Wie kann ich solare Überschusswärme, gespeichert in einen Saisonspeicher, wieder dem Heizsystem zu führen?

Question

Hallo zur großen regenerativen Ernergiegemeinde,

Ich habe im Mehrfamilienhaus einen Brennwertkessel, einen 900 L Pufferspeicher, eine 22 qm Flachkollektoranlage und einen 14.000 Liter Saisonspeicher in Betieb. Den Saisonspeicher habe ich nun erstmals seit Juni zugeschaltet und die Steuerung schaltet immer in den Saisonspeicher um, wenn der Pufferspeicher voll ist oder die Temperaturen, die aus den Kollektoren kommen noch nicht oder nicht mehr ausreichen um den Pufferspeicher weiter zu erwärmen. Dann geht alles in den Saisonspeicher. Meine Solaranlage lief in den letzten Wochen von morgens 8.30 Uhr bis abends 20 bis 20.30 Uhr.

Bis hier her alles schön und gut.

Ich hatte mir gedacht, die Wärme aus den Saisonspeicher dann mittels Wärmepumpe in den Pufferspeicher "zu heben". Die Wärmepumpe sollte dann ca. 38° in den Pufferspeicher liefern, so dass die im Heizsystem (Fußbodenheizung) integrierte Rücklaufanhebung des Heizungsrücklaufes durch den Pufferspeicher ausreichend ist, dass beim anschließenden Durchfluss durch den Brennwertkessel dieser gar nicht mehr einschalten muss.

Ich bräuchte nach den Berechnungen ca. 14 kW Heizungsleistung.

Leider sind die Wärmepumpen alle ziemlich teuer. Hätte jemand vieleicht noch eine andere Idee, wie ich die Wärme aus den Saisonspeicher in den Pufferspeicher bekomme.
Dabei rede ich von einen Temperaturniveau von ca. 20° bis 55°, da der Saisonspeicher auch eine Schichtung durch ein Kammersystem hat.

Ich hatte an eine Wärmepumpe gedacht, weil ich dadruch mit den niedrigen Rücklauftemperaturen aus der Wärmepumpe ein niedriges Temperaturniveau nach oben in die Kollektoren schicken und damit noch mehr Ertrag erwirtschaften kann.

Jetzt bin ich über Gas-Absorptions-Wärmepumen gestolpert. Wäre möglicherweise auch eine Möglichkeit, nur dabei erhöht der Anteil der eingesetzten regenerativen Ernergie die Gesamtenergie eben nur um höchsten 50 %.  Theoretisch würde das eine COP von 0,5 entsprechen, während bei herkömmlichen Wärmepumpen bei dieser Konfiguration ein COP von 3,5 bis 4,0 zu erreichen wäre.

Über Idee und Gedanken dazu würde ich mich freuen.

Beste Grüße hinaus in´s Land

Uwe

Answer 1

Hallo Uwe,

zuerst mal ein großes Lob, dass Du die überschüssige Solarwärme der vergangenen Wochen nicht mit materialzermürbendem Stillstandsbetrieb im Kollektor gelassen, sondern in einen "Saisonspeicher" gefahren hast. Nun könnte man erstmal einige Details zu diesem abfragen: Ist es ein druckloser Speicher? Was für ein Wärmetauscher zur Be- und Entladung? Welche Entfernung ist zwischen dem Puffer der Heizzentrale und dem Saisonspeicher?

Ganz allgemein kommt die Wärme aus dem Saisonspeicher aber immer durch einen Pumpenkreis in das Heizsystem zurück. Solange der Saisonspeicher heißer ist als der Puffer in der Mitte würde ich den Rücklauf aus dem unteren Drittel des Puffers zum Saisonspeicher laufen lassen und dessen Vorlauf im oberen Drittel des Puffers einspeisen. Später, wenn der Saisonpuffer schon Temperatur verloren hat, läuft dieser Kreis "eine Etage tiefer" und schafft zumindest eine Vorwärmung im Puffer der Zentrale.

Eine weitergehende Unterkühlung des Saisonspeichers per Wärmepumpe ist erst ab diesem Punkt sinnvoll. In der entsprechenden Jahreszeit ist PV-Strom für den Betrieb von Elektro-Wärmepumpen knapp, also ist es besser, die Gas-Wärmepumpe einzusetzen, die das Stromnetz nicht belastet. Die COP-Werte beider Wärmepumpen lassen sich nicht direkt miteinander vergleichen, weil sich eben die Antriebsenergien Strom und Gas voneinander unterscheiden, auch von ihren Kilowattstundenpreisen her.

