Die Entscheidung für ein neues, modernes Heizsystem wird von verschiedenen Kriterien beeinflusst, die in ihrer Bedeutung je nach Kunde und dessen Anforderungen unterschiedlich gewichtet werden. So spielen die Investitionskosten, die Systemeffizienz und der Primärenergieverbrauch eine Rolle. Wichtig sind aber auch die Betriebssicherheit und die Flexibilität des Systems, die Benutzer- und Bedienfreundlichkeit sowie die Systemkomplexität, also wie einfach das System zu installieren und zu betreiben ist. Vor allem bei der Modernisierung eines Heizsystems ist häufig der Wunsch vorhanden, zu einem späteren Zeitpunkt noch weitere Energiequellen, wie beispielsweise Solar, einzubinden. Werden zwei Wärmequellen in ein System eingebunden, spricht man von einem bivalenten System, bei drei Wärmequellen von einem trivalenten System. Generell spricht man bei mehr als zwei eingebundenen Wärmequellen auch von multivalenten Systemen.
Ein trivalentes System ist ein modernes und zukunftssicheres Heizsystem. Es setzt sich aus fossilen und erneuerbaren Energieträgern zusammen und bietet daher hohe Flexibilität. Ein solches trivalentes System lässt sich beispielsweise mit der Wärmepumpe HPSU compact und weiteren speicherbasierten Produkten von Rotex realisieren. Das System kann jederzeit um ein Solarsystem oder weitere Wärmequellen erweitert werden. Welche Vorteile die Einbindung mehrerer Wärmequellen hat und welche Konsequenzen daraus für das Speicherdesign entstehen, wird in den nachfolgenden Abschnitten geschildert.
Vorteile durch eine schrittweise Heizungsmodernisierung
Die nachträgliche Einbindung einer zweiten oder sogar einer dritten Energiequelle bietet vor allem bei der Modernisierung viele Vorteile. Zum einen können bereits bestehende Komponenten (Öl- oder Gasheizung) integriert werden. Dies führt zu niedrigen Investitionskosten und ermöglicht eine schrittweise Modernisierung des Heizsystems. Zum anderen machen drei verschiedene Energiequellen wie zum Beispiel eine Luft/Wasser-Wärmepumpe in Kombination mit einem Kaminofen mit Wassertasche und einer Solaranlage unabhängiger von zukünftig zu erwartenden Energiepreisschwankungen. Der Endkunde hat so die Möglichkeit, die Heizkosten aktiv zu beeinflussen, wenn beispielsweise im Winter der Kaminofen zugeschaltet wird. Zudem erhält er eine hohe Zukunfts- und Planungssicherheit, da er nicht nur von einer Energiequelle abhängig ist.
Am Beispiel eines durchschnittlichen Einfamilienhauses lässt sich zeigen, wie mit der Einbindung unterschiedlicher Energiequellen der Verbrauch einer Wärmepumpe optimiert werden kann: Ein Haus mit 150 m2 Wohnfläche in München verbraucht im Schnitt jährlich etwa 30000 kWh für Heizung und Warmwasser. Dabei wird die meiste Energie über das Jahr hinweg bei einer Außentemperatur zwischen +4 °C und –3 °C verbraucht. Bei einer Luft/Wasser-Wärmepumpe ist der Bivalenzpunkt zum Beispiel bei einer Außentemperatur von –5 °C erreicht. Um die Wärmepumpe zu unterstützen, schaltet sich dann ein elektrischer Heizstab ein. Bei wärmeren Außentemperaturen kann die Wärmepumpe von einer Solaranlage unterstützt werden, die im Jahresschnitt zwischen 20 und 25 % des Energiebedarfs eines 150 m2 großen Einfamilienhauses in München abdecken kann. Um in den Wintermonaten auf einen Heizstab verzichten zu können, bietet sich die Einbindung eines Gas- oder Ölbrennwertgeräts oder eines Kaminofens an. Je nach Wahl der Energiequelle lässt sich so der Primärenergiefaktor des gesamten Heizsystems senken.
Systemkomplexität vs. Systemeffizienz
Je mehr Energiequellen in einem Heizsystem integriert sind, desto komplexer wird das System. Wenn jedoch die einzelnen Komponenten regelungstechnisch und hydraulisch nicht perfekt aufeinander abgestimmt und schlecht in das System eingebunden sind, wird die Effizienz der Einzelkomponenten nicht immer vollständig ausgeschöpft. So ist die Gesamteffizienz des Systems oft niedriger als sie eigentlich sein könnte. Um dem entgegenzuwirken, sind viele speicherbasierte Produkte von vornherein darauf ausgerichtet, dass verschiedene Energiequellen einfach eingebunden werden können. Dabei werden verschiedene Systemkomponenten in einer kompakten Einheit integriert sowie hydraulisch und regelungstechnisch aufeinander abgestimmt. Weitere Energiequellen können zu einem späteren Zeitpunkt eingebunden werden. So wird ein vollständiges, multivalentes Heizsystem angeboten, das eine hohe Systemeffizienz gewährleistet, niedrige Investitionskosten ermöglicht und die systemimmanente Komplexität weitestgehend reduziert.
