf) und zusätzlichauch in der weiten Entfernung dieses Gebäudes von den Bereitschaftsspeichern (Speicher in“Am Stadtwald“; von dort lange erdverlegte Leitung zu “Käthe Kern“ mit Verwirbelungen). Die Zeitverzögerungder Spitzen von ca. 45 Minuten (vgl. Rückgang Vorlauftemperatur ca. 03:45 Uhr und SenkeRücklauf 04:30 Uhr sowie Senke Vorlauf ca. 05:30 Uhr und Senke Rücklauf ca. 06:15 Uhr) ist hervorgerufendurch diesen langen Strömungsweg und den im Vergleich zu “Am Stadtwald“ wesentlich geringerenVolumenstrom im Zirkulationsnetz.Die Verzögerung der Temperaturspitzen oder -senken zwischen Zirkulationsvor- und -rücklauf liegt imGebäude “Am Stadtwald“ nur bei ca. 15 Minuten. Zudem ist hier die Dämpfung der Spitzen wesentlichgeringer ausgeprägt als bei “Käthe Kern“, da das Zirkulationsnetz weniger verzweigt ist.Will man nun die Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf berechnen und vergleichen, somuss man die oben genannten Zeitverzögerungen natürlich berücksichtigen. In Abbildung 25 habenwir die in Abbildung 24 gezeigten Werte (unter Ausklammerung der Zirkulations-Rücklauftemperaturfür das bezüglich der Fehlströmungen irrelevanten Gebäude “Käthe Kern“ mit Berücksichtigung dieserZeitverzögerung (Rücklauftemperaturen zu 15 Minuten früheren Zeiten verschoben)) dargestellt.Zugleich haben wir in diese Abbildung aber die Werte eingetragen, die wir im “Normalfall“ (also ohneStörung durch Kaltwasserfehlströmungen) für die Zirkulationsrücklauftemperatur aus dem Gebäude“Am Stadtwald“ (Neubau) erwartet hätten. Diese “Normalwerte“ haben wir berechnet aus der real vorliegendenVorlauftemperatur und der Temperaturdifferenz im Zirkulationsnetz, die sich nachts einstellt,wenn kein TWW gezapft wird. Das Brechen der kurzzeitigen Temperatursenken haben wir dadurchaber nicht berücksichtigen können, so dass unsere “Normal-Rücklauftemperatur“ etwas stärkerschwankt als der real gemessene Wert. Der Fehler in unserer Analyse bleibt durch diesen kleinenUnterschied jedoch so gering, dass wir auf das Einfügen von Dämpfungsformeln verzichtet haben.Wichtig ist die folgende Aussage, die man Abbildung 25 eindeutig entnehmen kann:Während der Zapfzeiten liegt die Zirkulationsrücklauf-Temperatur im Gebäude “Am Stadtwald“um einige Grad unter der erwarteten “Normaltemperatur“. Zudem ist dieses Absinken i.d.R.umso stärker, je höher der gemessene TWW-Verbrauch ist.

- 56 -Temp. ZirkulationsvorlaufTemp. Zirkulationsrücklauf realTemp. Zirkulationsrücklauf unter 'normalen' BedingungenVolumenstrom Kaltwasser (KW) direkt in BereitschaftsspeicherVolumenstrom ZirkulationsrücklaufTemperaturen [°C]72,070,569,067,566,064,563,061,560,058,557,055,554,052,551,049,548,046,545,043,542,03,403,233,062,892,722,552,382,212,041,871,701,531,361,191,020,850,680,510,340,170,00Volumenströme [m³/h]0:151:152:153:154:155:156:157:158:159:1510:1511:1512:1513:1514:1515:1516:1517:1518:1519:1520:1521:1522:1523:15Enduhrzeit (MEZ) Mittelungsintervall (15 min) [10.1.2007]Abbildung 25: Temperaturen und Volumenströme im Zirkulationsnetz “Am Stadtwald“ sowie gemessenerTWW-Zapfvolumenstrom am 10.1.2007(Kurve Zirkulationsrücklauf um 15 min.nach vorne verschoben; Kurven geglättet)Der untypische Abfall der Zirkulations-Rücklauftemperatur kann unserer Meinung nach nur durch dieKaltwasserfehlströmungen über den Zirkulationsrücklauf verursacht werden (vgl. Kapitel 10.5.1). Zwarist das Absinken dieser Temperatur nicht sehr hoch, wegen des hohen Zirkulationsdurchsatzes vonca. 3 m³/h (ca. 70 m³/d) muss die Zumischmenge an fehlströmendem Kaltwasser doch erheblich sein.Wie hoch diese Fehlströmung ist, kann man nun berechnen, indem man ermittelt, wie viel Kaltwassermit der vorliegenden (gemessenen) Temperatur dem normalen Zirkulationsrücklauf mit der “Normaltemperatur“zugemischt werden muss, um die gemessene Rücklauftemperatur zu erreichen.Das Ergebnis dieser Berechnungen ist in Abbildung 26 dargestellt. In diesem Bild sind summarisch(gestapelt) aufgetragen der gemessene Kaltwasser-Volumenstrom durch die solaren Vorwärmspeicher(gemessener TWW-Verbrauch) und der berechnete zusätzlich als TWW-Zapfvolumen über die

- 57 -Zirkulationsleitung fließende Kaltwasser-Fehlstrom (Einlauf oben in die Bereitschaftsspeicher; vgl.Abbildung 23).1,00,90,8Kaltwasservolumenstrom über Zirkulationsrücklaufin Bereitschaftsspeicher (2,0 m³/d)Kaltwasservolumenstrom direkt inBereitschaftsspeicher (3,1 m³/d)Volumenströme [m³/h]0,70,60,50,40,30,20,10,00:151:152:153:154:155:156:157:158:159:15Abbildung 26: Normal- und Fehlströmungsdurchsätze beim TWW-Verbrauch (10.1.2007)10:15Gemessen wurde an diesem Tag ein Verbrauch von 3,1 m³ Warmwasserverbrauch. Dies ist jedochnur der Teil des aufgeheizten Kaltwassers, der über den Volumenstromzähler im Kaltwasserzulauf zuden solaren Vorwärmspeichern fließt, also den “normalen“ (direkten) Weg in die Bereitschaftsspeichernimmt. Zusätzlich ergaben sich jedoch noch berechnete Fehlströmungen des Kaltwassers über denZirkulationsrücklauf in Höhe von 2 m³ im Verlauf dieses Tages. Insgesamt lag der wirkliche Verbrauchan TWW an diesem Tag bei gut 5 m³. Dies ist ein Wert, den wir für realistisch halten und nachdem Anschluss des zweiten Gebäudes auch erwartet hatten (vgl. dazu Kapitel).In der Spitze liegen die 15-Minuten-Verbrauchswerte bei 0,8 m³/h. Die höchste Spitze liegt am Morgen.Auch diese Werte halten wir für realistisch (in späteren Ausführungen mehr dazu).Zugleich ergibt sich aus aber auch: Selbst der - im Vergleich zu späteren Messwerten - relativ hohegemessene Verbrauch entspricht nicht dem wirklichen. Schon ab Beginn der zweiten Messperiode(Messungen nach Anschluss des zweiten Gebäudes) wurden wegen der Fehlströmungen zu geringeTWW-Verbrauchswerte gemessen.Die gleiche Analyse haben wir nun noch für einen Tag spät im Jahr 2007 (Di. 4.12.2007) durchgeführt.In dieser Periode lag der gemessene Verbrauch bei nur noch bei 0,9 m³/d.Da die Wochentage Di. bis Do. nahezu identische Verbrauchsstrukturen aufweisen, war es unerheblich,dass wir einmal einen Mittwoch (Januar) und einmal einen Dienstag (Dezember) ausgewählthatten. Wir haben uns bei der Auswahl der Tage daran orientiert, dass sie einen für diesen Zeitbereichtypischen gemessenen Verbrauch aufwiesen. Im Verlauf der Wochen oder Monate gibt es natürlichSchwankungen im Tagesvolumen.In Abbildung 27 sind die gleichen Messwerte wie in Abbildung 25 eingetragen (auch hier wieder mitZeitverschiebung; vgl. im Text weiter oben).11:1512:1513:1514:1515:1516:1517:1518:1519:1520:15Enduhrzeit (MEZ) der Mittelungsperiode (15 min) [10.1.2007]21:1522:1523:15

- 58 -Zunächst fällt auf, dass die Zirkulationsvorlauf-Temperatur (Auslauftemperatur aus dem Bereitschaftsspeicher)stärker schwankt als am bereits betrachteten 10.1.2007. Dies liegt an einer verändertenEinstellung bei der Regelung für die Beladung vom Kessel her (Schalthysterese, Pumpenlaufzeit).Temp. ZirkulationsvorlaufTemp. Zirkulationsrücklauf realTemp. Zirkulationsrücklauf unter 'normalen' BedingungenVolumenstrom Kaltwasser (KW) direkt in BereitschaftsspeicherVolumenstrom ZirkulationsrücklaufTemperaturen [°C]72,070,569,067,566,064,563,061,560,058,557,055,554,052,551,049,548,046,545,043,542,03,403,233,062,892,722,552,382,212,041,871,701,531,361,191,020,850,680,510,340,170,00Volumenströme [m³/h]0:151:152:153:154:155:156:157:158:159:1510:1511:1512:1513:1514:1515:1516:1517:1518:1519:1520:1521:1522:1523:15Enduhrzeit (MEZ) Mittelungsintervall (15 min) [4.12.2007]Abbildung 27: Temperaturen und Volumenströme im Zirkulationsnetz “Am Stadtwald“ sowie gemessenerTWW-Zapfvolumenstrom am 4.12.2007 (Kurve Zirkulationsrücklauf um 15 min.nach vorne verschoben; Kurven geglättet)Zudem ist der Durchsatz im Zirkulationsrücklauf von “Am Stadtwald“ nicht mehr ganz so gleichmäßigwie am 10.1.2007. Dies ist bedingt durch das Takten der starken konv. Beladepumpe für den Bereitschaftsspeicher,die - wenn eingeschaltet - eine leichte Rückwirkung auf den Zirkulationskreis hat(Durchsatzerhöhung).Der Vergleich zwischen gemessener und normalerweise zu erwartender Zirkulationsrücklauftemperaturim Gebäude “Am Stadtwald“ zeigt nun noch höhere Differenzen als im Januar 2007.Führt man nun wieder die oben bei der Analyse des 10.1.2007 bereits geschilderten Berechnungendurch, so erhält man als Ergebnis Abbildung 28.

