Beim Neubau des Einfamilienhauses mit 210 m² Wohnfläche wurde eine Solar-Hybrid-Wärmepumpenanlage „Solargeo“ eingesetzt, die u.a. aus sechs Solarkollektoren, der Sole/Wasser-Wärmepumpe TerraCompact 10 kW und der im Erdreich eingebrachten Solargeo-Registerstation mit acht Registern bestand. Hierbei stellt die Station, mit ihren horizontal angebrachten Kunststoffrohren, die Speicher- und Entzugselemente dar.
Die Installation der Gesamtanlage erfolgt in drei Schritten
Die Solarenergie wird zunächst direkt für die Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung eingesetzt. Überschüssige Energie wird in die Solargeo-Registerstation geleitet. Diese wird sowohl zur Erhöhung des nutzbaren Energiepotenzials der Wärmepumpe als auch zur Regeneration des Erdreichs verwendet. Vorrang hat die Versorgung der Wärmepumpe.
Geregelt wird die Solar-Hybrid-Wärmepumpe mit dem intelligenten Regelsystem Roth Energielogik-Modul Solargeo, womit sich bis zu 15 % zusätzliche Energie einsparen lassen.
Die Installation der Gesamtanlage erfolgt im Prinzip in drei Schritten:
1. Montage der Erdregister und Verteilerschacht im Erdreich.
2. Montage der Solaranlage am Dach.
3. Montage der Wärmepumpe und Speicher und deren Anbindung im Keller.
Schritt 1 und 2 können in der Reihenfolge auch vertauscht werden.
Die Solargeo-Registeranlage beansprucht eine Erdfläche von rund 90 m². Jeder der acht Gräben ist 2 m tief, 5 m lang und 0,8 m breit, mit einem Zwischenraum von 1,2 m. Zusätzlich ist ein Anbindegraben zum Verteilerschacht nötig. Jedes Erdregister erbringt eine Leistung von rund 1000 W.
Die Register werden im gerollten Zustand angeliefert
Der Installateur bringt die vorgefertigten Register in die Gräben ein und schließt diese an einen Verteiler im Solargeo-Schacht an. Darüber hinaus verlegt er eine Verbindungsleitung vom Verteiler (im Schacht) bis zur Wärmepumpe (im Heizungsraum).
Die Register werden im gerollten Zustand auf einer Palette angeliefert. Der Installateur muss nur die Register aufrollen, in eine U-Form stellen und mit den beiliegenden fertigen Klippschienen auf die fertige Breite von 0,8 m verbinden.
Alle Register werden in einem Verteiler, der sich im Schacht befindet, zusammengeführt. Vom Schacht werden nur zwei Leitungen (Vor- und Rücklauf) ins Haus zur Wärmepumpe geführt. Die Mauerdurchführung muss bauseits diffusionsdicht ausgeführt werden.
Bereits im Werk erfolgt eine Dichtheitsprüfung von jedem einzelnen Register. Auf der Baustelle soll nach dem Anschluss aller Register an den Verteiler noch eine weitere Dichtheitsprüfung mit 3 bar stattfinden.
Daniel Kern, Geschäftsführer des ausführenden Fachbetriebes Haustechnik Kern aus Eichenberg, erläuterte: „Die Installation des Gesamtsystems dauerte rund zwei Wochen und funktionierte reibungslos. Mit Roth haben wir einen kompetenten Partner gefunden – von der Projektierung, über die Lieferung bis hin zur Inbetriebnahme des Gesamtsystems. Zudem wird das System den umweltrelevanten Anforderungen des Bauherrenpaares gerecht.“
Die vorhandene solare Energie wird in jedem Fall genutzt
Die Quellentemperatur im Jahresverlauf wird im Wesentlichen vom jährlichen Entzug über die Wärmepumpe und die mögliche solare Einspeisung beeinflusst. Sowohl der Entzug, als auch die solare Einspeisung sind abhängig von den meteorologischen Bedingungen im Jahresverlauf. Die Anlage ist dabei so dimensioniert, dass die Quellentemperatur, auch im Extremfall, sich in einem Bereich über 0 °C bewegt.
