Thema Solarthermie (Solarwärme) vom 11.04.2001 @ 15:07:01 CEST
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Ausgetüftelte Hydraulik steigert solare Erträge
 Verantwortlich für die niedrigen Rücklauftemperaturen im Nahwärmenetz der Wohnsiedlung Gneis Moos ist die perfekte Anbindung der Verbraucher. Variable, bedarfsabhängige Volumenströme im Netz sorgen dafür, dass jede Wohnung und jeder Heizkörper unter allen Betriebszuständen immer nur die tatsächlich erforderliche Wassermenge erhält...
Der ungewöhnliche Anblick eines überirdischen horizontalen 100.000-Liter-Speichers empfängt den Besucher der Wohnsiedlung Gneis Moos. Nur eine kleine Stichstraße führt zu dem autofreien Wohngebiet mit 61 Wohneinheiten am Rande von Salzburg mitten in saftig grünen Moorwiesen. Die Sonne strahlt ohne Hindernis durch die großflächigen, nach Süden gerichteten Glasfassaden in die Wohnungen.
Das solare Vorzeigeprojekt der Gemeinnützigen Salzburger Wohnbaugesellschaft (GSWB) ist in jeder Hinsicht ungewöhnlich. Die solaren Erträge sind überdurchschnittlich gut, die Rücklauftemperaturen im Nahwärmenetz erstaunlich niedrig. Der Planungs- und Errichtungszeitraum von acht Jahren ist für die kleine Siedlung mit 61 Wohneinheiten überraschend lang. Wie kam dieses technisch und ökologische Vorzeigeprojekt zustande? Die Suche nach der Antwort führt zu zwei Personen: dem freischaffenden Wiener Architekten Georg Reinberg, der bereits über 50 ökologische Bauprojekte plante und realisierte, und Helmut Meisl von der GSWB, dessen Steckenpferd hydraulisch gut abgeglichene Heizungssysteme und ausgetüftelte Haustechniklösungen sind. Die beiden sind die Schlüsselfiguren bei der Realisierung des Wohngebietes Gneis Moos, das mehr ist als eine von vielen Solarsiedlungen. Denn an diesem Projekt entzündete sich vor acht Jahren ein Streit, bei dem die Sonne eindeutig gewann.
Ursprünglich wollte die GSWB als größte gemeinnützige Wohnungsbaugesellschaft Salzburgs (rund 18.000 Wohnungen im Bestand) von Solarenergienutzung und ökologischen Standards nichts wissen. Schlechte Erfahrungen mit Solaranlagen in den 70er Jahren hatten bei der GSWB große Skepsis gegenüber dieser neuen Technologie erzeugt. Folglich stimmte der Bauträger 1993 bei der Auslobung des Wettbewerbs »Gneis Moos« nicht für das Konzept des Architekten Reinberg, das passive Solarenergienutzung, eine solare Nahwärmeversorgung und kontrollierte Lüftungsanlagen vorsah.
Trotzdem gewann Reinberg den Wettbewerb. Umso mehr freut sich Reinberg im Nachhinein, dass die Sonne und das durchdachte Anlagenkonzept Überzeugungsarbeit leisten konnten. »Inzwischen ist die Wohnungsbaugesellschaft von den guten Ergebnissen der solaren Nahwärme so begeistert, dass sie alle Neubauten standardmäßig mit Kollektoren versorgt«, beschreibt Reinberg das positive Ende der Auseinandersetzung.
Solare Erträge übertroffen
Das für die Auslegung der solaren Nahwärme verantwortliche Steinbeis-Transferzentrum Energie-, Gebäude- und Solartechnik entschied sich bei Gneis Moos für eine Zwischenstufe zwischen Kurzzeit- und Langzeitspeicherung. Mit 6,7 m2 Kollektorfläche pro Wohneinheit und 244 Liter Speichervolumen pro m2 Kollektorfläche sollte die Anlage nach Simulationsergebnissen der Stuttgarter Wissenschaftler eine relative hohe solare Deckungsrate von 33 % erreichen (143 MWh/a) – bezogen auf den berechneten Gesamtwärmebedarf von 430 MWh/a. Dabei nahm das Steinbeis Transferzentrum Einbußen bei den spezifischen Kollektorerträgen in Kauf. Für die Anlage Gneis Moos prognostizierten sie eine Reduktion um 25 % auf einen spezifischen Solarertrag von 350 kWh/m2a.
Die Mitte Dezember 1999 in Betrieb genommene Solaranlage enttäuschte die Planer nicht. Das Ergebnis nach einem Jahr »stellt die Effizienz eindrucksvoll unter Beweis«, schreibt die GSWB als Betreiber auf ihrer Internetseite. Der absolute Ertrag der Solaranlage lag mit 155 MWh/a rund 8 % über den Erwartungen, die spezifischen Erträge bei 378 kWh/m2a statt der geplanten 350 kWh/m2a. Etwas höher als angenommen ist allerdings der Gesamtenergieverbrauch, der im ersten Betriebsjahr 500 MWh/a statt 430 MWh/a ausmachte. Der solare Deckungsgrad fiel dadurch mit 31 % etwas geringer aus als erwartet. Reinberg dazu: »Ein höherer Wärmebedarf im Bezugszeitraum ist nicht unüblich. Trotzdem müssen wir dem nachgehen. Ursachen könnten das Trockenheizen des Massivbaus sein oder offenstehende Fenster in noch leerstehenden Wohnungen während der Bezugsphase.« Helmut Meisl macht die anfangs nicht optimal eingestellte Nacherwärmung bei den Lüftungsanlagen für die Gemeinschaftsräume in den Kellern für den überhöhten Bedarf verantwortlich.