- 59 -1,00,90,8Kaltwasservolumenstrom über Zirkulationsrücklaufin Bereitschaftsspeicher (5,0 m³/d)Kaltwasservolumenstrom direkt inBereitschaftsspeicher (0,9 m³/d)Volumenströme [m³/h]0,70,60,50,40,30,20,10,00:151:152:153:154:155:156:157:158:159:1510:1511:1512:1513:1514:1515:1516:1517:1518:1519:1520:1521:1522:1523:15Enduhrzeit (MEZ) der Mittelungsperiode (15 min) [4.12.2007]Abbildung 28: Normal- und Fehlströmungsdurchsätze beim TWW-Verbrauch (4.12.2007)Der gemessene TWW-Verbrauch liegt an diesem Tag bei 0,9 m³. Der durch Fehlströmungen hinzuzurechnendeWert ergibt sich zu 5 m³. In der Summe ergibt dies realistische knapp 6 m³/d. Die Zapfspitzeliegt wieder am frühen Morgen und beträgt (im 15-min-Mittel) etwas mehr als 0,8 m³/d, einebenfalls glaubhafter Wert.Inzwischen (Ende 2007) fließen also nur noch ca. 15 % des TWW den normalen Weg über die Kaltwassereinspeisungin den solaren Vorwärmspeicher. 85 % des TWW-Zapfvolumens werden als Kaltwasserüber die Zirkulationsrücklaufleitung als Fehlströmung direkt oben in den konv. Bereitschaftsspeicher(am solaren Vorwärmspeicher vorbei) nachgespeist.Dass unsere These korrekt ist und unsere Berechnungsweise tragfähig ist, zeigt sich sehr gut an einemTag, an dem wir die Zirkulation im Gebäude „“Am Stadtwald“ versuchsweise abgestellt hatten. InAbbildung 29 sind die üblichen Messwerte eingetragen.Zwischen ca. 07:30 und 15:30 Uhr war die Zirkulation ausgeschaltet. Die Rücklauftemperaturen derZirkulation sind reine Stagnationstemperaturen und nicht relevant; wir haben sie daher in dieser Zeitauf Null gesetzt (gilt für die gemessene als auch für die normalerweise erwartete Temperatur).Da in dieser Zeit wegen abgesperrter Zirkulation natürlich auch keine Kaltwasserfehlströmung überden Zirkulationsrücklauf möglich ist, muss der gemessene Wert dem wirklichen Verbrauch entsprechen.Wie man sieht, erreicht der Messwert bei der zweiten Morgenspitze 1,02 m³/h (15-min-Mittel).Dieser gegenüber den an den anderen betrachteten Tagen etwas höhere Wert liegt durchaus im Bereichder üblichen Streuungen.Das heißt aber auch: Die von uns für die anderen Tage durchgeführten Berechnungen führen zu einemgut angenäherten wirklichen Verbrauch. These und Berechnung scheinen korrekt, wobei jedochgesagt werden muss, dass unsere Berechnungen wegen einiger Vereinfachungen mit einem Fehlervon ± 15 % behaftet sein können, der sich aber nicht wesentlich auf die Ergebnisse auswirkt.

- 60 -Temp. ZirkulationsvorlaufTemp. Zirkulationsrücklauf realTemp. Zirkulationsrücklauf unter 'normalen' BedingungenVolumenstrom Kaltwasser (KW) direkt in BereitschaftsspeicherVolumenstrom ZirkulationsrücklaufTemperaturen [°C]72,070,569,067,566,064,563,061,560,058,557,055,554,052,551,049,548,046,545,043,542,03,403,233,062,892,722,552,382,212,041,871,701,531,361,191,020,850,680,510,340,170,00Volumenströme [m³/h]0:151:152:153:154:155:156:157:158:159:1510:1511:1512:1513:1514:1515:1516:1517:1518:1519:1520:1521:1522:1523:15Enduhrzeit (MEZ) Mittelungsintervall (15 min) [7.3.2007]Abbildung 29: Temperaturen und Volumenströme im Zirkulationsnetz “Am Stadtwald“ sowie gemessenerTWW-Zapfvolumenstrom am 7.3.2007(Kurve Zirkulationsrücklauf um 15 min. nach vorne verschoben; Kurven geglättet)Abbildung 30, das die Ergebnisse nach der Berechnung der Fehlströmungen (Zeiten von Zirkulationsbetriebin den frühen Morgenstunden und ab Nachmittag) zeigt, belegt diese Aussage nochmals.In der Summe aus korrektem, direkt über die KW-Leitung in das Speichersystemfließendem Durchsatz(4,1 m³/d) und Fehldurchsatz über den Zirkulationsrücklauf (1,3 m³/d) wird ein Tagesvolumenvon 5,4 m³ erreicht. Dieser Wert stimmt an diesem besonderen Tag mit nur geringen Fehlströmungsberechnungensehr gut mit dem Tagesdurchsatz an den anderen betrachteten Tagen überein.

- 61 -1,00,90,8Kaltwasservolumenstrom über Zirkulationsrücklaufin Bereitschaftsspeicher (1,3 m³/d)Kaltwasservolumenstrom direkt inBereitschaftsspeicher (4,1 m³/d)Volumenströme [m³/h]0,70,60,50,40,30,20,10,00:151:152:153:15Abbildung 30: Normal- und Fehlströmungsdurchsätze beim TWW-Verbrauch (7.3.2007)10.6 Systemeffizienz4:155:156:157:158:159:1510:15Wenn statt der möglichen 5 bis 6 m³/d Kaltwasser nur ca. 1 m³/d (wie Ende 2007) oder gar nur0,5 m³/d (wie Ende 2008) durch den solaren Vorwärmspeicher fließen und Solarwärme auf entsprechendniedrigem Temperaturniveau aufnehmen können, dann ist es natürlich klar, dass die effizienteSolarwärmeabfuhr auf niedrigem Temperaturniveau erheblich reduziert ist.Zwar wurde durch die sog. “Notkühlung“ (vgl. Kap. 5.2) die Möglichkeit geschaffen, Wärme auch anden Zirkulationsrücklauf abzugeben und so unnötig hohe Temperaturen im Solarpuffer oder gar Solarsystemstagnationzu vermeiden, allerdings findet diese Wärmentnahme auf einem Temperaturniveauüber 50 °C statt. Die Absenkung der Temperatur im Zirkulationsrücklauf durch das fehlströmendeKaltwasser ist recht gering, weil der Zirkulationsvolumenstrom mit konstant ca. 3 m³/h wesentlichhöher ist als das Zapfvolumen mit etwa 1 m³/h in Spitzen.Dadurch werden im großen Solarpuffer nur selten Temperaturen in der Größenordnung von 20 °Cerreicht und damit nur selten Rücklauftemperaturen zum Kollektorfeld unter 25 °C. Meist liegen dieTemperaturen erheblich höher. Dies senkt die Effizienz des Kollektorfeldes erheblich und erhöht dieSpeicherverluste. Beides wirkt sich negativ auf die Solarsystemeffizienz aus.11:15Bei unserer Analyse zum Betriebsverhalten des Solarsystems nach Anschluss des zweiten Gebäudessind wir von einem erwarteten Kaltwasserdurchsatz durch den solaren Vorwärmspeicher (Verbrauchan TWW) von ca. 4,5 bis 5 m³/d ausgegangen. Damit wurde in einer ersten Grobsimulation ein Jahres-Solarsystemertragvon rund 45 MWh errechnet, was etwa einem Systemnutzungsgrad im Jahresmittelvon ca. 40 % entspricht. Im Jahr 2007 und in 2008 wurde dieser Wert erheblich unterschritten(2007: nur 26,7 %; 2008: nur 23,2 %).12:1513:1514:1515:1516:1517:1518:1519:1520:15Enduhrzeit (MEZ) der Mittelungsperiode (15 min) [7.3.2007]21:1522:1523:15

- 62 -11 Messjahr 01.01. – 31.12.08 (3. Messperiode)11.1 Ertragsbilanz und Betriebserfahrungen11.1.1 Summenwerte der MessperiodeWährend des Messjahres 2008 gab es nur sehr vereinzelt Störungen in der Messdatenaufzeichnungund einige Defekte in der Regelung. Insgesamt kann die Messperiode als belastbar angesehen werden.Der Warmwasserverbrauch ist weiter zurückgegangen, gegen Ende des Jahres 2008 auf etwa0,5 m³/d. In Kap. 10 „Warmwasserverbrauch und Kaltwasser-Fehlströmungen“ wurde im Detail daraufeingegangen, dass ohne eine Fehlströmung vom Kaltwassernetz in das Warmwassernetz über dieMischarmaturen (Einhebelmischer, Thermostatmischer und ähnliche Armaturen) in Bädern und sonstigenVerbrauchsstellen der tatsächliche Warmwasserverbrauch VVVoF bei etwa 5,4 m³/d gelegenhätte.Tabelle 4 zeigt eine Zusammenfassung der wichtigsten Messdaten und Kennzahlen, die in der Messperiodegewonnen wurden, Tabelle 5 stellt die Energiemengen im Bereich des Vorwärmspeichersund der Bereitschaftsspeicher zusätzlich im Detail dar. Von der Einstrahlung auf die Kollektorfelder(EIK) in Höhe von 126,7 MWh/a wurden 35,07 MWh/a vom Kollektorkreis über den Wärmetauscher(sekundärseitig) an den solaren Pufferspeicher abgegeben (QSP). Dabei wurde ein Kollektorkreisnutzungsgradbrutto (g KB ) von 27,67 % erreicht. Die Differenz zwischen Strahlungsenergie und der anden Ladekreis abgegebenen Solarwärme resultiert aus optischen und thermischen Verlusten der Kollektorensowie thermischen Verlusten im Kollektorkreis. Die gemessene Energie aus dem Kollektorkreis,die dem Wärmetauscher primärseitig zugeführt wurde (QKT), wird in der Tabelle nur der Vollständigkeithalber aufgeführt. Für weitere Bewertungen wird QKT hingegen nicht verwendet, da wirden Messwert auf der Sekundärseite des Wärmetauschers (Wasser und kein Wasser/Glykol-Gemischals Wärmeträger!) für belastbarer halten. Theoretisch sollte QSP wegen geringer Verluste des WTgeringfügig niedriger sein als QKT.Die Differenz zwischen den dem solaren Pufferspeicher zu- und abgeführten Energien (QSP, QSS)von 4,72 MWh/a sind thermische Verluste des Pufferspeichers. Bezogen auf die zugeführte EnergieQSP sind dies 13,5 %. Im Vergleich zum ersten Messjahr sind die Pufferspeicherverluste von 9,4 auf13,5 % angestiegen, was sich mit der schlechteren Wärmeabfuhr aus dem Pufferspeicher, bedingtdurch den geringeren Kaltwasser-Durchsatz, erklären lässt. Es muss hier bedacht werden, dass jedeWärmemengenmessung trotz sehr sorgfältig ausgewählter Sensoren einen kleinen Fehler beinhalten,Ausführungen dazu werden im Kap. 9.1.1 gemacht. Unter Berücksichtigung, dass der Pufferspeicherin einem nicht beheizten Kellerraum aufgestellt ist (geschätzte Raumtemperatur ca.15 °C) halten wirden hier gemessenen Wert für realistisch.Aus dem Pufferspeicher wurden 30,35 MWh/a (QSS) an den Wärmetauscher Entladekreis primärseitigabgegeben, vom Wärmetauscher sekundärseitig an den Vorwärmspeicher (QVE) 29,37 MWh/a.Da in einem Plattenwärmetauscher zwar (durch die Temperaturdifferenz zwischen Ein- und Austrittsseite)exergetische, aber kaum energetische Verluste auftreten, dürfte es zwischen QSS und QVEkeine so große Differenz von 0,98 MWh/a bzw. 3,2 % geben. Wir führen diese Abweichung auf unvermeidlicheMessfehler (insbesondere bei der Volumenstrommessung) zurück (vgl. Ausführungenoben).