Die Größe der Solaranlage richtet sich nach der Leistungsgröße der Wärmepumpenanlage, der dadurch resultierenden notwendigen Energie zur Regeneration des Erdreiches und nach der Personenzahl im Haushalt.
Im Solar-Kombi-Schichtenspeicher mit 800 bzw. 1000 l befinden sich zwei Solarwärmetauscher – in der oberen (Warmwasserbereich) und in der unteren Hälfte (Heizungsbereich). Bei solarem Ertrag der Anlage wird dieser, wenn das Temperaturniveau es zulässt, vorrangig in den WW-Bereich eingespeist. Ist dieser gesättigt bzw. fällt das solare Temperaturniveau unter z.B. 50 °C, wird der Ertrag in den Heizungsbereich geleitet.
Ist schließlich auch dieser gesättigt oder nur noch eine solare Temperatur unter Heizungsniveau vorhanden, wird der solare Ertrag entweder ins Erdreich oder direkt der Wärmepumpe – falls sie gerade aktiv ist – zugeführt und erhöht somit den COP-Wert. Befindet sich der Speicher vollständig auf dem geforderten Temperaturniveau, erfolgt die Einspeisung der solaren Energie in das Erdreich. Die vorhandene solare Energie wird also in jedem Fall genutzt.
Vor der Inbetriebnahme muss die Anlage absolut luftfrei sein
Die Größe des Solar-Kombi-Schichtenspeichers beträgt bei einer Solargeo-Anlage mit 6 kW 800 l und bei den 8-, 10- und 12-kW- Anlagen 1000 l. Der Speicher wurde im Einklang mit der Größe der Solaranlage und der Größe der Wärmepumpe dimensioniert.
Die Warmwasser-Bereitung erfolgt im Durchlaufprinzip über einen Edelstahlwärmetauscher im Solar-Kombi-Schichtenspeicher. Der WT hat einen Inhalt von 55 l, die Speicherleistungszahl NL bei dem Solar-Kombi-Schichten Speicher 800 ist 3,2 und beim Solar-Kombi-Schichten Speicher 1000 ist sie 4,0.
Vor der Inbetriebnahme des Gesamtsystems muss die Anlage vom Installateur gründlich gespült werden. Sie muss absolut luftfrei sein. Bei der Inbetriebnahme werden noch verschiedene Reglereinstellungen vorgenommen, alle Bauteile im Handbetrieb auf Funktion getestet und schließlich die Anlage aktiviert.
Der Kältekreis der Wärmepumpe bedarf keiner regelmäßigen, technisch bedingten Wartung. Die Komponenten des Heizkreises, der Wärmequelle und der Solaranlage (Ventile, Ausdehnungsgefäße, Umwälzpumpen, Filter, Schmutzfänger) sollten bei Bedarf, spätestens jedoch jährlich, durch den SHK-Fachhandwerker geprüft bzw. gereinigt werden.
System-Jahresarbeitszahl von 5,3 für das Solargeo
Dadurch dass die überschüssige solare Energie der Wärmepumpe zugeführt wird, erhöht sich die Nutzungszeit sowie die Entzugsleistung der Wärmepumpe und verbessert die Betriebsbedingungen durch Anhebung des Temperaturniveaus auf der Quellenseite. Daraus ergeben sich höhere System-Jahresarbeitszahlen und geringere Betriebskosten im Vergleich zu ohnehin effizienten Standard-Wärmepumpen. Prof. Dr. Wilfried Zörner von der FH Ingolstadt bestätigte für Solargeo die System-Jahresarbeitszahl von 5,3.
Hinweise: Eine wesentliche Einflussgröße bei der Betrachtung des Energieeinsparpotenziales ist das Nutzerverhalten und der daraus resultierende Energiebedarf. Ferner sind die witterungsabhängigen Bedingungen zu berücksichtigen.
