Trinkwassererwärmung mit bivalenter Solarpufferspeicher

9. November 2020
Solaranlage zur Trinkwassererwärmung mit Solarpufferspeicher und bivalentem Solarvorwärm- und Bereitschaftsspeicher
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Die Solarwärme wird aus dem Pufferspeicher in einen mit Trinkwasser gefüllten bivalenten Speicher geladen, der im unteren Teil als solarer Vorwärmspeicher und im oberen Teil als konventionell aufgeheizter Bereitschaftsspeicher dient. Die Ladung erfolgt (in Grenzen) unabhängig vom Zapfvolumenstrom. Der Systemaufbau ist ähnlich wie der mit monovalentem Solarvorwärmspeicher.

Vorteile

  • Ein einziger Speicher ist in der Regel kostengünstiger als zwei Speicher mit in der Summe etwa gleichem Volumen.
  • Die Entladung des Pufferspeichers ist in Grenzen (je nach Volumen des Vorwärmspeichers) unabhängig vom momentanen Trinkwarmwasserverbrauch möglich.
  • Der Puffer-Entladewärmetauscher kann relativ klein und preisgünstig gehalten werden.
  • Der Druckabfall im Puffer-Entladewärmetauscher wird über eine Pumpe (P4) gedeckt. Der Entlade-WT verursacht also im Pfad des gezapften Wassers keinen Druckabfall.
  • An beiden Seiten des Entlade-WTs liegen definierte Strömungsverhältnisse vor. Dies vereinfacht dieAuslegung des Wärmetauschers gegenüber derjenigen bei einer Durchlauferwärmung mit unstetigem Zapfvolumenstrom.
  • Wenn der solare Vorwärmteil über die Solltemperatur im Bereitschaftsteil erwärmt werden darf (z. B. Vorwärmteil 62 °C, Bereitschaftsteil 60 °C), bleibt der Kessel auch dann ausgeschaltet, wenn nicht gezapft wird, da das solar erwärmte Wasser durch Auftrieb in den Bereitschaftsteil gelangt. So kann ein Teil der Verluste des Bereitschaftsteils solar gedeckt werden. Beim System mit monovalentem Vorwärmspeichermuss der Kessel auch ohne Zapf- und Zirkulationsverbrauch einschalten, um diese Verluste zu decken. In der Praxis ist dieser Vorteil aber eher gering.
  • Eine Teildeckung der Zirkulationsverluste ist unter den o. g. Bedingungen auch dann möglich, wenn nicht gezapft wird. In der Praxis ist dieser Vorteil aber eher gering.
  • Eine Einbindung der Trinkwarmwasserzirkulation ist leicht und kostengünstig zu realisieren, indem der Zirkulationsrücklauf über ein Umschaltventil in die Mitte des Vorwärmspeichers geführt wird. Dieser Vorteil relativiert sich jedoch dadurch, dass wir mit dieser Art der Zirkulationseinbindung schlechte Erfahrungen gemacht haben (nicht dicht schließende Ventile).

Nachteile

  • Das System ist nicht für die kostengünstige Nachrüstung in bestehende konventionelle Anlagen geeignet – es sei denn, vorhandene Bereitschaftsspeicher sollen ausgetauscht werden oder es soll von Trinkwassererwärmung über Durchlauferwärmung mit Wärmetauscher (Frischwasserstation) auf Erwärmung über Bereitschaftsspeicher umgerüstet werden.
  • Gegenüber Systemen mit Durchlauferwärmung sind ein größerer Trinkwasserspeicher und eine Ladepumpe (P4) erforderlich. Zur thermischen Desinfektion muss der Vorwärmbereich des Trinkwasserspeichers vom Kessel einmal pro Tag auf 60 °C erwärmt werden, sofern dies nicht durch den Solarpufferspeicher erfolgt ist (Legionellenschutzschaltung).
  • Der solare Vorwärmspeicherbereich verursacht Wärmeverluste, von denen ein Teil durch die thermische Desinfektion entsteht.
  • Die notwendige schlanke Bauform erfordert bei großen Speichern eine große Raumhöhe. Oft ist dies nicht gegeben. Eine Aufteilung auf mehrere parallel durchströmte kleinere bivalente Speicher wird nicht empfohlen (Problem: Gleichmäßigkeit der Speichertemperaturen, sorgfältiger und dauerhaft zu kontrollierender Strömungsabgleich).
  • Durch Verwirbelungen und Wärmeleitung kann es leicht zur Verschleppung von konventioneller Wärme vom oberen Bereitschaftsteil in den unteren solaren Vorwärmteil kommen. Dadurch wird die Rücklauftemperatur zum Entladewärmetauscher (und in der Folgekette die Rücklauftemperatur zu den Kollektoren) erhöht und die Solarsystemeffizienz sinkt.
  • Eine geschichtete Einspeisung des Rücklaufs aus dem Entladewärmetauscher in den Pufferspeicher ist wegen der Gefahr einer Erhöhung der Rücklauftemperatur zum Entladewärmetauscher dringender geboten als bei monovalentem Vorwärmspeicher.
  • Der Stromverbrauch steigt durch die zusätzliche Pumpe P4 auf der Trinkwasserseite des Entladewärmetauschers etwas an.