- 63 -BezeichnungAbkürzungMesswerteabsolutMesswertebezogenEinstrahlung in die horizontale Ebene EIH ./. 1.104 kWh/(m²*a)Einstrahlung auf die Kollektorfläche EIK 126,74 MWh/a 1.252 kWh/(m²*a)Solarenergie aus Kollektorkreis (Primärseite WT) QKT 35,07MWh/a 346,6 kWh/(m²*a)Solarenergie aus Kollektorkreis (Sekundärseite WT) QSP 35,07 MWh/a 346,5 kWh/(m²*a)Solarenergie aus Pufferspeicher QSS 30,35 MWh/a 299,9 kWh/(m²*a)Solarenergie aus Solarsystem an Vorwärmspeicher QVE 29,37 MWh/a 290,2 kWh/(m²*a)Energie Kaltwasservorwärmung (Zapfvolumen) QVA 14,37 MWh/a 39,36 kWh/dEnergie Warmwasserbereitung (Zapfvolumen) QVV 18,37 MWh/a 50,34 kWh/dEnergie Warmwasserbereitung (Zapfvolumen)ohne Kaltwasser-Fehlströmungen* (abgeschätzt)QVVoF 102,8 MWh/a 281,6 kWh/dKonv. Energie zur Nachheizung Warmwasser + Legio QHS 372,1 MWh/a 1.020 kWh/dEnergie für Zirkulation Gebäude „Am Stadtwald“ QVZ 261,1 MWh/a 715,4 kWh/dEnergie für Zirkulation Gebäude „Käthe Kern“ QVZZ 100,2 MWh/a 274,5 kWh/dEnergie für Zirkulation „Am Stadtwald“ + „Käthe Kern“ QVZges 361,3 MWh/a 989,9 kWh/dEnergie für Zirkulation „Am Stadtwald“ + „Käthe Kern“ohne Kaltwasser-Fehlströmungen* (abgeschätzt)QVZgesoF 276,8 MWh/a 758,4 kWh/dWarmwasserzapfverbrauch VVV 321,2 m³/a 0,88 m³/dWarmwasserzapfverbrauch ohne Kaltwasser Fehlströmungen*(abgeschätzt)VVVoF 1.971 m³/a 5,4 m³/dZirkulationsumlauf Gebäude „Am Stadtwald“ VVZ 28.317 m³/a 77,58 m³/dZirkulationsumlauf Gebäude „Käthe Kern“ VVZZ 9.753 m³/a 26,72 m³/dBetriebsstunden Kollektorkreispumpe HP1 1.177 h/a 3,22 h/dBetriebsstunden Ladekreispumpe HP2 1.020 h/a 2,79 h/dBetriebsstunden Entladekreispumpe Pufferspeicher HP3 2.320 h/a 6,36 h/dBetriebsstunden Umschaltventil Frostschutz VF HVF 2.790 h/a 7,64 h/dBetriebsstunden Umschaltventile Legioschal. VL1/VL2 HVL1/2 99 h/a 0,27 h/dBetriebsstunden Umschaltventil Zirkulationseinsp. VZ HVZ 1.028 h/a 2,82 h/dElektrische Energie für das Solarsystem NST 875,4 kWh/a 8,7 kWh/(m²*a)Kollektorkreisnutzungsgrad brutto g KB 27,67 % ./.Systemnutzungsgrad brutto g SB 23,18 % ./.Systemnutzungsgrad netto g SN 22,48 % ./.Deckungsanteil Solarenergie an Energiezufuhr für WW D Zufuhr 7,32 % ./.Arbeitszahl Solarsystem A 33,6 ./.* Nähere Erläuterungen zum Begriff „Fehlströmungen“ in Kap. 10 „Warmwasserverbrauch und Kaltwasser-FehlströmungenTabelle 4: Messwerte und Kennzahlen 01.01. – 31.12.2008

- 64 -Von den beiden Gaskesseln wurde der Anlage zur Warmwasserbereitung für Zapfvolumen und Zirkulationeine Energie QHS von 372,1 MWh/a zugeführt. Zusammen mit der solaren Energie QVE mit29,37 MWh/a, die in den Vorwärmspeicher eingebracht wurde, standen der Warmwasserbereitung inSumme 401,5 MWh/a als Energiezufuhr zur Verfügung. Auf der Verbraucherseite konnten für denWarmwasserzapfverbrauch (QVV) 18,37 MWh/a, für die Gebäudezirkulation „Am Stadtwald“ (QVZ)261,1 MWh/a und für die Gebäudezirkulation „Käthe Kern“ (QVZZ) 100,2 MWh/a gemessen werden.In Summe sind dies für Zapfverbrauch und Zirkulation 379,7 MWh/a. Die Differenz von Energiezufuhrund Energiebedarf von 21,83 MWh/a wird für die Deckung der Verluste von Vorwärm- und Bereitschaftsspeichernbenötigt. Bezogen auf die gesamte Energiezufuhr sind dies 5,4 %, was als günstigerWert angesehen werden kann (auch hier wieder zu beachten: Eventuelle Messfehler vgl. oben). Es istallerdings dabei zu berücksichtigen, dass die Speicher in einem sehr warmen Kesselraum aufgestelltsind (geschätzte Raumtemperatur 25 bis 30 °C), bei Aufstellung in einem unbeheizten Kellerraumwürden sich die Speicherverluste ungünstiger darstellen.Der solare Deckungsanteil (bezogen auf die gesamte der Warmwasserbereitung zugeführten Energieeinschl. Speicherverluste) D Zufuhr betrug 7,32 %. Dieser für eine Solaranlage zur Warmwasservorwärmungdoch sehr geringe solare Deckungsanteil erklärt sich daraus, dass der Zapfverbrauch im Messjahrunerwartet klein ausfiel, während der Energiebedarf für die Warmwasserzirkulation sehr hochgemessen wurde. Das Verhältnis zwischen Energiebedarf für die gesamte Zirkulation QVZges mit361,3 MWh/a und der für die Erwärmung des gezapften Trinkwarmwassers (Zapfenergie) notwendigenEnergie QVV mit 18,37 MWh/a beträgt etwa 20:1. Normalerweise wird im Wohnungsbau bei guterDämmung der TWW-Leitungen ein Energiebedarf für die Zirkulation etwa zu 30 - 50 % vom gesamtenEnergiebedarf für das Warmwassersystem abgeschätzt. Dies entspricht einem Verhältnisvon Zirkulations- zu Zapfenergie von ca. 0,5 : 1 bis 1:1. Selbst wenn man für das Seniorenheim inStralsund einen idealen Zustand ohne Kaltwasser-Fehlströmungen über die Mischarmaturen annimmt,so tritt bei einem Energiebedarf für die gesamte Zirkulation von QVZgesoF mit 276,8 MWh/aund einem Energiebedarf für den Zapfwarmwasserverbrauch QVVoF mit 102,8 MWh/a immer nochein Verhältnis von Zirkulations- zu Zapfenergie von fast 3 : 1 auf, was deutlich über dem im Wohnungsbauüblichen Wert liegt. Es ist zwar durchaus normal, dass in Gebäuden mit vielen Zapfstellenund daher einem weit verzweigten TWW-Netz – wie hier in einem Seniorenheim- der Energiebedarffür die TWW-Zirkulation erheblich höher liegt als in einem Wohngebäude. Einen Wert von 3 : 1 fürdas Verhältnis von Zirkulations- zu Zapfenergie halten wir dennoch für sehr hoch.Die Arbeitszahl A ist mit gemessenen 33,6 schlecht (im Jahr 2007 lag sie noch bei einem befriedigendenWert von knapp 50). Folgende Punkte sind für die Verschlechterung der Arbeitszahl maßgebend:Wegen des in 2008 gegenüber 2007 weiter gesunkenen Kaltwasserdurchsatzes durch die solarenVorwärmspeicher wurde der Pufferspeicher schlechter (bzw. seltener) auf ein niedriges Temperaturniveauabgekühlt. Dadurch sanken der Systemnutzungsgrad und die solare NutzwärmeQVE in 2008 gegenüber 2007 ab (Nutzwärme 2008: ca. 29 MWh; 2007: ca. 32 MWh).Auf Grund des gesunkenen Kaltwasserdurchsatzes wurde der solare Vorwärmspeicher seltenerauf eine KW-Temperatur von ca. 15 °C abgekühlt. Die Entladung des Pufferspeichers erfolgtedamit mit einem geringeren Temperaturhub. Soll dann die Energie von ca. 29 MWh aus dem Pufferabgeführt werden, muss wegen des im Jahresmittel geringeren Temperaturhubs dem Puffermehr Volumen entnommen werden. Bei konstantem (durch die Entladepumpe vorgegebenem)Durchsatz bedingt dies längere Laufzeiten der Entladepumpe Pufferspeicher und der BeladepumpeVorwärmspeicher.Wegen des gesunkenen Kaltwasserdurchsatzes musste die “Notkühlung“ (Wärmeabfuhr überden Zirkulationsrücklauf) häufiger einsetzen (in 2007 ca. 650 h; in 2008 ca. 1.000 h). Bei “Notkühlung“findet die Entladung des Puffers nur mit ca. 10 K Temperaturhub statt. Die Entladepumpefür den Puffer und die Beladepumpe für den solaren Vorwärmspeicher müssen recht lange laufen,um viel Energie abführen zu können.Die Betriebsstunden zeigen diese Zusammenhänge deutlich:

- 65 -Die Laufzeiten der Kollektorkreispumpe und Puffer-Beladepumpe sind in 2008 gut 10 % kürzerals in 2007 (wegen höherer Puffertemperatur in 2008).Die Laufzeit der Puffer-Entladepumpe (und damit gekoppelt auch der Beladepumpe für den solarenVorwärmspeicher) ist (wegen der Energieabfuhr aus dem Puffer mit im Jahresmittel geringererTemperaturspreizung) in 2008 ca. 70 % höher als in 2007.Bei gesunkener Nutzenergieabgabe ist - wegen der länger laufenden Entladepumpe für den Pufferund der gleichzeitig damit länger laufenden Beladepumpe für den solaren Vorwärmspeicher - derVerbrauch an elektrischer Hilfsenergie in 2008 um ca. 30 % höher als in 2007. Die etwas kürzerenLaufzeiten für die Kollektorkreis- und die Pufferbeladepumpe können den Einfluss der länger laufendenPumpen nicht kompensieren.In Verbindung mit der niedrigeren Nutzwärmeabgabe in 2008 ergibt dieser erhöhte Hilfsenergieverbrauchdie stark gesunkene Arbeitszahl in 2008. Dies ist hier jedoch kein Systemfehler. Die schlechteArbeitszahl ist vielmehr bedingt durch die in Kapitel 10 besprochenen Kaltwasser-Fehlströmungen imVerbrauchsnetz.11.1.2 Messwerte als Tagesmittelwerte der WochensummenIn Tabelle 4 sind bei Energie- und Volumenwerten Jahressummen angegeben. Um genauere Informationenüber die Entwicklung der Mess- und Anlagenkennwerte im Verlauf des Messjahres zu geben,sind in den folgenden 3 Diagrammen die wichtigsten der Energie- und Volumenwerte als Tagesmittelaus Wochensummen sowie Temperaturen als Wochenmittel angegeben.Abbildung 31 zeigt für die komplette Messperiode den Verlauf der Einstrahlung in die Kollektorebene(EIK), den Ertrag aus dem Solarsystem (QVE), den Systemnutzungsgrad brutto als Tageswert imWochenmittel und den gemessene Systemnutzungsgrad im Jahresmittel (23,2 %). Deutlich zu erkennenist ein Absinken des Systemnutzungsgrades im Jahresverlauf (am Jahresanfang etwa 20 %, zumJahresende hin nur noch etwa 10%). Auf den ersten Blick würde man dies als Absinken der Leistungsfähigkeitder Solaranlage durch technische Defekte interpretieren. Die Analyse der Messwertezeigt aber, dass der Warmwasserzapfverbrauch von etwa 2,0 m³/d am Jahresanfang auf unter0,5 m³/d zum Jahresende hin zurückgegangen ist. Ein Absinken des Warmwasserzapfvolumens führtaber grundsätzlich zu einer schlechteren Auslastung der Solaranlage und somit zu einem Absinkendes Systemnutzungsrades. Dies gilt auch dann, wenn die TWW-Zirkulation in die Solaranlage eingebundenist, da in die Zirkulation nur Wärme auf einem hohen Temperaturniveau (> 55 °C) eingespeistwerden kann. Beim zu erwärmenden Zapfwasser liegt die Minimaltemperatur dagegen bei 10 – 15 °C.In Kap. 10 wird erläutert, warum der Zapfverbrauch nicht wirklich so abgesunken ist, da hier vielmehrhydraulische Besonderheiten für das Absinken des Messwertes verantwortlich sind.