Der zusätzliche Eintrag der Solarenergie in die Registerstation erhöht die Nutzung der Solaranlage um 25 % gegenüber Standard-Solaranlagen. Damit wird 25 % weniger elektrische Energie verbraucht gegenüber Standard-Wärmepumpen mit geothermischer Anbindung.
Bauherr und Installateur sind sehr zufrieden
Die Wirtschaftlichkeit des Solargeo-Systems bestätigte Prof. Dr. Stefan Dierkes, Philipps-Universität Marburg: Ein Vierpersonen-Haushalt spart gegenüber einer Gas-Brennwert-Heizung mit Solar rund 75 % der jährlichen Energiekosten. Die höheren Investitionskosten sind unter Berücksichtigung der staatlichen Förderung für Wärmepumpen und Solar innerhalb 8 bis 9 Jahren amortisiert.
Das Haus in Burgsinn ist in Holzständerbauweise mit Dämmung nach dem Standard KFW 40 gebaut. Das Gebäude ist absolut dicht und eine kontrollierte Wohnraumlüftung mit Wärmerückgewinnung sorgt dafür, dass keine Energie verloren geht. Die Wohnungslüftung ist nicht mit Roth Solargeo verbunden, sondern arbeitet autark. Mit einem Holzofen, der unabhängig von der Heiztechnik ist, wird der Wohnraum im Jahreszeitenübergang gewärmt.
Anfang Juli 2009, rund zwei Wochen nach der Inbetriebnahme der Solar-Hybrid-Wärmepumpe Solargeo konnte der Roth-Fachberater Peter Spielmann mitteilen: „Bauherren und ausführender Installateur sind sehr zufrieden, die Anlage läuft hervorragend.“
Bautafel
Daten und Fakten zum Bauvorhaben Burgsinn
Basisdaten
– Wohnfläche: 210 m²
– Bewohner (Anzahl): 2
– Normheizlast (nach DIN EN 12831): 9,69 kW
– Auslegung Warmwasserbedarf: 50–60 l (40 °C) pro Tag und Person
– Bauart: Holzständerbauweise, KFW 40
– Energieverteilung: Roth Tacker-System Fußbodenheizung (35/28 °C)
– Lüftung: kontrollierte Wohnraumlüftung mit Wärmerückgewinnung
Komponenten der Roth Solar-Hybrid-Wärmepumpe „Solargeo“
– 6 Flachkollektoren Heliostar 252+ (Aperturfläche 2,3 m²)
– Sole/Wasser-Wärmepumpe Terracompact 10,3 kW (B0/W35): Heizw.temp.: max. 65 °C, Soletemp.: bis min. –5 °C, COP 4,7
– 8 Solargeo-Register mit 1000 bis 1200 W Leistung pro Register
– Solargeo Registerstation für Verteiler und Registeranschluss
– Wärmespeicher: Solar-Kombi-Schichtenspeicher mit 1000 l Inhalt und NL 4,0
– Jahresarbeitszahl Solar-Hybrid-Wärmepumpe: bis zu 5,3
Installateur und Hersteller
– ausführender SHK-Betrieb: Haustechnik Daniel Kern, 63877 Eichenberg
https://www.haustechnik-kern.de/
– Hersteller sowie Unterstützung bei Planung und Auslegung von Solargeo und Flächenheizung: Roth Werke, 35232 Dautphetal
Extras
Ergänzend zu diesem Fachbeitrag bieten wir Ihnen unter „Extras zum Heft“ als PDF-Downloads an:
1. Montageanleitung zur Roth Solar-Hybrid-Wärmepumpe „Solargeo“
2. Übersichtprospekt zu den Solar-Hybrid-Wärmepumpen „Solargeo“ (Sole/Wasser) sowie zur „Solaraura“ (mit Luft/Wasser-Wärmepumpe), die auf der ISH 2009 vorgestellt wurde.
Autor
Jacqueline Lachwa, Fachkauffrau für Marketing, ist verantwortlich für den Bereich Werbung/PR/Pressearbeit bei Roth Werke, 35232 Dautphetal, Telefon (0 64 66) 9 22-2 19, E-Mail: jacqueline.lachwa@roth-werke.de
