Ein Speicher - zwei Funktionen: Solar-Warmwasser und Solar-Heizen
Da fast 80 % des Energieverbrauchs privater Haushalte für die Raumheizung aufgewendet werden, liegt hier ein großes Potential zur Einsparung fossiler Energieträger. Um die über den Trinkwasserbedarf hinausgehende Wärmelieferung einer Solaranlage für die Raumheizung nutzen zu können, wurde in einem Kooperationsprojekt zwischen dem Fachbereich Physik der Philipps-Universität und der Firma Wagner & Co Solartechnik in Cölbe ein Speicher-Entnahmesystem für thermische Solaranlagen entwickelt.
Das System hat folgende Eigenschaften:
Funktionsweise der Entladevorrichtung
Der Speicher ist mit Heizungswasser gefüllt, das direkt in den Heizkreis gespeist wird. In einem internen Wärmeübertrager, der sich im oberen Teil des Speichers befindet, wird Trinkwasser im Durchlauferhitzerverfahren erwärmt. Während der Trinkwassererwärmung erfolgt die Umwälzung des Speicherwassers allein schwerkraftgetrieben. Der sogenannte thermosiphonische Antrieb resultiert aus Dichteunterschieden des Wassers innerhalb des Speichers. Dabei kühlt sich das Speicherwasser in der Umgebung der Trinkwasserrohre ab, sinkt aufgrund seiner höheren Dichte nach unten und wird dann durch einen Strömungskanal in den unteren Speicherbereich geleitet.
Thermohydraulisches Ventil
Da der Volumenstrom im Strömungskanal des Speicherwassers stark vom variierenden Schwerkraftantrieb bei unterschiedlichen Ladezuständen des Speichers sowie verschiedenen Zapfleistungen abhängt, ist ein Ventil zur Regelung des Speicherwasser-Volumenstroms nötig. Das Ventil besteht aus einer Ventilklappe, die im Strömungskanal unterhalb des Wärmeübertragers angebracht und über eine hydraulische Leitung mit der Trinkwasser-Austrittstemperatur verbunden ist. Der Speicherwasser-Volumenstrom wird durch die Ventilklappe so eingestellt, dass die Trinkwarmwasser-Temperatur immer innerhalb eines vorgegebenen Intervalls liegt und gleichzeitig das herabfließende Speicherwassser auf ein Temperaturniveau unterhalb von 25°C abgekühlt wird.
Auf diese Weise entsteht eine Temperaturschichtung im Speicher, die gewährleistet, dass
1) wegen des hohen Temperaturniveaus im oberen Speicherbereich auch bei mittlerer Einstrahlung auf fossiles Nachheizen verzichtet werden kann und
2) dem Sonnenkollektor wegen der niedrigen Temperaturen im unteren Speicherbereich kaltes Wasser zugeführt und so die thermischen Verluste des Sonnenkollektors reduziert werden können.
Messungen
Das System wurde sowohl experimentell als auch durch theoretische Modellierung behandelt: Es werden Messungen an einem 500l - Speicher in verschiedenen Speicher- und Entnahmebetriebszuständen durchgeführt und mit semi-empirischen Modellrechnungen zur Entladeeinheit validiert.
Mitgearbeitet haben:
Ulrike Jordan, Klaus Vajen, Marcus Hohenstein, Brigitte Knopf, Andrea Sievert, Astrid Spieler, Stefan Werner
Publikationen: Liste
Aktualisiert von: Elimar Frank- 29.11.2002