- 66 -87654321050403020100-10-20-3007.01.0821.01.0804.02.0818.02.0803.03.0817.03.0831.03.0814.04.0828.04.0812.05.0826.05.0809.06.0823.06.0807.07.0821.07.0804.08.0818.08.0801.09.0815.09.08spez. Tagesmittel aus WochensummenEIK und QVE [kWh/(m²d)]29.09.0813.10.0827.10.08Systemnutzungsgrad [%]10.11.0824.11.0808.12.0822.12.08letzter Tag der MesswocheEIK Einstrahlung auf die KollektorflächeSystemnutzungsgrad, bruttoQVE Energie aus Solarsystem an VorwärmspeicherSystemnutzungsgrad brutto JahresmittelAbbildung 31: Einstrahlung in Kollektorfläche, Ertrag aus dem Solarsystem undSystemnutzungsgrad bruttospez. Tagesmittel aus WochensummenQVE und QVE + QHS [kWh/d]1.8001.6001.4001.2001.0008006004002000302520151050-5-10-1507.01.0821.01.0804.02.0818.02.0803.03.0817.03.0831.03.0814.04.0828.04.0812.05.0826.05.0809.06.0823.06.0807.07.0821.07.08solarer Deckungsanteil [%]04.08.0818.08.0801.09.0815.09.0829.09.0813.10.0827.10.0810.11.0824.11.0808.12.0822.12.08letzter Tag der MesswocheQVE Energie aus Solarsystem an Vorwärmspeichersol. Deck.ant.an Energie für TWW-Sy.im JahresmittelQVE+QHS Gesamte Energiezufuhr zum TWW-Systemsol. Deck.ant.an Energie für TWW-SystemAbbildung 32: Energie aus Solarsystem, Energiezufuhr zum Trinkwarmwassersystem aus Solarsystem+ Kessel und solarer Deckungsanteil an der Energiezufuhr zum TWW-System

- 67 -Abbildung 32 zeigt den Verlauf des Ertrags aus dem Solarsystem an den Vorwärmspeicher (QVE),die Summe der zugeführten Energie vom Solarsystems (QVE) und von den Heizkesseln (QHS) andas Trinkwarmwassersystem (inkl. Zirkulation) sowie den solaren Deckungsanteil bezogen auf dieEnergiezufuhr für Wochenmittelwerte und Jahresmittelwert. Selbst in der strahlungsreichen Jahreszeiterreicht der Deckungsanteil kaum mehr als 25 %, im Jahresmittel werden 7,3 % erreicht.Wie schon oben erwähnt, ist als Grund hierfür das außergewöhnliche Missverhältnis von Energie fürdie Zapfwarmwasserbereitung und Energie für die Gebäudezirkulation zu nennen, was aus Abbildung33 zu erkennen ist. Die Menge des gezapften Warmwassers (VVV) sinkt im Verlauf des Jahres immermehr ab, im Gleichklang damit auch die benötigte Energie für die Erwärmung des Zapfwarmwassers(QVV). Im Gegensatz dazu verharrt die Energie für die Zirkulation für QVZ (Gebäude „Am Stadtwald“)im Jahresverlauf auf einem hohen Niveau. Die Energie für die Zirkulation im Gebäude „Käthe Kern“QVZZ verringert sich Ende Juni fast auf die Hälfte, was durch eine Reduzierung des Zirkulationsvolumenstromsvon etwa 32 m³/d auf 20 m³/d verursacht wurde.1.2001.1001.000900800700600500400300200100043210-1-207.01.0821.01.0804.02.0818.02.0803.03.0817.03.0831.03.0814.04.08spez. Tagesmittel aus WochensummenQVV, QVZ und QVZZ [kWh/d)]Zapfwarmwasserverbrauch VVV in m³/d28.04.0812.05.0826.05.0809.06.0823.06.0807.07.0821.07.0804.08.0818.08.0801.09.0815.09.0829.09.0813.10.0827.10.0810.11.0824.11.0808.12.0822.12.08letzter Tag der MesswocheQVV Energie Warmwasserbereitung (Zapfvolumen)QVZZ Energie für Zirkulation ("Käthe Kern")QVZ Energie für Zirkulation ("Am Stadtwald")VVV WarmwasserzapfverbrauchAbbildung 33: Energie für Zapfverbrauch Warmwasser und Zirkulation, Zapfverbrauch Warmwasser11.1.3 Energiebilanz VorwärmspeicherErgänzend zu den Angaben in Tabelle 4, in der vornehmlich die Energieflüsse für Energieerzeugung(Solaranlage und Kessel) und Energieverbrauch (Zapfwarmwasser, Zirkulationen) aufgelistet sind,werden in Tabelle 5 die Energieflüsse betrachtet, die sich durch den Einsatz des Vorwärmspeichersmit der dort integrierten Legionellenschaltung und der Umschaltung des Zirkulationsrücklaufes durchden Vorwärmspeicher ergeben.Der Vorwärmspeicher wird durch solare Energie aus dem Pufferspeicher (QVE) mit 29,37 MWh/a undmit konv. Energie aus den Gaskesseln (QHS Legio ) mit 3,64 MWh/a (wenn die Schaltung zur Legionellendesinfektionaktiv ist) beladen. Von in Summe 33,01 MWh/a zugeführter Energie an den Vorwärmspeichersind ca. 89 % Solarenergie und ca. 11 % konv. Energie.Durch den Vorwärmspeicher wird, wie der Name es schon sagt, das zufließende Kaltwasser vorgewärmt,bevor es weiter in den Bereitschaftsspeichern auf die notwendige Temperatur des Zapfwarmwassersnacherwärmt wird. Die Energie für diese Vorwärmung des Zapfvolumens (QVA) beträgt14,37 MWh/a und setzt sich also aus einem solaren und einem konventionellen Energieanteil zu-

- 68 -sammen, die sich aber bei der Entladung des Vorwärmspeichers nicht mehr messtechnisch separatzuordnen lassen. Grob abgeschätzt werden die Anteile etwa die obigen Prozentzahlen annehmen.Die zweite Funktion des Vorwärmspeichers ist es, dem Zirkulationsrücklauf aus dem Gebäude „AmStadtwald“ dann Energie zuzuführen, wenn die Temperatur im Pufferspeicher mehr als 67 °C erreichtund der Zirkulationsrücklauf über den Vorwärmspeicher geleitet wird, um eine Überhitzung des Pufferspeichersmit Abschaltung der Solaranlage zu vermeiden. Die Energie für die Erwärmung des Zirkulationsrücklaufsim Vorwärmspeicher QSZ Vorwärm betrug insgesamt 19,94 MWh/a. Auch hier lässtsich der Anteil von solarer und konventioneller Energie nur grob an Hand der obigen Prozentzahlenmit 89 zu 11 % abschätzen.Bezeichnung Abkürzung MesswerteabsolutMesswertebezogenEnergie Warmwasserbereitung (Zapfvolumen) QVV 18,37 MWh/a 50,34 kWh/dEnergie Kaltwasservorwärmung (im Vorwärmspeicherzugeführte solare Energie zu QVV)Energie Warmwassernacherwärmung (im Bereitschaftsspeicherzugeführte konv. Energie zu QVV)Konv. Energie zur Nachheizung Bereitschaftsspeicherund Vorwärmspeicher (Zapfung und Zirkulation)Konv. Energie zur Nachheizung nur Vorwärmspeicher,Legionellenschaltung einKonv. Energie zur Nachheizung nur Bereitschaftsspeicher,Legionellenschaltung ausEnergie für Zirkulation „Am Stadtwald.“aus Vorwärmspeicher und BereitschaftsspeicherEnergie für Zirkulation „Am Stadtwald.";nur Bereitschaftsspeicher, Notkühlung ausEnergie für Zirkulation „Am Stadtwald.", Vorwärmspeicherund Bereitschaftsspeicher, Notkühlung einEnergie für Zirkulation „Am Stadtwald"nur Vorwärmspeicher, Notkühlung einEnergie für Zirkulation „Am Stadtwald."nur Bereitschaftsspeicher, Notkühlung einTabelle 5:QVA 14,37 MWh/a 39,36 kWh/dQVV WW 4,00 MWh/a 10,96 kWh/dQHS 372,1 MWh/a 1.020 kWh/dQHS Legio 3,64 MWh/a 9,98 kWh/dQHS Bereit 368,5 MWh/a 1.010 kWh/dQVZ 261,1 MWh/a 715,4 kWh/dQVZ Kühl-aus 231,2 MWh/a 633,5 kWh/dQVZ Kühl-ein 30,17 MWh/a 82,67 kWh/dQSZ Vorwärm 19,94 MWh/a 54,62 kWh/dQSZ Bereit 10,23 MWh/a 28,03 kWh/dFortsetzung Messwerten 01.01.- 31.12.08, teilweise berechnet (fett)Die Energiebilanz des Vorwärmspeichers stellt sich nun wie folgt dar:Zugeführte Energien:QVE (solare Energie vom Pufferspeicher):QHS Legio (konv. Energie von den Kesseln):Summe:Abgeführte Energien:QVA (Energie für Kaltwasservorwärmung):QSZ Vorwärm (Energie für Zirkulationsrücklauf):Summe:29,37 MWh/a3,64 MWh/a33,01 MWh/a14,37 MWh/a19,94 MWh/a34,31 MWh/aErstaunlicherweise stellt man nun bei der Energiebilanz für den Vorwärmspeicher fest, dass es keinethermischen Speicherverluste im Messjahr gegeben hat, sondern einen Energiegewinn im Speichervon 1,30 MWh/a bzw. 3,8 % bezogen auf die abgegebene Energie, was vordergründig eigentlich nicht

