Solarthermie-2000 – Teilprogramm 2 - Solar - so heizt man heute

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3 Aufbau von großen Solaranlagen zur Trinkwassererwärmung
In diesem Kapitel werden – gemäß der Themenstellung – lediglich große Systeme zur reinen
Trinkwassererwärmung behandelt. Nur bei den Solaranlagen, die in Wärmenetze eingebunden
sind (Kap. 3.3), wird zusätzlich die Raumheizung unterstützt. Der grundsätzliche
Systemaufbau ist bei beiden Nutzungsarten jedoch ähnlich. Die Hauptunterschiede liegen in
der Art der Anbindung an das konventionelle System (Gas- oder Ölkessel, Fernwärme), im
Temperaturniveau und jahreszeitlichen Energiebedarf des Verbrauchers sowie – daraus
resultierend – in der Dimensionierung der Systemkomponenten. Dieses Kapitel ist zudem
beschränkt auf die Beschreibung nur einiger Varianten des Systemaufbaus. Fragen zur
System- und Komponentendimensionierung werden in Kap. 6 diskutiert.
3.1 Einbindung in reine Trinkwassersysteme ohne Vorwärmstufe
Bei der früher fast ausschließlich üblichen Einbindung der Solaranlage in das konventionelle
Warmwassernetz wurde der Solarspeicher direkt vom Trinkwasser durchströmt /14/. Bei
heutigen großen Solaranlagen ist der Solarspeicher wegen der Legionellenproblematik
/N7,N8/ als Pufferspeicher ausgeführt, der mit Heizwasser (kein Trinkwasser!) gefüllt und
vom Trinkwassernetz durch einen Wärmetauscher getrennt ist.
Abb. 3.1 zeigt schematisch die drei am häufigsten realisierten Systemvarianten für große
Solaranlagen zur Trinkwassererwärmung. Die Schemata sind auf den grundsätzlichen Aufbau
der Solaranlage vereinfacht. In allen drei gezeigten Fällen erwärmt der Kollektorkreis
über den Ladewärmetauscher und die Pumpen P1 und P2 den Solar-Pufferspeicher, der
dann über eine Pumpe (P3) und den Entladewärmetauscher die gespeicherte Energie an das
Trinkwasser abgibt. Die Unterschiede zwischen den drei Varianten liegen also nur in der
Anbindung des Trinkwassernetzes an den Entladewärmetauscher.
Bei dem in Abb. 3.1a gezeigten Prinzip wird der Entladewärmetauscher sekundärseitig nur
dann vom zu erwärmenden Trinkwasser durchströmt, wenn Warmwasser gezapft wird (wie
in einem konventionellen Durchlauferhitzer). Das solar vorgewärmte Trinkwasser strömt in
einen Nachheizspeicher und wird dort auf die gewünschte Bereitschaftstemperatur erwärmt.
Die Systemgrenze zur Bestimmung der solaren Nutzwärme (Definition in Kap. 9.2) liegt auf
der Sekundärseite des Entladewärmetauschers (Linie mit der Kennzeichnung "1").
Die Pumpe P3 sollte nur dann in Betrieb sein, wenn die Temperatur im Pufferspeicher über
der des Kaltwassers liegt und gleichzeitig Warmwasser gezapft wird. Im Idealfall ist das
Fördervolumen von P3 in einer großen Bandbreite stufenlos entsprechend dem Zapfvolumen
regelbar. Anstelle des in Abb. 3.1a angedeuteten Regelprinzips zur Einschaltung der
Entladepumpe über ein Strömungssignal im Kaltwasserzulauf werden häufig auch temperaturabhängige
Regelungen (z.B. Temperaturabfall an einem Sensor durch anströmendes
Kaltwasser) eingesetzt (siehe Kap. 6.7.3).