Hinweise

  • In der hier dargestellten Legionellenschutzschaltung mit einem Umschaltventil und der Bereitschaftsspeicher-Ladepumpe (P5) erfolgt eine Durchströmung des Vorwärmteils von oben nach unten. Damit wird sichergestellt, dass dann, wenn im Vorwärmteil unten 60 °C erreicht sind, diese 60 °C auch im oberen Vorwärmteil anliegen, der Vorwärmteil also durchgeladen ist. BeiLegionellenschutzschaltungen über den Zirkulationsvorlauf ist dies problematischer.
  • Bezüglich der Regelung zur Beladung des bivalenten Vorwärmspeichers gelten sinngemäß die Anmerkungen zur Regelung von monovalenten Vorwärmspeichern. Der Fühler im monovalenten Vorwärmspeicher oben befindet sich nun jedoch am oberen Ende des solaren Vorwärmbereichs.
  • Das Volumen des bivalenten solaren Vorwärmteils sollte etwas größer sein als ein monovalenter Vorwärmspeicher, weil sein effektives Volumen durch eine nie ganz zu verhindernde Verwirbelung und Wärmeleitung im Speicher etwas geringer ist. Ca. 50 % bis 60 % des Bereitschaftsteils scheinen zweckmäßig.
  • Die Volumenströme aus der konventionellen Nachheizung und Zirkulation dürfen die Schichtung im Solarteil nicht wesentlich stören, damit nur wenig konventionell erzeugte Wärme in den Solarteil gelangt. Bivalente Speicher sollten also unbedingt schlank sein (Höhe zu Durchmesser mindestens 3:1). Zudem sollten die Volumenströme möglichst niedrig gehalten werden, was in der Praxis oft nicht eingehalten wird (insbesondere bei Altbauten).
  • Der Kessel darf nur den oberen Teil des Speichers erwärmen. Der Einschaltfühler für den Kessel sitzt wie üblich etwas unterhalb des Speicherdeckels, der Ausschaltfühler muss etwa in der Höhe des Auslaufs zum Kessel hin (untere Begrenzung des Bereitschaftsvolumens) platziert werden, keinesfalls jedoch im Speicher unten.
  • Um ein zu starkes Verkalken des Entladewärmetauschers zu vermeiden, wird eine Rücklaufbeimischung auf der Pufferspeicherseite installiert, die die Temperatur im WT begrenzt. Der zugehörige Temperaturfühler kann am WT-Ausgang auf der Trinkwasserseite oder auch im Einlauf der Pufferseite montiert werden. Eine Montage auf der Pufferseite führt dort zu klar definierten Maximaltemperaturen, aber zu nicht eindeutigen Warmwassertemperaturen. Bei der von uns empfohlenen Montage auf der Trinkwasserseite wird direkt auf die gewünschte Warmwassertemperatur geregelt.
  • Das System bietet nur geringe Vorteile gegenüber dem mit monovalentem solaren Vorwärmspeicher. Es birgt aber ein erhebliches Gefahrenpotenzial für eine Effizienzverminderung des Solarsystems. Wir empfehlen diese Systemvariante deshalb nur eingeschränkt. Eigene Erfahrungen mit diesem System liegen der ZfS nicht vor.

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