- 69 -sein kann. Es ist aber zu bedenken, dass der Vorwärmspeicher im sehr warmen Kesselraum aufgestelltist. Die geschätzte Raumtemperatur beträgt dort durchgehend etwa 25 - 30 °C, sodass durchausein Energiestrom aus der Umgebung in den Speicher geflossen sein kann, wenn die Speichertemperaturdurch Zufluss von Kaltwasser unter der Raumtemperatur gelegen hat und keine Solarwärmeeingespeist wurde. Auch ein (unvermeidlicher) Messfehler kann an dieser Stelle nicht ausgeschlossenwerden (vgl. Ausführungen in Kap. 9.1.1).11.1.4 Energiebilanz BereitschaftsspeicherWie beim Vorwärmspeicher lässt sich auch für die Bereitschaftsspeicher eine Energiebilanz erstellen.Die beiden Speicher mit je 750 l Inhalt werden dabei als energetische Einheit betrachtet. Von denGaskesseln wird den Bereitschaftsspeichern die Energie QHS Bereit mit 368,5 MWh/a zugeführt. Anden Zirkulationsrücklauf aus dem Gebäude „Am Stadtwald“ werden davon bei Schaltung „Notkühlungaus“ QVZ Kühl-aus mit 231,2 MWh/a und bei Schaltung „Notkühlung ein“ QSZ Bereit mit 10,2 MWh/a abgegeben.An den Zirkulationsrücklauf aus dem Gebäude „Käthe Kern“ werden 100,2 MWh/a (QVZZ)und an die Nacherwärmung des Zapfvolumens 4,00 MWh/a (QVV WW ) ausgespeist.Die Energiebilanz der Warmwasser-Bereitschaftsspeicher stellt sich nun wie folgt dar:Zugeführte Energien:QHS Bereit (konv. Energie von den Kesseln):Summe:Abgeführte Energien:QVZ Kühl-aus (Energie Zirkulationsrücklauf „Am Stadtwald“ ohne Notkühlung):QVZZ (Energie Zirkulationsrücklauf „Käthe Kern“):QVV WW (Energie Nacherwärmung Zapfvolumen):QSZ Bereit (Energie Zirkulationsrücklauf „Am Stadtwald“ bei Notkühlung)Summe:368,5 MWh/a368,5 MWh/a231,2 MWh/a100,2 MWh/a4,0 MWh/a10,2 MWh/a345,6 MWh/aAus der Differenz zwischen zu- und abgeführten Energien ergibt sich ein Speicherverlust von22,9 MWh/a bzw. 6,6 % bezogen auf die abgeführten Energien aus dem Speicher. Dieser Wert entsprichtetwa dem in 2007 gemessenen Verlust, den wir für realistisch halten (vgl. Kapitel 9.1.4).11.1.5 Aufteilung der Solarenergie auf Erwärmung Zapfwarmwasser und NotkühlungDie Anlage ist mit einer Möglichkeit ausgerüstet, durch Umschaltung der Einbindung des Zirkulationsrücklaufesaus Gebäude „Am Stadtwald“ von den Warmwasser-Bereitschaftsspeichern auf den VorwärmspeicherSolarenergie in den Zirkulationsrücklauf für den Fall einzuspeisen, dass nicht genügendSolarenergie allein durch Zapfwarmwasser entnommen wird und somit ein Solaranlagenstillstandmit Überhitzung droht. Diese als Notkühlung bezeichnete Einrichtung sollte ursprünglich, dadas Kollektorfeld für einen Zapfverbrauch von 4 m³/d zu groß dimensioniert ist, nur die Spitzen anbesonders strahlungsreichen Tagen abfangen. Da aber der Zapfwarmwasserverbrauch in der Messperiodemit 0,9 m³/d im Jahresdurchschnitt wesentlich geringer ausfiel als geplant, ist die Notkühlungan strahlungsreichen Tagen fast ständig in Betrieb gewesen. Bei einer Laufzeit der KollektorkreispumpeHP1 von 1.177 h/a ist die Notkühlung (durch Umschalten des Ventils VZ) an 1.028 h/a aktivgeworden. Fast während der ganzen Laufzeit der Kollektorkreispumpe musste die Notkühlung ein zuhohes Ansteigen der Temperatur im Pufferspeicher verhindern. Entsprechend ist dann auch die Verteilungder Energieabgabe ausgefallen. Für die Kaltwasservorwärmung QVA wurden 14,37 MWh/agenutzt, für die Erwärmung des Zirkulationsrücklaufs aus Gebäude „Am Stadtwald“ bei Notkühlung(QSZ Vorwärm ) auf einem höheren Temperaturniveau 19,94 MWh/a. Ohne die Möglichkeit der Notkühlunghätte es mit Sicherheit Stillstandsphasen im Kollektorkreis mit Verdampfung des Wärmeträgersund starker thermischer Belastung der Kollektorkreiskomponenten gegeben.

- 70 -12 Vergleich MessperiodenTabelle 6 zeigt auszugsweise die Messwerte und Kennzahlen aus der 1. bis 3. Messperiode (MP). Zubeachten ist, dass zwischen der 1. und 2. MP sowohl der Umbau des Solarsystems wie auch der Anschlussdes Gebäudes „Käthe Kern“ liegt. Aus diesem Grund können nicht alle Messwerte für die1. MP in die Tabelle eingetragen werden.Die Einstrahlung in die Kollektorebene EIK lag in den drei MP zwischen 120,8 und 128,9 MWh/a(max. Abweichung 9%). Die Solarenergie aus dem Kollektorkreis QSP betrug in der 1. MP 30,68, inder 2. MP 36,58 und in der 3. MP 35,07 MWh/a. Hier ist eine deutliche Steigerung zwischen der 1.und 2. MP zu beobachten. Entsprechend stiegt auch der Kollektorkreisnutzungsgrad von 23,80 in der1. MP auf 30,27 % in der 2. MP. In der 3. MP war dagegen ein Abfall auf 27,67 % zu beobachten,was mit dem zurückgehenden Warmwasserverbrauch VVV auf nur noch 0,88 m²/d zu erklären ist.Analog dazu entwickelte sich der Solarertrag, der aus dem Pufferspeicher QSS an die WÜG in der1. MP mit 28,41 MWh/a bzw. aus dem Wärmetauscher Vorwärmspeicher (QVE) mit 32,28 MWh/a inder 2. MP und mit 29,37 MWh/a in der 3. MP abgegeben wurde. Die daraus gebildeten Systemnutzungsradg SB betrugen in der 1. MP 22,04 %, in der 2. MP 26,71 % und in der 3. MP 23,18%. DieZahlen zeigen, dass die Leistungsfähigkeit der Solaranlage durch den Umbau durchaus gesteigertwerden konnte, obwohl der Warmwasserzapfverbrauch VVV und damit die Auslastung der Solaranlageimmer weiter zurückgegangen ist. Bei einem Warmwasserverbrauch in der 2. und 3. MP wie in der1. MP von etwa 2,3 m³/d wäre die Leistungssteigerung der Solaranlage durch den Umbau noch wesentlichdeutlicher geworden.Auffallend ist, dass der Energiebedarf für die Warmwasserbereitung (Zapfverbrauch) QVV von41,33 MWh/a in der 1. MP auf 32,20 MWh/a in der 2. MP dann auf 18,37 MWh/a in der 3. MP abgesunkenist. In etwa gleichem Maße, wie der Warmwasserzapfverbrauch VVV von 2,3 m³/d in der1. MP auf 1,54 m³/d in der 2. MP dann auf 0,88 m³/d in der 3. MP gesunken ist, ist auch der Energiebedarffür die Wassererwärmung zurückgegangen. Die Ursachen (Fehlströmungen des Kaltwassersim Verbrauchsnetz) wurden in Kapitel 10 ausführlich erläutert.Durch den Anschluss von „Käthe Kern“ ist zusätzlich ab der 2. MP der Energiebedarf für den dortigenZirkulationsumlauf hinzugekommen (QVZZ). Er betrug in der 2. MP 125,8 MWh/a und in der 3. MP100,2 MWh/a. Der Energiebedarf für den Zirkulationsumlauf nur für „Am Stadtwald“ hat sich von der1. MP mit 181,4 MWh/a auf 266,1 MWh/a in der 2. MP bzw. 261,1 MWh/a in der 3.MP nur fiktiv erhöht.Wir führen dies, wie oben ausführlich erläutert, auf die Aufwärmung von fehlströmendem Kaltwasserzurück. Durch den insgesamt höheren Bedarf zur Deckung der Zirkulationsenergie nach Anschlussdes Gebäudes „Käthe Kern“ stieg die Zuführung von konv. Energie aus den Gaskesseln von187,0 MWh/a in der 1. MP auf 414,6 MWh/a in der 2. MP und 372,1 MWh/a in der 3. MP.Schätzt man den Energiebedarf für die Zirkulation unter der Annahme ab, dass es keine Kaltwasser-Fehlströmung gegeben hätte (was einem Warmwasser-Zapfverbrauch ohne Fehlströmung VVVoFvon 5,4 m³/d im Jahresmittel entsprochen hätte), so hätte der Gesamtenergiebedarf für die Zirkulationin beiden Gebäude QVZgesoF nur 321,4 MWh/a in der 2. MP und 276,8 MWh/a in der 3. MP betragen.Entsprechend wäre für die Warmwasserbereitung ohne Fehlströmung eine Energie QVVoF inder 2. und 3. MP von etwa 103 MWh/a benötigt worden.Der solare Deckungsanteil D Zufuhr ist von 13,2 % in der 1. MP auf 7,22 % in der 2. MP bzw. 7,32 % inder 3. MP zurückgegangen. Dies lässt sich mit dem zusätzlichen Anschluss vom Gebäude „KätheKern“ erklären, da der Energiebedarf für die Warmwasserbereitung dadurch insgesamt gestiegen ist.Die erwartete Effizienzsteigerung der Solaranlage durch den Anschluss eines weiteren Gebäudesblieb wegen der KW-Fehlströmungen (vgl. Kap. 10) leider aus.Eine Arbeitszahl des Solarsystems von etwa 50 im Jahr 2007 halten wir für befriedigend. Ohne Kaltwasserfehlströmungenhätte sie bei gestiegener Systemeffizienz und schnellerer Wärmeabfuhr ausdem Pufferspeicher mit höherem Temperaturhub (vgl. Kapitel 11.1.1) wahrscheinlich bei guten Wertenvon 60 bis 70 gelegen. Dass die Arbeitszahl im Jahr 2008 auf einen schlechten Wert von 33 abgesunkenist, liegt an den stärker gewordenen Kaltwasserfehlströmungen.

