varmeco GmbH als Systemtechnikspezialist für das intelligente Wärmemanagement in kleinen bis mittelgroßen Heizsystemen zeigt am Beispiel einer Wohnanlage in Jena auf, wie mit den Kernkompetenzen Systemregelungstechnik und Frischwassertechnik hygienisch und energieeffizient saniert werden kann.
Die Wohnanlage Felix-Auerbach-Straße 18-20 der Wohnungsgenossenschaft „Carl Zeiss“ eG in Jena ist ein elfgeschossiger Plattenbau mit 89 Wohneinheiten. Die beheizte Gebäudefläche beträgt etwa 4600 m². Im Zuge der Gesamtsanierung, gefördert durch die KFW, wurden die Gebäudehülle und die Heizungstechnik erneuert. Letztere steht hier im Fokus.
Die Rautal Gebäudemanagement GmbH Jena als Betreiber und Tochtergesellschaft der „Carl Zeiss“ eG hatte zwei klare Vorgaben für die Sanierungsplanung der Heizungstechnik: Spürbare Senkung der Energiekosten für einen auch zukünftig wirtschaftlichen Betrieb sowie hygienisch einwandfreie Trinkwarmwasserbereitung entsprechend den neuesten Vorgaben der Trinkwasserverordnung.
Beide Ziele wurden mit einer besonderen Kombination aus heizungsunterstützender Solarthermie mit Frischwassertechnik erreicht. Neben (genauer gesagt: vor) der eigentlichen Frischwassererwärmung gibt es eine Frischwasservorwärmung. Also eine Vorwärmstufe im Durchflussprinzip. Diese Vorwärmstufe wird ausschließlich solar versorgt und ist somit Garant für hohe Erträge. Während klassische mit Trinkwasser gefüllte Vorwärmstufen aus hygienischen Gründen meist energiekontraproduktiven Betrieb verlangen z. B. empfiehlt die Richtlinie W551 des DVGW tägliches Durchwärmen auf 60°C sind bei der Frischwasservorwärmung keinerlei Maßnahmen angesagt. Optional ist sie hier anlagen- und regelungstechnisch in die thermische Desinfektion eingebunden.
Die Technik im Detail
Auf dem Flachdach des Gebäudes sind 36 Stück Vakuumröhrenkollektoren VARIOtube montiert. Liegend und ohne nennenswerten Anstellwinkel, um Optik, Windlasten und Eigenverschattung zu optimieren. Dafür wurden die einzelnen Absorberstreifen schon im Werk in die spätere Sonnenrichtung gedreht. Insgesamt ist somit eine Bruttofläche von 108 m² verbaut, was einer Aperturfläche von 73 m² entspricht. Die Kollektoren arbeiten auf einer 2-Kreis-Solarstation, die zunächst den Vorwärmspeicher bedient. Ist dieser erwärmt, werden die 4 Kombipuffer und, falls Raumwärmebedarf vorhanden, die Heizgruppe beschickt. Aus dem Vorwärmspeicher (Leitwerkschichtspeicher) mit 1750 Litern wird der Frischwasservorwärmer versorgt, der als Zweierkaskade mit Geräten vom Typ VARIO fresh-nova 60 ausgeführt ist. Diese Vorwärmstufe erwärmt das kalte Trinkwasser ohne nenneswerte Verweilzeit von etwa 10°C auf typischerweise 25 bis 30°C. Die 4 Kombipuffer (Leitwerkschichtspeicher) a 1750 Liter mit einem Gesamtvolumen von 7000 Litern versorgen den Frischwassererwärmer und die Raumheizung, sprich Heizgruppe. Sind die Speichertemperaturen nicht ausreichend, wird über die Fernwärmeübergabestation nachgeheizt. Der Frischwassererwärmer hat eine Nennschüttleistung von 100 l/min und ist als Zweierkaskade mit Modulen vom Typ FWE 50 ausgeführt. Dies war Ergebnis der Auslegungsrechnung mit dem Wärmeschaubildverfahren FALTINtool, untermauert durch mehrjährige Verbrauchsmesswerte. Mit dem FALTINtool lassen sich weiter die Frischwassererwärmerleistung, das Puffervolumen und die Nachladeleistung schnell und zuverlässig aufeinander abstimmen.
Weil aber die Warmwasser-Lastspitzen stark vom Bewohnerverhalten abhängen, muss die Anlage bei aktuell kleinstmöglicher Ausführung auch einer zukünftig größeren Warmwasserlast gewachsen sein. Die Frischwassertechnik ist, wenn sie kaskadiert eingesetzt wird, einfach skalierbar. Ein weiteres Gerät parallelgeschaltet ergänzt die Zweierkaskade zur Dreierkaskade und ergibt folglich eine Leistungssteigerung um 50 %. Diese Möglichkeit wurde vorbereitet und ist im Hydraulikschema angedeutet mit dem optionalen Kaskadengerät K3.
Geregelt wird die Gesamtanlage über Hard- und Software der varmeco GmbH, Produktname SYSTEM 018. Nur die Frischwasservorwärmung arbeitet autark. Die Regelung des SYSTEM 018 umfasst damit im Wesentlichen die 2-Kreis-Solaranlage, die Frischwassererwärmerkaskade, das Speichermanagement mit Umschaltung der Solarwärme auf Vorwärm- oder Kombispeicher, die außentemperaturgeführte Heizgruppe und die Nahwärmeeinspeisung. Per MODBUS-Protokoll erfolgt der Datenaustausch zur übergeordneten Gebäudeleittechnik.
Beeindruckender Solarertrag
Seit 30.06.2011 liegen Messwerte für verschiedene Energiepfade vor. Für den Zeitraum bis 25.05.2012, das sind 329 Tage, lässt sich ausweisen: Das Kollektorfeld erntete 39,7 MWh, die Fernwärme speiste 365,6 MWh nach, die rein solar versorgte Vorwärmstufe verbrauchte 4,5 MWh, die Frischwassererwärmung benötigte 39,4 MWh.
Rechnet man einfach linear auf 365 Tage hoch, so ergibt sich ein spezifischer Kollektorertrag (Aperturbezug) von beeindruckenden 607 kWh/(m² a).
Fazit
Die Frischwassertechnik hat sich nicht nur im Bereich der Einfamilienhäuser etabliert. Gerade im Objektbereich ermöglicht sie, Hygieneanforderungen von energieintensiven Maßnahmen zu entkoppeln. Denn die Energiespeicherung wird dem hygienerelevanten Trinkwasserbereich entzogen, auf die Heizungsseite verlagert und kann so bei beliebigen Temperaturen erfolgen.
Dadurch sind Anlagensysteme möglich, die einerseits die Vorgaben der Trinkwasserverordnung leicht erfüllen und andererseits bei neuer planerischer Freiheit durch hohen Solarertrag beeindrucken.
Projektdaten
Projekt: Sanierung der Wohnanlage Felix-Auerbach-Straße 18-20, 07747 Jena
Betreiber: Rautal GEBÄUDEMANAGEMENT GmbH Jena
Realisierungszeitraum: 2010/2011
TGA-Fachplanung: Ingenieurbüro Schäfer, 07407 Rudolstadt
Wichtigste Ziele: Senkung der Betriebskosten, hygienisch einwandfreie Trinkwarmwasserbereitung
Eingesetzte TGA-Systeme: Röhrenkollektoren, Frischwassertechnik mit Durchflussvorwärmstufe, Systemregelung
Leistungen und Lieferanten: Technische Beratung bei Planung, Dimensionierung und Produktwahl: varmeco GmbH & Co. KG
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