Spezielles Speicherdesign für mehrere Energiequellen
Die Wahl der Energiequelle wirkt sich auch auf das Speicherdesign aus. Da mehrere Wärmetauscher benötigt werden, vergrößert sich die Speicherkapazität mit zunehmender Anzahl der Energiequellen. Wird nur eine Energiequelle, zum Beispiel eine Gas- oder Ölbrennwertheizung eingesetzt, wird in der Regel ein kleinerer Trinkwasserspeicher von 80 bis 150 l benötigt. Bei einer Wärmepumpe in Kombination mit einer Solaranlage hat der Speicher für die Warmwasserbereitstellung meist ein Fassungsvermögen von 200 bis 300l. Wird die Solarenergie für die Erwärmung des Trinkwassers und auch für die Heizungsunterstützung eingesetzt, wird ein Pufferspeicher benötigt, der noch größer ausfällt – meist zwischen 500 und 1000 l. Daher sollte bei der Auswahl der Energiequellen die benötigte Speichergröße in Relation zu den Kosten und den Nutzen für den Endkunden betrachtet werden.
Rotex hat bei der Entwicklung des trivalenten Heizsystems beim Speicher das Verhältnis zwischen Größe, Effizienz, Kosten und Nutzen optimiert: Die HPSU compact bietet ein Speichervolumen von maximal 500 l, ist kompakt gebaut, einfach zu installieren und arbeitet mit hoher Systemeffizienz. Das Speicherportfolio ermöglicht Bivalenz- und Trivalenzanwendungen, denn es ist als Hybridzentrale so konzipiert, dass verschiedene Energiequellen zur Aufheizung des Speicherwassers und damit zur Aufladung des Speichers genutzt werden können. Zu den möglichen Energiequellen, die eingebunden werden können, zählen die erneuerbaren Energieträger Solar und Pellet und als fossile Energieträger Öl oder Gas.
Bei der Einbindung einer Solaranlage ist zwischen einem drucklosen Solarsystem und einem Drainback-System zu unterscheiden. Über den zusätzlich integrierten Wärmetauscher ist die Kombination mit einem Druck-Solarsystem jederzeit möglich. Ein weiterer Wärmeerzeuger kann dann mittels eines externen Plattenwärmetauschers in den drucklosen Speicher eingebunden werden.
Bei der drucklosen Drain-Back-Einschichtung wird das Speicherwasser direkt in die Solarkollektoren befördert, dort erwärmt und wieder in den Speicher eingeschichtet. Daher kann ein zusätzlicher Wärmeerzeuger parallel direkt über den integrierten Wärmetauscher angebunden werden. Bei diesem Anwendungsfall entfällt der externe Plattenwärmetauscher.
Intelligentes Management bei der Energiespeicherung
Durch das Intelligente Speicher Management (ISM) der HPSU compact wird die zur Verfügung stehende Wärme für Warmwasser und zur solaren Heizungsunterstützung verwendet. Der Ladetauscher im Speicher reicht weit in die Solarzone hinein. Wenn durch die Solaranlage genügend Energie im Speicher vorhanden ist, wird der Ladetauscher automatisch zum Entladen genutzt. Zudem nutzt es die interne Speicherwärme zur Unterstützung des Abtaubetriebs. Das Intelligente Speichermanagement maximiert so die Energieeffizienz und Betriebssicherheit sowie den Heiz- und Warmwasserkomfort.
Fazit
Hausbesitzer favorisieren Heizungsanlagen, die flexibel auf die zukünftigen Entwicklungen am Energiemarkt reagieren und dabei gleichzeitig kostengünstig sind. Moderne Heizsysteme müssen diesen Anforderungen entsprechen. Eine Möglichkeit sind trivalente Systeme, mit denen beispielsweise eine schrittweise Modernisierung einfach umgesetzt werden kann. Doch die parallele Nutzung mehrerer Energiequellen ist nur sinnvoll, wenn Systemkomplexität und Effizienz sowie Kosten und Nutzen im richtigen Verhältnis stehen. Der Markt bietet hierfür einfache, zukunftssichere und multivalente Systeme.
Autor
Dipl.- Ing. Maximilian Lederer ist Entwicklungsingenieur Rotex Heating Systems GmbH, 74363 Güglingen Telefon (0 71 35) 1 03-0 http://www.rotex.de