- 71 -BezeichnungAbkürzung1. Messperiode18.07.02 -17.07.032. Messperiode01.01. -31.12.073. Messperiode01.01.08 -31.12.08Einstrahlung in die Kollektorfläche EIK MWh/a 128,9 120,8 126,7Solarenergie aus Kollektorkreis(Sekundärseite WT)QSP MWh/a 30,68 36,58 35,07Solarenergie aus Pufferspeicher QSS MWh/a 28,41 33,13 30,35Solarenergie aus Vorwärmspeicher(2. + 3. Messperiode nach Umbau)Energie Warmwasserbereitung(Zapfvolumen)**Energie Warmwasserbereitung (Zapfvolumen)ohne Kaltwasser-Fehlströmungen*(abgeschätzt)Konv. Energie zur Nachheizung Warmwasser+ LegioQVE MWh/a ./. 32,28 29,37QVV MWh/a 41,33 32,20 18,37QVVoF MWh/a 49,50 102,8 102,8QHS MWh/a 187,0 414,6 372,1Energie für Zirkulation „Am Stadtwald“** QVZ MWh/a 181,4 266,1 261,1Energie für Zirkulation „Käthe Kern“(Anschluss „Käthe Kern“ nach 1. Messper.)**Energie für Zirkulation„Am Stadtwald“ + „Käthe Kern“**Energie für Zirkulation „Am Stadtwald“ +„Käthe Kern“ ohne Kaltwasser-Fehlströmungen* (abgeschätzt)QVZZ MWh/a ./. 125,8 100,2QVZges MWh/a 181,4 391,9 361,3QVZgesoF MWh/a 173,2 321,4 276,8Warmwasserzapfverbrauch** VVV m³/d 2,3 1,54 0,88Warmwasserzapfverbrauch ohneKaltwasser-Fehlströmung* (abgeschätzt)VVVoF m³/d 2,6 5,4 5,4Zirkulationsumlauf „Am Stadtwald“ VVZ m³/a ca. 24.000 27.690 28.317Zirkulationsumlauf „Käthe Kern“(Anschluss „Käthe Kern“ nach 1. Messperi.)VVZZ m³/a ./. 12.730 9.753Elektrische Energie für das Solarsystem NST kWh/a ./. 659,2 875,4Kollektorkreisnutzungsgrad brutto g KB % 23,80 30,27 27,67Solarer Systemnutzungsgrad brutto g SB % 22,04 26,71 23,18Solarer Deckungsanteil anEnergiezufuhr für WWD Zufuhr % 13,2 7,22 7,32Arbeitszahl Solarsystem A ./. 49,0 33,6* Abgeschätzt Werte, die sich etwa so als Messwerte ergeben hätten, wenn keine Kaltwasser-Fehlströmung aufgetreten wäre.** Messwerte, die wegen Auftreten der Kaltwasser-Fehlströmung eigentlich nicht korrekt sind.Tabelle 6: Zusammenstellung Messwerte und Kennzahlen im Auszug für 1. bis 3. Messperiode

- 72 -13 Garantierter Solarertrag und Erfüllung Ertragsgarantie13.1 GarantiewertIn dem Angebot von Buderus von 2001 zur Errichtung der Solaranlage wurde für die damalige Anlagenkonfiguration(vor dem Umbau) eine solare Ertragsgarantie von 53.583 kWh/a abgegeben. ZuGrunde lag hierfür der aus den Randbedingungen zum Leistungsverzeichnis festgelegte Wert für denWarmwasserzapfverbrauch von 4,5 m³/d im Jahresdurchschnitt sowie die Strahlungsdatei Rügen fürdas Simulationsprogramm T*SOL. Für den angebotenen Kollektor Solar Diamant SKS 3.0 w wurdendie vom ISFH in 2001 ermittelten Kollektorkennwerte benutzt. Bei einer Einstrahlung auf die Kollektorflächevon 123.141 kWh/a betrug der garantierte Systemnutzungsgrad 43,5 %.Anhand der Ergebnisse der 1. Messperiode 2002/2003 stellt sich heraus, dass die Anlage nicht denSolarertrag erbrachte, der auf Grund der bei Angebotsabgabe gültigen Kollektorkennwerte zu erwartengewesen wäre. Die Differenz zwischen den Messwerten und der theoretischen Kollektorkennliniewar wesentlich größer, als es einschließlich aller unvermeidbaren Verluste zu erwarten gewesen wäre(siehe Zwischenbericht vom August 2003, /5/), so dass, da eine zu geringe Leistung der Kollektorenals Ursache vermutet wurde, 2 Kollektoren zur Nachmessung auf einem Prüfstand Ende 2001 an dasISFH geschickt wurden. Es stellt sich dabei heraus, dass die Kollektorkennwerte von 2001 zu günstiggewesen waren (Tabelle 7), somit der solare Ertrag der Anlage bei Garantieabgabe überschätzt wurde.Kennwerte bei Abgabe derErtragsgarantie 2001Kennwerte aus Schreibenvon Solardiamant vom18.01.05 aus NachmessungISFHOpt. Wirkungsgrad 84,6 % 81,6 %LinearerWärmedurchgangskoeffizientQuadratischerWärmedurchgangskoeffizientTabelle 7:3,38 W/(m²*K) 3,86 W/(m²*K)0,0166 W/(m²*K²) 0,0128 W/(m²*K²)Kollektorkennwerte bei Garantieabgabe und Vermessung Kollektor durch IFSHNachrechnungen der ZfS zeigten, dass sich bei Anwendung der Kollektorkennwerte von 2001 ein umetwa 9 % zu hoher Solarertrag gegenüber einer Berechnung mit den nachgemessenen Kollektorkennwertenvon 2005 ergibt. Setzt man diesen Abschlag von 9 % auf die ursprüngliche solare Ertragsgarantiean, so hätten nur 48.900 kWh/a Solarertrag bzw. 39,7 % Systemnutzungsgrad von Buderusgarantiert werden dürfen. Oder anders ausgedrückt: Um den ursprünglichen garantierten Solarertragliefern zu können, hätte die Kollektorfläche etwa 10 m² größer sein müssen. Die Firma Buderussagte zu, diesen Mangel durch die Erweiterung des Kollektorfeldes um etwa 10 m² auszugleichen,was aber auf Grund der beengten Verhältnisse auf dem Dach der Gebäudes „Am Stadtwald„ nichtohne Schwierigkeiten möglich gewesen wäre. Man kam stattdessen überein, eine Ausgleichszahlungvon 4.700 € an den Betreiber „Wohlfahrtseinrichtungen der Hansestadt Stralsund“ zu leisten, was inetwa den Baukosten für die Erweiterung des Kollektorfeld um 10 m² entsprach.Obwohl durch die Pönalezahlung von Buderus die Überschätzung des Anlagenertrags auf Grund zugünstiger Kollektorkennwerte und damit in Folge auch die Abgabe einer zu hohen solaren Ertragsgarantieausgeglichen wurde, blieb weiterhin die unbefriedigende Situation des insgesamt zu geringengemessenen Ertrages aus dem Solarsystem bestehen. Als Ursache hierfür wurde die ungünstigeSchaltung der Anlage identifiziert (siehe Kap. 5.1).Nach einem Umbau der Anlagenschaltung (Einfügen eines Vorwärmspeichers mit Umschaltung Zirkulationsrücklauf,Abtrennung des Pufferspeichers von den Heizkreisen, Optimierung der Anschlüsse

- 73 -an die Schichtladelanzen im Pufferspeicher) wurde von der ZfS unter Anwendung der alten Randbedingungen(Warmwasserverbrauch 4,5 m³/d, Strahlung Rügen, jedoch jetzt mit Umschaltung des Zirkulationsrücklaufes)ein Solarertrag von 45.000 MWh/a prognostiziert. Da die hierfür erforderlichenRechnungen mit dem Simulationsprogramm TRNSYS dazu allerdings sehr kurzfristig und unvalidierterfolgen mussten, konnte von der ZfS im Juli 2005 für diese Prognose nur eine Genauigkeit von ±10 % angegeben werden.Nachdem die 2. Messperiode 2007 erfolgreich zu Ende geführt werden konnte, wurde, wie im Programm„Solarthermie 2000“ üblich, eine Nachrechnung der solaren Ertragserfüllung durchgeführt. ImZuge dieser Berechnungen wurde die Abbildung der Anlage mit TRNSYS von 2001 einer kritischenAnalyse unterzogen. Es zeigte sich, dass an einigen Stellen das TRNSYS-Deck von 2001 den realenBedingungen angepasst werden musste. Es waren diesdie ausgeführte Einbindung der Zirkulationsrücklaufleitung in den Vorwärmspeicher (höher als geplant),die dann auch in der Anlagenabbildung höher gesetzt werden musste,eine Verschmutzung der Kollektoren, was in der TRNSYS-Rechnung durch Reduzierung des optischenWirkungsgrades des Kollektors eta 0 um 2 % von 81,6 auf 80,0 % implementiert wurde,ein verstärkter Windeinfluss gegenüber den Kollektor-Testbedingungen durch Aufstellung des Kollektorfeldesauf dem Flachdach in Seenähe, was in TRNSYS durch Erhöhung des Wärmedurchgangswertedes Kollektors k 1 um 2 % von 3,86 auf 3,937 W/(m²*K) berücksichtigt wurde,sowie die Verschattung der Kollektorreihen untereinander und durch Dachaufbauten.Unter Berücksichtigung der o.a. Punkte kann anhand von TRNSYS-Rechnungen nun ein realistischerGarantiewert für den solaren Ertrag aus dem Solarsystem (unter Anwendung der Randbedingungen)von 42.950 kWh/a angegeben und als Grundlage für die weiteren Betrachtungen zur Garantieerfüllungverwendet werden. Dies gilt aber immer noch für einen Wasserdurchsatz durch den solarenVorwärmspeicher von erwarteten 4,5 m³/h. Dieser Wert wird jedoch nicht erreicht. Der zu erwartendeSystemnutzungsgrad beträgt danach 34,8 %. Durch die Beteiligung von Buderus am Umbau der Anlagedurch Lieferung von neuen Komponenten (Vorwärmspeicher, Pumpen, Station mit Wärmetauscher)betrachten wir die neuerliche Minderung der Ertragsgarantie auf den oben angegebenen Wertals abgegolten, so dass wir diesen Wert als den von Buderus gegebenen Garantiewert betrachtenkönnen.13.2 Erfüllung des garantierten solaren Ertrages nach dem UmbauDie Bewilligung des Projektträgers PtJ im Rahmen des Programms Solarthermie2000plus sieht vor,dass der Bieter für die Installation eines Solarsystems unter Zugrundelegung der im Leistungsverzeichnisgenannten Randbedingungen (Warmwasserverbrauch, Einstrahlung und Außentemperatur)den Energieertrag aus dem Solarsystem garantiert. Da die Betriebsbedingungen während derMessphase nicht mit den in den Ausschreibungsunterlagen festgelegten Standardbedingungen übereinstimmen,wird der vom Anbieter garantierte Ertrag unter Berücksichtigung der realen Betriebsbedingungenmit Hilfe eines Simulationsprogramms (hier TNSYS) korrigiert. Verschlechterungen derrealen Betriebsbedingungen (z.B. geringerer Warmwasserverbrauch, geringere Einstrahlung) oderVerbesserungen (z.B. höherer Warmwasserverbrauch, höhere Einstrahlung) gegenüber den vorgegebenenWerten werden also dem Anbieter weder angelastet noch gutgeschrieben. UnvermeidlicheBetriebsausfälle, die nicht auf einer fehlerhaften Installation beruhen, werden so berücksichtigt, alsseien sie nicht aufgetreten. Im Folgenden wird das Ablaufschema zur Überprüfung der solaren Ertragsgarantie(Tabelle 8) mit den wichtigsten Schritten erläutert. Eingesetzt sind hier die letztgültigen(zweimal reduzierten) Garantiewerte des Bieters sowie die Messwerte aus dem 2. Messjahr (2007).Das Ergebnis der Garantieerfüllung wird dann in Zeile 7 angegeben.

