Auslegung von Trinkwasserspeichern
Die Spitzenwerte des Warmwasserverbrauchs liegen in den Morgen und Abendstunden, wenn die Sonne noch nicht oder nicht mehr scheint. Auf der anderen Seite wechseln sich bewölkte Tage mit Tagen hoher Sonneneinstrahlung
ab. Den kurzzeitigen Ausgleich zwischen Wärmeangebot des Kollektors und Warmwasserbedarf übernimmt der Solarspeicher.
Für ein Optimum an Komfort und Energieeffizienz werden Speicher eingesetzt, die ein deutlich größeres Speichervolumen aufweisen als bei konventionellen Heizungssystemen üblich. Die Versorgungssicherheit wird durch die Nachheizung sichergestellt, die bei Bedarf den oberen Speicherbereich auf Solltemperatur nacherhitzt. Für die effektive Nutzung der Solarenergie steht der untere Speicherbereich bei möglichst niedrigem Temperaturniveau zur Verfügung.
Wird aus dem Speicher warmes Wasser entnommen, fließt automatisch kaltes Trinkwasser in den unteren Speicherbereich nach. Eine ausgeprägte Temperaturschichtung entsteht.
Hinweis:
Den Speicher nicht zu groß dimensionieren. Die Auslegung der Solaranlage auf rund 60 % Deckung impliziert eine nahezu 100 %ige Deckung des Warmwasserbedarfs im Sommer, sodass die Nachheizung über weite Strecken ausgeschaltet bleiben kann. Ist der Speicher im Verhältnis zur Kollektorfläche zu groß bemessen wird an vielen Tagen nur ein unzureichendes Temperaturniveau erreicht. Der Deckungsbeitrag der Solaranlage sinkt, der Heizkessel muss auch im Sommer
öfters nachheizen, der Kunde ist unzufrieden. Daher sind Trinkwasserspeicher mit mehr als 100 l / m²kol nicht sinnvoll.
Solarspeicher für Ein- und Zweifamilienhäuser:
Als Speichervolumen wird der 1,5-bis 2-fache Tagesbedarf an Warmwasser angesetzt. Mindestens sollten 50 l Solarspeicher pro m² Kollektorfläche vorgehalten werden.
Beispiel:
Gesucht: Warmwasserbedarf für 6 Personen in einem Zweifamilienhaus mit durchschnittlichem Bedarf
Warmwasserbedarf = 6 • 40l / d = 240 l / d bei 45 °C.
mit 240 l • 1,5 = 360 l; 240 l • 2,0 = 480 l folgt Auswahl des Solarspeichers 400 Liter, bei erhöhtem Bedarf 500 Liter.
Interne Wärmetauscher
Die Wärmetauscherfläche im Solarspeicher sollte so dimensioniert sein, dass pro m² Nettokollektorfläche mindestens 0,3 – 0,4 m² Rippenrohrtauscherfläche oder 0,2 m² Glattrohrtauscherfläche zur Verfügung stehen.
Einfluss der Speichernachheizung auf die Auslegung
Um der Solaranlage größtmöglichen Vorrang zu gewähren, ist aus energetischer Sicht die Kombination mit einer zeitlich geregelten Nachheizung optimal. In der Praxis bedeutet dies, dass die Nachheizung erst kurz vor dem Zeitpunkt der Trinkwarmwasserzapfung, beispielsweise erst am späten Nachmittag, aktiviert wird. Damit sind drei für einen hohen Solarertrag und den Trinkwarmwasserkomfort gleichermaßen wichtige Voraussetzungen erfüllt:
- Tagsüber kann der Speicher weitestgehend solar beladen werden.
- Die abendlichen Warmwasserzapfungen erfolgen ohne Komfortverlust.
- Bis zum nächsten Vormittag wird die konventionelle Energie „weggeduscht“, der Solaranlage steht wieder möglichst kaltes Speicherwasser zur Verfügung.
Trinkwasserspeicher für Großanlagen
Größere Solarsysteme werden auf kleinere solare Deckungsgrade ausgelegt. Sie erzielen in den Sommermonaten entsprechend weniger Überschüsse das Zapfprofil ist gleichmäßiger und die Nachheizung auch im Sommer eingeschaltet. Sie benötigen daher auch aus wirtschaftlich optimierter Sicht nur kleinere spezifische Speichervolumen. Für Kleinanlagen liegt die Auslastung (Verhältnis Warmwasserbedarf zu Kollektorfläche) meist bei 30 – 40 l / m²kol, bei großen Solaranlagen z. B. im mehrgeschossigen Wohnungsbau wird eine Auslastung von rund 70 l / m²kol angestrebt. Das eingesetzte Speichervolumen sollte bei ca. 30 – 50 l / m²kol liegen. Wegen der Einhaltung der DVGW-Richtlinien
wird das Speichervolumen häufig in Pufferspeichern vorgehalten. Für mittelgroße Solaranlagen bis neun Wohneinheiten, für Sportstätten etc. kann bei entsprechendem Zapfprofil eine Trinkwasserstation in Kombination mit einem Pufferspeicher eingesetzt werden (auch kaskadiert für größere Systeme möglich). In Großanlagen erfolgt die Wärmeübergabe aus dem Pufferspeicherkreis an den oder die Trinkwasserspeicher in der Regel über externe Wärmetauscher.
Das für die Solaranlage benötigte spezifische Speichervolumen wird auf Pufferspeicher und Trinkwasserspeicher (Vorwärmstufe, nicht den Bereitschaftsteil) aufgeteilt.
Einbau eines Thermostatmischers
In Solaranlagen können im Trinkwasserbereich Temperaturen von über 60 °C auftreten. Dem Schutz des Nutzers vor Verbrühung kommt hier besondere Bedeutung zu. Der Einbau eines Thermostatmischers zur Temperaturbegrenzung
auf 60 °C ist deshalb Pflicht. Eine solarseitige Begrenzung der Speichertemperatur auf 60 °C ist im Sinne eines hohen Solarertrages ausdrücklich nicht zu empfehlen. Achtung: Werden Thermostatmischer in Trinkwasserleitungen
mit Zirkulation installiert, ist auf die hydraulische Verbindung des Zirkulationsrücklaufs mit dem Kaltwasserzulauf des Thermostatmischers zu achten. Anderenfalls kommt es beim üblichen Betrieb der Zirkulation ohne gleichzeitige
Zapfung zu einem „Überrennen“ des Mischers. Dabei will der Mischer kaltes Trinkwasser zumischen, bekommt aber ohne Zapfung keinen Zulauf. Erreicht in einem solchen Fall Wasser mit z. B. 90 °C den Mischer, passiert es diesen, ohne abgekühlt zu werden. Wird hingegen der Zirkulationsrücklauf eingebunden, kommt es zu einem Bypass im Zirkulationssystem, bis die Trinkwassertemperatur wieder den eingestellten Wert von z. B. 60 °C erreicht hat.