Freiheit beim Heizen
Für das gute Abschneiden der solaren Nahwärmeversorgung nennen die Planer zwei wesentliche Gründe: Niedrige Rücklauftemperaturen und geringer Wärmebedarf.
Niedrige Rücklauftemperaturen im Nahwärmesystem übers ganze Jahr sind auf die von Meisl bis ins Detail hydraulisch gut abgeglichene Anbindung der Wärmeabnehmer an das Nahwärmesystem zurückzuführen. Die Besonderheit: Das Fernwärmewasser fließt in jede Wohnung. Dort wird über einen leistungsstarken Durchfluss-Wärmetauscher mit 36 kW Warmwasser bereitet (siehe Anlagenschema). Die auf Niedertemperatur (65/39 °C) ausgelegten Radiatoren werden direkt mit Fernwärmewasser durchströmt. Ein Differenzdruckregler sorgt für die präzise Einstellung der tatsächlich erforderten Wassermenge für die Heizkörper. Seine Einstellung ist fixiert, die Bewohner können keine Änderungen vornehmen. Doch das ist auch nicht nötig, denn das System bietet den Mietern und Eigentümern bezüglich Zeit und Temperatur beim Heizen völlige Freiheit durch Einzelraumregelung mit Thermostatventilen. Das Fernwärmenetz läuft rund um die Uhr 365 Tage im Jahr mit einer Vorlauftemperatur von mindestens 65 °C. »Wir haben keine unerfreulichen Diskussionen mit unseren Mietern über die Einstellung der Nachtabsenkung oder die Außentemperaturregelung«, ist Meisl besonders wichtig. Sein Augenmerk richtet der Techniker auf die perfekte Hydraulik. Jedes Haus, jede Wohnung, jeder Heizkörper erhält unter allen Betriebszuständen (!) immer nur die zulässige Wassermenge. Wichtige Voraussetzung dafür sind variable, leistungsabhängige Volumenströme im Nahwärmenetz durch drehzahlgeregelte Umwälzpumpen.
Über M-Bus-Verkabelung werden die Daten der Wärmemengenzähler der Wohnungen im Heizraum erfasst und ermöglichen eine kontinuierliche Überprüfung der Rücklauftemperaturen bei jedem Anschluss. Das Kontrollsystem wirkt: Die Rücklauftemperaturen im Winter im Mischbetrieb Heizung und Warmwasser liegen zwischen 25 und 35 °C, im Sommer zwischen 30 und 40 °C. Dadurch und aufgrund der sorgfältig gedämmten Leitungen halten sich die Netzverluste trotz des Dauerbetriebes in Grenzen. Meisl schätzt, dass nur rund 5 % des Bruttowärmetransportes in dem Zweileitersystem verloren gehen.
Der zweite Grund für die guten Betriebsergebnisse der Solaranlagen ist der niedrige Wärmebedarf aufgrund des guten Dämmstandards der Reihenhäuser und der effizienten passiven Solarenergienutzung durch die Wintergärten. Für Letzteres zeichnet der Solararchitekt Reinberg verantwortlich, der die Lüftungsanlagen austüftelte. Das Ergebnis: Die Zuluft für die kontrollierte Lüftung wird über den Wintergarten angesaugt, dort vorgewärmt und anschließend in die Wohnräume gelassen, die auf Basis eines üblichen Wasserheizsystems nachbeheizt werden können. Die Abluft der Wohnräume wird über eine Wärmerückgewinnung zur Beheizung der Gemeinschaftsräume im Kellergeschoss genutzt.
Das energiesparende Prinzip hat Reinberg schnell erklärt: »Der große Vorteil ist, dass die Südfassade keine Verluste aufweisen, weil die Abstrahlung in der Luft des Wintergartens absorbiert und durch die Zuluftvorerwärmung wieder ins Haus geführt wird.« Ergebnisse mit dem Simulationsprogramm TRANSYS geben dem Architekten Recht. 23 % beträgt der errechnete Heizbeitrag durch die Wintergartenlüftung bei einer 107 m2 Wohnung. Dieser hohe Beitrag kommt zustande, weil die Wärmegrundlast der Wohnhäuser sehr niedrig ist und dadurch auch diffuse Einstrahlung mit geringer Temperaturerhöhung im Wintergarten zu Heizzwecken genutzt werden kann.
System ist gut, Kontrolle ist besser
Gneis Moos ist nicht das einzige Nahwärmesystem der GSWB, das mit dem beschriebenen hydraulischen Abgleich läuft. Inzwischen sind rund 500 Wohneinheiten auf diese Art an solare Nahwärmesysteme angeschlossen. Meisl hat überwiegend positive Erfahrungen gemacht: »Trotz der Freiheit zu heizen so lange und so viel man will, steigt der Wärmebedarf in den Mietwohnungen nicht an«, erklärt der Techniker. Wichtig für den reibungsfreien Betrieb der Nahwärmesysteme ist die Fernüberwachung und -wartung. Probleme beim Betrieb werden ohne Verzögerung direkt über SMS an das Handy des für die Überwachung zuständigen Technikers gemeldet. Dieser kann über Fernwartung zu jeder Zeit den Betriebszustand der Solaranlage, des Brennwertkessels, des Nahwärmenetzes und des Pufferspeichers überprüfen.
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