Zeile 1: Solare Garantie des Bieters- 74 -Diese Werte für solaren Ertrag und Systemnutzungsgrad gibt der Bieter bei Abgabe des Angebotesab. Zur Berechnung der Garantie werden die Vorgaben verwendet, die in den Randbedingungen desLeistungsverzeichnisses gemacht wurden.Zeile 2: Simulationsrechnung mit Vorgaben Randbedingungen aus LeistungsverzeichnisZunächst wird die Anlage von der betreuenden Stelle (hier ZfS) mit einem Simulationsprogramm abgebildet.Mit dieser Abbildung werden ein Solarertrag und ein Systemnutzungsgrad unter den vorgegebenenRandbedingungen gemäß Leistungsverzeichnis berechnet. Bei den späteren Nachrechnungenauf der Basis realer Betriebsbedingungen (vgl. unten) wird bei der betreuenden Stelle diese Abbildungweiter benutzt, ggf. der realen Anlagenausführung angepasst.Zeile 3: Ermittlung des KorrekturfaktorsDa die Berechnung des Anbieters und die der betreuenden Stelle auch bei sorgfältiger Durchführungin Grenzen voneinander abweichen können, wird zunächst der sog. Korrekturfaktor aus dem Verhältnisder Garantie des Anbieters (Zeile 1) zum Ergebnis der Berechnung der betreuenden Stelle (Zeile2) gebildet. Ist dieser Faktor größer als 1, so liegt die Garantie des Bieters über der Vorhersage derbetreuenden Stelle (Überschätzung des Bieters), ist er kleiner als1, so liegt die Garantie unter derVorhersage der betreuenden Stelle (Unterschätzung des Bieters). Mit diesem Korrekturfaktor müssenalle späteren Ergebnisse aus Simulationsrechnungen der betreuenden Stelle multipliziert werden, umwieder das garantierte Über- oder Unterschätzen des Anbieters zu berücksichtigen.Zeile 4: Simulationsrechnung mit realen BetriebsbedingungenDie Betriebsbedingungen während einer Messperiode stimmen in der Regel nicht mit den in den Ausschreibungsunterlagenfestgelegten Randbedingungen überein. Daher wird in einem nächsten Schrittvon der betreuenden Stelle mit Hilfe des zuvor benutzten Simulationsprogramms und Abbildungsmodellsder Solarertrag und der Systemnutzungsgrad unter realen Wetter- und Verbrauchsbedingungen(Eingabe von Messwerten in das Simulationsprogramm) neu berechnet. Verschlechterungen der realenBetriebsbedingungen (geringere Einstrahlung, niedrigerer Verbrauch) oder Verbesserungen (höhereEinstrahlungen, höherer Verbrauch) gegenüber den vorgegebenen Werten gemäß Leistungsverzeichniswerden also dem Anbieter weder angelastet noch gutgeschrieben.Zeile 5: Korrektur des Ergebnisses der Simulation mit realen BetriebsbedingungenDie Simulationsergebnisse der betreuenden Stelle werden anschließend mit dem o.g. Korrekturfaktoraus Zeile 3 multipliziert, um die Über- oder Unterschätzung des Anbieters in den Simulationswert beirealen Betriebsbedingungen, im Folgenden als korrigierter Ertrag bezeichnet, einfließen lassen zukönnen (Zeile 4 * Faktor aus Zeile 3).Zeile 6: MessergebnisseHier wird der in der Messperiode gemessene Solarertrag bzw. Systemnutzungsgrad eingetragen.Zeile 7: Berechnung des erbrachten Anteils am korrigierten garantierten Ertrag bzw. SystemnutzungsgradSchließlich wird dieser korrigierte solare Ertrag bzw. Systemnutzungsgrad mit den Ergebnissen desMessjahres verglichen. Kurze Betriebsausfälle, die nicht auf System- oder Installationsfehlern beruhen,werden durch Interpolation mit wahrscheinlichen Messdaten gefüllt. Sie wirken sich also nichtnegativ auf das Messergebnis oder die Garantierechnung aus. Der Quotient aus Messergebnis undkorrigierten Werten liefert den Anteil am Garantiewert, den das Solarsystem wirklich erbracht hat (Zeile6 / Zeile 5). Dieser Anteil muss bei mindestens 90 % liegen, wenn die Bietergarantie als erfüllt angesehenwerden soll. Bei Werten unter 90 % ist die Garantie nicht erfüllt und der Bieter muss Nachbesserungenvornehmen oder es wird eine entsprechenden Rückzahlung gefordert.

- 75 -Zeile Wert Solarer Ertragab Pufferspeicher1 Garantie des Bieters auf Grundder Randbedingungen im LV2 Ergebnis Simulation ZfS mitRandbedingungen LV, ohneZirkulationseinbindung, da Zirkulationnicht vorgesehen3 Faktor ZfS-Simulation(Korrekturfaktor)[Zeile 1 / Zeile 2]4 Ergebnis Simulation ZfS mitrealen Betriebsbedingungen(Messwerten)5 Korrigierte Simulation ZfS mitKorrekturfaktor[Zeile 4 * Faktor Zeile 3]6 Messergebnis Solarertrag abPufferspeicher01.01. – 31.12.20077 Verhältnis Messergebnis zukorrigierter Simulation[Zeile 6 / Zeile 5]42.950 kWh/aFür die schlechteren Kollektorkennwerte,die nach Zahlungder Pönale nun verwendetwerden sowie Beteiligung amUmbau, von 53.583 auf 42.950kWh/a reduziertSystemnutzungsgradab Pufferspeicher34,81 %Für die schlechteren Kollektorkennwerte,die nach Zahlungder Pönale nun verwendetwerden sowie Beteiligung amUmbau, von 43,51 % auf 34,8% reduziert42.950 kWh/a 34,81 %1,000Überschätzung Ertrag durchden Anbieter1,000Überschätzung Systemnutzungsgraddurch den Anbieter33.427 kWh/a 27,94 %33.427 kWh/aÜberschätzung durch denAnbieter mit Korrekturfaktoreingearbeitet27,94 %Überschätzung durch denAnbieter mit Korrekturfaktoreingearbeitet32.275 kWh/a 26,71 %Tabelle 8: Berechnung der Garantieerfüllung für das Messjahr 200796,55 % 95,57 %Im Simulationsprogramm kann nur die Strahlung auf die horizontale Fläche eingegeben werden undnicht die tatsächlich gemessene Strahlung in der Kollektorfläche. Programmintern wird dann die Einstrahlungin die geneigte Fläche (Kollektorfläche) berechnet. Durch diese Umrechnung (mit einemStrahlungsmodell) kann es zu geringen Differenzen zwischen der tatsächlich in der Kollektorebenegemessenen Einstrahlung und der berechneten kommen, was sich dann wiederum auf die Berechnungdes Systemnutzungsgrades auswirken kann. Zu Gunsten des Bieters ist deshalb festgelegt,dass nur einer der beiden Werte (Energie oder Nutzungsgrad) 90 % erreichen bzw. übersteigenmuss.Der Rechengang in Tabelle 8 zeigt, dass in der Messperiode 2007 bei der solaren Ertragsgarantieeine Garantieerfüllung von 96,6 % und beim Systemnutzungsgrad von 95,6 % erreicht wurde. Diesolare Ertragsgarantie entsprechend den Forderungen des Programms „Solarthermie 2000“ ist damitdeutlich erreicht worden.Die Diskrepanz zwischen dem (reduzierten) Garantieertrag von 42,95 MWh/a und dem tatsächlich inder Messperiode gemessenen Ertrag aus dem Solarsystem von 32,28 MWh/a ist so eklatant, dasssich die Frage stellt, wieso die Anlage trotzdem die solare Ertragsgarantie (nach obigem Rechenweg)erreichen konnte. Der Grund liegt darin, dass der mit 4,5 m³/d in den Randbedingungen angesetztKaltwasserdurchsatz durch den solaren Vorwärmspeicher (entspricht üblicherweise - aber nicht hier –dem Warmwasserzapfverbrauch, vgl. Kap. 10) in Realität mit 1,5 m³/d weit unterschritten wurde. Fürdie Solaranlage haben sich die Randbedingungen somit dramatisch verschlechtert, was sich abernicht als Malus für die Solaranlage im Rahmen der Garantienachrechnung auswirken darf. Der obige

- 76 -Rechenweg zur Garantienachrechnung unter Berücksichtigung der realen Betriebsbedingungen verhinderteben, dass die Solaranlage hier ungerechtfertigt benachteiligt wird.13.3 Vergleich der Garantieerfüllung vor und nach dem UmbauDie Tabelle 9 zeigt den Vergleich zwischen der Erfüllung der solaren Ertragsgarantie berechnet ausder 1. Messperiode 2002/2003 vor dem Umbau und der 2. Messperiode 2007 nach dem Umbau. Umdie Tabelle übersichtlich zu halten, sind hier nur die Werte für den Solarertrag und nicht für den Systemnutzungsgradaufgezeigt, für den sich aber ähnliche Werte ergeben.WertGarantie des Bieters aufGrund der Randbedingungenim LV1. Messperiode2002/03 vor dem UmbauBerechnung FH Stralsund2. Messperiode2007 nach UmbauGarantie reduziertBerechnung ZfS53.583 kWh/a 42.950 kWh/aReduzierung der Ertragsgarantie auf Grundder Pönalezahlung sowie Beteiligung amUmbau der AnlageKorrekturfaktor 1,0437 1,000Korrigierte Simulation mitKorrekturfaktor42.349 kWh/a 33.427 kWh/aMessergebnis Solarertrag 28.413 kWh/a 32.275 kWh/aVerhältnis Messergebniszu korrigierter Simulation67,1 % 96,55 %Tabelle 9: Garantieerfüllung für das Messjahr 2002/2003 und 2007Die Garantiewerte wurden auf Grund der Messwerte aus der Messperiode 2002/2003 mit 67,1 % sehrdeutlich verfehlt, zu den Gründen hierfür ist schon weiter oben Stellung genommen worden. Nachdem Umbau der Anlage wurde die Überprüfung des garantierten Solarertrages anhand der Messperiodefür 2007 erneut vorgenommen. Nach dem Umbau und der Reduzierung der solaren Ertragsgarantieauf einen realistischen Wert (nur erlaubt wegen der finanziellen Nachleistungen von Solar Diamant)wird die Garantie erfüllt.Eine Steigerung des Systemertrages von 28,4 auf 32,3 MWh nach dem Umbau ist durchaus positivzu sehen (Steigerung von ca. 15 %). Sie bleibt jedoch wegen der geschilderten Problematik mit denKaltwasserfehlströmungen ganz erheblich hinter den Erwartungen (ca. 40 MWh bzw. Steigerung umca. 40 %) zurück. Auch wenn die Garantie per forma erfüllt ist: wegen der Mängel im konv. Systemkann man nicht von einem befriedigenden Betriebsverhalten des Gesamtsystem (Solar + Kessel +Verbrauchssystem) sprechen.