Vor dem Einsatz einer Wärmepumpe sollte man aber eher darauf achten, die Rückläufe aus Heizung und Trinkwassererwärmung auf niedrigste Temperaturen zu trimmen. Wenn es z. B. in der Anlage ein T-Stück gibt, in dem Kaltwasser und Trinkwasserzirkulation zusammenlaufen, wäre das schon der erste Ansatzpunkt einer "Exergieoptimierung", bei der die Trinkwassererwärmung des Kaltwassers und Wiedererwärmung des Zirkulationsrücklaufs voneinander getrennt laufen. Siehe auch http://www.ahornsolar.de/kaskade.php

Gruß  Axel

Comments

Hallo Axel,
Danke für Deine Antwort. Also noch zur Ergänzung. Der Saisonspeicher ist ein druckloser Speicher unterteilt in 5 Kammern, die thermisch getrennt aber hydraulich miteinander verbunden sind. Der Speicher ist ein Betonspeicher und ist allseitig mit 20 cm 0,35-er Dämmung gedämmt. Wenn ich es richtig in Erinnerung habe verliere ich 7W/m2/ Delta T. Wenn die Regelung (UVR1611) diesen Speicher zuschaltet, stellt ein 3 Wegeventil den Solarkreis auf einen 30 kW Plattenwärmetauscher um.  Im Sekundärkreis für die Beladung des Speichers habe ich eine Hocheffizienzpumpe Grundfos Alpha 2 und die Steuerung entscheidet je nach Kammertemperatur in welche Kammer des Saisonspeichers die Wärem kommt. Bin jedoch nicht zufrieden, weil der Sekundärkreislauf nach Stillstandszeiten oder bei hohen Temperaturen im Wärmetauscher, egal welches Programm ich an der Pumpe einstelle, oft auf ein Förderminiumum von unter 100 Liter/h absackt. Dann muß ich immer mal mit einer parallel händisch zuschaltbaren Impellerpumpe die Grundfos wieder auf Umdrehungen birngen und dann geht es wieder eine Weile.

Das der Saisonspeicher heißer wird/ist wie der Puffer wird höchst selten der Fall sein und wenn, dann ist dieser Überschuss ja schon nach 4-5 Tagen aufgebraucht. Also darauf will ich die Anlage nicht abstellen. Bei einen Delta T von 50° fasst das Teil ja nur ca. 740 kW. Bei vollen Energieabruf der Heizung (14 kW) wären die 50° ja schon nach ca. 52 Stunden weg. Nein hauptsächlich ging es mir darum, solare Wärme in der Übergangszeit und im unteren Temperaturniveau vom Dach zu holen. Dazu braucht man aber eben einen niedrigen Vorlauf in die Kollektoranlage.

An die Kilowattstundenpreise von Gas und Strom hatte ich noch gar nicht gedacht. Die kWh Gas kostet 7 Cent und die kWh Strom ca. 24 Cent. Ich könnte also 3,5x soviel kWh Gas verbrauchen, dann wären die Kosten gleich. Würde bedeuten, dass im Verhältnis zu den Kosten der COP auf (o,5 x 3,5) 1,75 steigt. Damit liegen aber Stromwärmepumpen immer noch einiges günstiger, selbst wenn man noch 50% Stromgewinnungsverluste abzieht. Oder sehe ich das falsch.

Der Rücklauf der Heizung ist durch die Fußbodenheizung schon ziemlich niedrig. Der Vorlauf wird aber eben Außentemperatur betimmt, da es sich um ein Mehrfamilienhaus handelt.
Die Zirkulation für die Trinkwasserleitung bringt kein kaltes Wasser mit rein. Habe ein Puffer in Puffer-System.  Heißwasserspeicher ist abgeschlossen im Heizungswärmespeicher drin. Die Zirkulationspume zieht heiß und speist mittig in den Heißwasserspeicher wieder ein. Kaltwasser wird im unteren Punkt bei Verbrauch zugeführt. Da ist nicht´s mehr zu optimieren.

