Entwicklung eines Konzepts zur temperaturoptimierten Wärmebedarfsdeckung in Sonnenhäusern

Schema des neuen Solaraktivhauskonzepts

Prinzipskizze als Übersicht der verknüpften Wärmequellen und -senken des neuen Solaraktivhauskonzepts (die Linien entsprechen Energieströmen)

Experimentalgebäude SH-Topt

Experimentalgebäude kurz nach Fertigstellung im Januar 2015

Heizzentrale Experimentalgebäude SH-Topt

Heizzentrale des Experimentalgebäudes mit Mess-PC kurz nach Inbetriebnahme

Der innovative Massivhaushersteller HELMA Eigenheimbau AG entwickelt in enger Zusammenarbeit mit dem Institut für Solarenergieforschung Hameln (ISFH) ein neues Wärmeversorgungskonzept für Sonnenhäuser, die einen solaren Deckungsanteil von mehr als 50% aufweisen. Zurzeit werden Sonnenhäuser in der Regel mit einem zentralen Pufferspeicher (Volumen bei Einfamilienhäusern zwischen 5 und 10 m³) realisiert. Die Solaranlage speist in diesen Speicher ein, so dass ein Teil der in den Sommermonaten gewonnenen solaren Wärme innerhalb der Heizperiode genutzt werden kann. Der Speicher ist innerhalb des Hauses in der Heizzone angeordnet, so dass die Wärmeverluste des Speichers in der Heizperiode passiv genutzt werden können.

Mit dem in diesem Projekt untersuchten Systemkonzept steht nicht mehr der Pufferspeicher allein im Zentrum der Anlage. Es wird stattdessen eine temperaturoptimierte Aufteilung der Solarenergiegewinne auf unterschiedliche Senken durchgeführt. Folgendes sind die Hauptmerkmale des neuen Systems:

  • Deutlich kleinerer Pufferspeicher,
  • dafür Aktivierung von Betonbauteilen in Bodenplatte und Zwischendecke, die direkt über den Solarkreis aufgeladen werden. Durch die geringere Betriebstemperatur des Kollektors werden somit deutlich höhere winterliche Solarerträge erwartet.
  • Sommerliche Restwärmenutzung über Aufladen oder Regeneration eines Erdspeichers zur winterlichen Entladung per Wärmepumpe, daher kann auf die sonst übliche Holzverbrennung verzichtet werden.
  • Optional: Deckung des vollständigen Jahresstrombedarfs der Wärmepumpe über eine PV-Anlage, ggf. auch Deckung des Haushaltsstrombedarfs.

Mit diesem Ansatz sollen die heute üblichen sonnenhausspezifischen Mehrkosten auf der Seite der Anlagentechnik bei einem mindestens gleich hohen solaren Deckungsanteil um etwa 25% reduziert werden.

In der ersten Projektphase wurde das Konzept konkretisiert und in einen umsetzungsreifen Planungszustand überführt. Mithilfe von System- und Komponentensimulationen ist die Dimensionierung der wesentlichen Bestandteile, wie z.B. der Bauteilaktivierung, sowie die Entwicklung von geeigneten Regelungsstrategien des Heizsystems, zusammen mit dem Projektpartner RESOL – Elektronische Regelung GmbH, vorgenommen worden. Kern der Regelung ist eine bedarfsorientierte Verteilung der vom Kollektor bereiteten Solarwärme mithilfe einer senkentemperaturabhängigen Leistungsbewertung des aktuellen Kollektorertrags.

Auf Grundlage positiver Simulationsergebnisse und einer wirtschaftlichen Bewertung ist entschieden worden, das Konzept in der zweiten Projektphase in Form eines Experimentalhauses zu verwirklichen. Nach Fertigstellung des Hauses im Januar 2015 wird es in mehreren Messperioden analysiert und auf Praxistauglichkeit und Robustheit geprüft. Begleitend werden weitergehende Simulationen durchgeführt, um das Konzept zu optimieren und technische Varianten zu entwickeln und zu erproben. Der Mess- und Auswertezeitraum erstreckt sich bis Mitte 2017, das Projekt endet am 30.09.2017.


Downloads
Am 13. und 14. September fand in Kooperation mit den Kollegen der TU Freiberg ein Workshop unter der Überschrift „Energieeffiziente Niedrigenergiegebäude“ statt. Dort wurden die wesentlichen Ergebnisse der Forschungsprojekte der Öffentlichkeit präsentiert. Die Präsentationsfolien des ISFH können hier heruntergeladen werden.

Das Forschungsvorhaben wurde im September 2017 abgeschlossen. Nachfolgend können die Projektberichte heruntergeladen werden.

J. Steinweg; J. Glembin: Betrieb und messtechnische Bewertung eines neuartigen Sonnenhauskonzepts mit temperaturoptimierter Nutzung von Sonnenwärme anhand eines Experimentalgebäudes. Abschlussbericht zum Forschungsvorhaben, Dezember 2017

J. Glembin; J. Steinweg; G. Rockendorf; N. Rudolph; J.Rust: Entwicklung eines Konzepts zur temperaturoptimierten Wärmebedarfsdeckung in Solaraktivhäusern. Abschlussbericht zum Verbundvorhaben, August 2015


Projektpartner

HELMA Eigenheimbau AG, Lehrte, Deutschland HELMA Eigenheimbau AG, Lehrte, Deutschland
RESOL – Elektronische Regelungen GmbH, Hattingen, Deutschland RESOL – Elektronische Regelungen GmbH, Hattingen, Deutschland

Laufzeit
01.11.2011 – 30.09.2017


Förderung

Die zugrundeliegenden Vorhaben SH-T-Opt bzw. SH-T-Opt Exp werden mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie unter dem Förderkennzeichen 0325559 bzw. 0325981A gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autoren.

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