- 77 -14 Kosten SolarsystemAus betriebswirtschaftlicher Sicht stellen vor allem die Nutzwärmekosten ein Kriterium dar, nach demder Anlagenbetrieb im betrachteten Messjahr beurteilt werden kann. Die Nutzwärmekosten geben dieKosten pro kWh Energie wieder, die von der Solaranlage im Messzeitraum an den bzw. die Verbrauchergeliefert wurden. Zusätzlich zu allen positiven und negativen Effekten aus den tatsächlichen Betriebsbedingungengehen hier die Kosten ein, die für die Errichtung der Solaranlage aufgewendetwurden. Bei der Berechnung wird von einer Annuität von 8,72 % (errechnet aus einer Anlagenlebensdauervon 20 Jahren und 6 % Zinsen) ausgegangen. In den Randbedingungen zum Leistungsverzeichniswurden für das Solarsystem APHS Nutzwärmekosten in Höhe von max. 0,17 €/kWh vorgegeben,die für eine Berücksichtigung bei der öffentlichen Ausschreibung eingehalten werden mussten.Die Nutzwärmekosten des Systems, das schließlich gem. Ausschreibung ausgewählt wurde, beliefensich auf 0,163 €/kWh.Planwerte1. Messperiode2002/032. Messperiode2007 nachUmbauSollwertenach UmbauSolarertrag [kWh/a] 53.583Garantiewert Bieter28.413 32.280 43.000Gesamtkosten Solarsysteminkl. Planung undMWSt, ohne Umbau [€]99.936Vergabe103.852abgerechneteKostenca. 140.000abgerechneteKosten mit Umbauca. 140.000abgerechneteKosten mit UmbauNutzwärmekosten bei8,72 % Annuität [€/kWh]0,16 0,31 0,38 0,28Tabelle 10:Solare NutzwärmekostenIn Tabelle 10 sind die diesen Kosten zugrunde liegenden Werte für den vom Bieter garantierten Solarertragund die Kosten des beauftragten Angebotes wiedergegeben. In den weiteren Spalten der Tabellesind im Vergleich dazu die realen Werte aus der 1. und 2. Messperiode (gemessener Solarertragund abgerechnete Kosten) eingetragen.Mit rund 0,31 €/kWh wird in der Messperiode 2002/2003 der Planwert von 0,162 €/kWh deutlich verfehlt,er wird fast um den Faktor 2 überschritten. Ein kleiner Teil der Überschreitung liegt sicher ametwas geringeren Warmwasserverbrauch, als bei der Planung zugrunde gelegt wurde. Der wesentlicheTeil inkl. der Kosten für den Umbau (Schätzung) ist aber durch die - prinzipbedingt - schlechteEffizienz des Solarsystems verursacht. Für die 2. Messperiode ist ein Wert von 0,38 €/kWh erreichtworden, der immer noch weit vom Planwert (nach dem Umbau) von 0,28 €/kWh entfernt ist. Hier verhinderteder im Verlauf des Jahres 2007 von 3 auf unter 1 m³/d absinkende Kaltwasserdurchsatzdurch den solaren Vorwärmspeicher trotz Umbau der Anlage einen besseren Wert.Der Umbau der Solaranlage im September 2005 auf ein System mit Warmwasser-Vorwärmspeicherwurde unter den Beteiligten gemäß nachfolgender Aufstellung aufgeteilt, exakte Kosten hierzu liegenaber nicht vor.Solar DiamantKollektorkreisregler (DR5), WT-Station zwischen Pufferspeicher und Vorwärmspeicher, 3-stufigePumpe für den Entladekreis, Vorwärmspeicher mit 750 l, Entladeregelung KR-VWS, 2 Pumpen amWT Nachheizung der Warmwasserspeicher, Umschaltventil der Zirkulation am Vorwärmspeicher zuNotkühlung. Diese Arbeiten wurden als Kompensation für die Systemminderleistung von Solar Diamantnicht in Rechnung gestellt. Zusätzlich wurden ca. 5.000 € Barausgleich gewährt (geht nicht indie Systemkosten ein).Aus Messtechnik- und Optimierungsmitteln der FH StralsundZusätzliche Messsensoren wo notwendig, Installation der MesssensorenWärmetauscher zwischen Kessel und WW-Bereitschaftsspeicher, ohne Installationskosten

- 78 -Aus Mitteln Wohlfahrtseinrichtung, Büro Engelbrecht und Firma DEMAKosten für alle nicht oben aufgeführten Geräte sowie die Installation und Verrohrung aller Geräte (außerMesstechnikinstallation)Um den Warmwasserverbrauch wieder auf etwa 4,5 m³/d zu steigern und dadurch die Solaranlagebesser auszulasten, wurde im Juni 2006 das Gebäude „Käthe Kern“ an die Warmwasserbereitungvom Gebäude „Am Stadtwald“ angeschlossen. Die Planungskosten hierfür betrugen 5.775 € inkl.MwSt. und die Ausführungskosten 35.528 € inkl. MwSt.Vor allem der recht teure nachträgliche Anschluss des Gebäudes „Am Stadtwald“ führte bisher zukeinem wirtschaftliche befriedigendem Ergebnis. Erst wenn die Fehlströmung im Trinkwassernetzbehoben sind, kann damit gerechnet werden, dass die Solaranlage mit höherer Effizienz arbeitet.Dann wäre auch ein gegenüber dem ersten Messjahr etwas geringerer Wert für die Kosten der solarenNutzwärme zu erwarten. Der ehemals (auf der Basis eines unrealistische hohen Ertrags) berechneteWert von 0,16 €/kWh war nie zu erreichen.

- 79 -15 Zusammenfassung und FazitGroße Erwartungen wurden in den Umbau der Anlage und den zusätzlichen Anschluss des Gebäudes„Käthe Kern“ an die Warmwasserbereitung im Gebäude „Am Stadtwald“ gesetzt. Die Planungengingen dahin, durch die Erhöhung des Warmwasserverbrauchs von etwa 2,0 bis 2,5 m³/d auf etwa 4bis 5 m³/d einen höheren Solarertrag bzw. einen höheren Systemnutzungsgrad der Solaranlage zuerreichen. In der 1. Messperiode (18.07.02 - 17.07.03, vor dem Umbau der Anlage) ist bei einem Solarertragvon 30,7 MWh/a nur ein Systemnutzungsgrad von 22,0 % erreicht worden. Berechnungenmit Simulationsprogrammen zeigten, dass nach Anschluss von „Käthe Kern“ bei einem dann auf etwa4 bis 5 m³/d gestiegenen Warmwasserverbrauch mit einem Solarertrag von etwa 43 MWh/a und einemSystemnutzungsgrad von ca. 35 % zu rechnen war. Leider erfüllten sich diese Erwartungennicht, da der Warmwasserverbrauch in der 2. Messperiode (01.01.- 31.12.07, nach dem Umbau undAnschluss von „Käthe Kern“) von zuerst 3 m³/d auf etwa 1 m³/h abfiel, in der 3. Messperiode (01.01. -31.12.08) von 1 m³/d (nach zwischenzeitlichem Anstieg auf bis zu 2,5 m³/d) auf nur noch 0,5 m³/dabfiel. Die vermuteten Gründe (Fehlströmungen im Warmwassernetz) hierfür sind oben ausführlichdargelegt.Eine Steigerung des Ertrages aus dem Solarsystem von 28,4 auf 32,3 MWh/a nach dem Umbau undAnschluss von „Käthe Kern“ (2. Messperiode) ist durchaus positiv zu sehen. Sie bleibt jedoch wegender geschilderten Problematik bezüglich der Kaltwasserfehlströmungen ganz erheblich hinter denErwartungen zurück. Auch wenn die solare Ertragsgarantie (in der 2. Messperiode) dann per formaerfüllt wurde: wegen der Mängel im konv. System kann man nicht von einer befriedigenden Anlagenleistungsprechen. Wegen des weiter zurückgehenden (gemessenen) Warmwassers wurden in der3. Messperiode dann nur noch 29,4 MWh/a erreicht. Die Tabelle 11 zeigt eine Übersicht der Planwertewie auch der Messwerte für die 1. bis 3. Messperiode. Anzumerken ist, dass die Planwerte „nachUmbau“ durch Abminderung der Garantiewerte des Bieters entstanden sind. Dies wurde notwendig,da u.a. die vom Hersteller angegebenen Kollektorkennwerte im Vergleich zur Realität zu gut waren,was zu einem zu hohen garantierten Solarertrag seitens des Bieters führte (vgl. Kap. 13.1).Warmwasserverbrauch(gemessener Durchflussdurch Bereitschaftsspeicher)[m³/d]Einstrahlung auf Kollektorfeld[MWh/a]Ertrag aus Solarsystem[MWh/a]PlanwerteGarantieBieter1. Messperiode2002/034,5 konstant 2,0 bis 2,5etwa konstantPlanwertenach Umbau2. Messperiode2007 nachUmbau4,5 konstant 3,0 auf 1,0fallend3. Messperiode20081,0 auf 0,5fallend123,1 128,9 123,6 120,8 126,753,6 28,4 43,0 32,3 29,4Systemnutzungsgrad [%] 43,5 22,0 34,8 26,7 23,2Tabelle 11:Zusammenstellung von Warmwasserverbräuchen, Einstrahlung, Solarerträge undSystemnutzungsgradenBesonders bewährt hat sich die Einrichtung zur gesteuerten Abfuhr von überschüssiger Solarenergiein den Zirkulationsrücklauf. Ohne diese Möglichkeit hätte es aufgrund des viel zu geringen Warmwasserverbrauchsin den strahlungsreichen Sommermonaten öfters einen Stillstand der Solaranlage mitden für die Anlage auf Dauer ungünstigen Betriebsbedingungen wie hohe Temperaturen im Kollektorfeldmit Ausdampfung des Wärmeträgers gegeben.

- 80 -16 Literaturhinweise/1/ Bundesministerium für Umweltschutz, Naturschutz und ReaktorsicherheitProjektträger Jülich, Forschungszentrum Jülich GmbHFörderkonzept „Solarthermie2000plus“Auf Anfrage bei der ZfS zu beziehen oderwww.solarthermie2000plus/2/ Projektträger Jülich, Forschungszentrum Jülich GmbH,Solar- und Wärmetechnik Stuttgart SWTZfS-Rationelle Energietechnik GmbHErläuterungen zum Förderkonzept „Solarthermie2000plus“ des Bundesministeriums für Umwelt,Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU)Auf Anfrage bei der ZfS zu beziehen oderwww.solarthermie2000plus/3/ Projektträger Jülich, Forschungszentrum Jülich GmbH,ZfS-Rationelle Energietechnik GmbHFragebogen zur Vorauswahl von ObjektenAuf Anfrage bei der ZfS zu beziehen oderwww.solarthermie2000plus/4/ Peuser, F. A.; Croy, R., Mies, M., Rehrmann, U., With, H. P.:Solarthermie-2000, Teilprogramm 2 und Solarthermie2000plusWissenschaftlich-technische Programmbegleitung und Messprogramm (Phase 3)Abschlussbericht zum Projekt 032 9601L, gefördert mit Mitteln des BMUTeil I (veröffentlichter Teil): Wissenschaftlich-technische ErgebnisseAuf Anfrage bei der ZfS zu beziehen oderwww.zfs-energietechnik/5/ Olejnik, T.; Peuser, F. A.; Rehrmann, U.:Thermische Solaranlage im Pflegeheim „Am Stadtwald“ StralsundZwischenbericht zum 01.08.2003Auf Anfrage bei der ZfS zu beziehen oderwww.zfs-energietechnik

- 81 -17 AdressenProjektförderungProjektträger JülichGeschäftsbereich Erneuerbare EnergienForschungszentrum Jülich GmbHZimmerstraße 26 – 2710969 BerlinDr. Peter DonatTel: 030/20199-427/432p.donat@fz-juelich.deBetreiberWohlfahrtseinrichtung der Hansestadt Stralsund gGmbHKedingshäger Str. 9418435 StralsundJoachim Schmidt, Techn. LeiterTel: 3831/304-320Joachim.schmidt@wfehst.dePlanungIngenieurbüro Thomas EngelbrechtPlanung (Konzept)Mühlenstr. 2818439 StralsundTel: 03831/287030AusführungDEMA-HaustechnikDriftweg 218445 ProhnNorbert DemmelTel: 038323/553DEMA-Haustechnik@t-online.deBetreuende Stelle, Durchführung des MessprogrammsFachhochschule Stralsund (FHS)Fachbereich Elektrotechnik und InformatikZur Schwedenschanze 1518435 StralsundTorsten Olejnik03831/45-6695ZfS - Rationelle Energietechnik GmbH (ZfS)Verbindungsstraße 1940723 HildenUlrich RehrmannTel.: 02103/244414rehrmann@zfs-energietechnik.deDr. Felix A. Peuserf.a.peuser@t-online.de