Ich muss nur entscheiden, ob ich die Wärme aus dem Saisonspeicher über die Wärmepumpe anhebe und direkt in den Pufferspeicher abgebe oder über Wärmetauscher und über dessen andere Seite in den Puffer schicke. Dies würde jedoch 2 Pumpen benötigen.  Allerdings könnte ich dann über ein 3Wegeventil in diese Pufferleitung auch den Rücklauf von der Heizung noch über den gleichen Wärmetauscher laufen lassen und diesen direkt anheben. Aber ich glaube das wird irgendwie alles zu kompliziert und bedarf dann auch noch einer weiteren Steuereinheit um das alles zu regeln.
Noch dazu, wo ich erst nur so ungefähr hochrechnen kann, wass ich solar einbringen könnte, weil gerade im vergangenen Monat der Heizungsbuer mir ein Kollektorfeld lahm gelegt hat und ich nur mit einen arbeiten konnte. Er hat mir einen Wärmemengenzähler und ein 3-Wegeventil in den Solarkreislauf gebaut um den Saisonspeicher zu beladen  und dabei die Kollektorfelder nur abgesperrt und bei voller Sonneneinstrahlung über Mittag unter Druck gelassen ohne Verbindung zum Ausgleichsgefäß. Das haben 2 Flachkollektoren nicht ausgehalten und sind geplatzt.
Und jetzt nach Erneuerung der Kollektoren haut die Hydraulik im Solarkreis auch nicht richtig hin, denn es wird immer nur ein Feld richtig durchströmt und im anderen schießen bei der Wärme die Temperaturen nach oben. Obwohl jeweils 5 Flachkollektoren Tischelmann verrohrt sind und bei Vor- und Rücklaufleitungen bis zum T-Stück gleich lang sind (naja bis auf 10-15 cm). Mal haut das eine Feld  mit den Temperauturen ab, mal das andere. Habe schon mal versucht, den durchlauf durch ein Feld mit den Absperrventil zu drosseln um das andere zwangsweise zu durchströmen, aber das funktioniert nur eine Weile, dann übeschneidet es sich irgendwann und das gedrosselt Feld schießt ab.
Werde wohl beide Felder jetzt noch in Reihe verbinden lassen, um wenigstens dieses Problem los zu werden.

Trotzdem bin ich eigentlich in meiner Entscheidungsfindung, wie ich nun am Besten die Wärme in mein Heizsystem bringe, noch kein Stück weiter.

Gruß Uwe

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Hallo Uwe,

natürlich kannst Du den großen Betonspeicher mit einer Wärmepumpe unterkühlen und dabei neben dem verbesserten Kollektorwirkungsgrad vielleicht sogar Wärmegewinne durch negative Temperaturdifferenz zur Umgebung nutzen. Aber aufgepasst: der Kollektorkreis ist nicht für den Betrieb als Kältekreis gerüstet, unbedingt Mindesttemperaturen beachten, damit kein Kondensat entsteht!

Es wäre interessant, was die maximale Soletemperatur einer gasbetriebenen Wärmepumpe ist und wie sehr sich hier die Leistungszahl verbessert. Ich gehe mal davon aus, dass aus 1 kWh Gas 1,8 kWh Wärme zu machen sind. Das ist dann knappe 4 Ct pro kWh Wärme aus den Brennstoffkosten (ohne Abschreibung der Investition). Bei Strom sind wohl COP 5-6 zu schaffen, also auch 4 Ct/kWh. Die Gasnetze sind aber robuster, was Speicherung und Verbrauchsspitzen im Winter betrifft. Das dürfte sich bald auch in der weiteren Preisentwicklung bemerkbar machen.

Was das Malheur mit den geplatzten Kollektoren betrifft: sind wirklich baugleiche neue Kollektoren eingesetzt worden? Bei insgesamt nur gut 20 Kollektoren gehe ich davon aus, dass man am besten das erste mit dem zweiten Feld seriell verbindet, dann ist Schluss mit der Fehlverteilung durch eingeschlossene Luft. Der Hersteller der Kollektoren sollte eine entsprechende Druckverlustberechnung für den Solarkreis liefern können.

Viel Erfolg, und gib Bescheid, wie sich die Sache weiterentwickelt!  

Axel

Answer 2

Hallo Anonym,

ich habe ernsthafte Bedenken, ob die von Ihnen gewünschte Funktion so möglich ist. Bei allen Wärmepumpenherstellern, von denen ich Datenblätter habe liegt die maximale Sole-Temperaur ( bei Ihnen der Saisonspeicher als Wärmequelle ) bei 20°C bzw. 25°C. Somit könnte bei Ihnen aus dem Saisonspeicher mit maximal 25°C entnommen werden. Wenn Sie allerdings z.B. mit einer Dimplex SI 8 TU mit einem vorgeschalteten Mischer auf 25°C fahren haben Sie laut Datenblatt eine Heizleistung von 13kW bis 15kW, je nach Voraluftemperatur. So würden Sie auf eine Arbeitszahl von zwischen 5 und 6 kommen, was grundsätzlich phantastisch wäre. Das ist aber auf jeden Fall keine Standard-Lösung sondern eher eine Spezialanwendung. Dazu würde ich auf jeden Fall über einen Fachhandwerker die Freigabe zur geplanten Installation vom WP-Hersteller einholen. Das Planungshandbuch mit den Geräteinformationen von Dimplex finden Sie hier:

http://www.dimplex.de/downloads/planungs-handbuecher/waermepumpe/geraeteinformationen-waermepumpe.html

Sie müssen jedoch alleine für die Wärmepumpe mit ca. 5.500,- bis 6.000,- € rechnen.

Vielleicht kennt einer der anderen Experten hier eine Sole-/Wasser-Wärmepumpe, die mit höheren Sole-Temperaturen klar kommt.