Das Aufbauprinzip der neuen Reihe von Gas-Brennwertgeräten Cerapur Solar von Junkers (Bosch Thermotechnik), das seit Anfang des Jahres lieferbar ist, macht Anlagen zur solaren Heizungsunterstützung kompakt und einfach in der Installation. Energiegewinne aus thermischen Solaranlagen lassen sich ohne großen planerischen und regelungstechnischen Aufwand einbinden. Dazu wird eine Systemlösung angeboten, die aus einem 400-l-Pufferspeicher mit Solarwärmetauscher und integrierter Solarstation samt fertig verdrahtetem Solarreglermodul ISM besteht.
Der Pufferspeicher wird nur solar beheizt. Speicherverluste aufgrund einer Beheizung mit fossilen Energieträgern entfallen komplett. Die Therme erwärmt – analog zu einer Frischwasserstation – das Warmwasser im hygienischen Durchlaufprinzip über den integrierten Wärmetauscher mit 12 l/min Schüttleistung. Eine integrierte Brennwertwärmezelle stellt die zusätzlich erforderliche Heizleistung zur Verfügung.
Betrachtung verschiedener Betriebssituationen
Bei der Cerapur Solar erfolgt die Nacherwärmung nicht nur im Heizbetrieb über die Rücklaufanhebung, sondern auch bei der Warmwassererwärmung. In allen Betriebssituationen wird – sofern vorhanden – vorgewärmtes Heizkreiswasser aus dem Pufferspeicher auf die gewünschte Zieltemperatur gebracht.
Deutlich wird dieses Prinzip aus den drei in Bild 1 dargestellten Betriebssituationen. Zusätzlich zu dem ohnehin vorhandenen Umsteuerventil wurde ein elektronisch gesteuertes Mischventil mit einem Temperaturfühler eingebaut. Erkennt der Pufferspeicherfühler nutzbare Wärme, öffnet das Mischventil und es fließt Wasser aus dem Pufferspeicher, das entweder zur Warmwasserbereitung oder zur Heizungsunterstützung genutzt wird. Ist die Pufferwassertemperatur zu hoch (Situation 1), wird durch den Rücklauf aus dem Heizsystem oder vom Warmwasser-Plattenwärmetauscher so viel Rücklaufwasser beigemischt, bis die gewünschte Sollvorlauftemperatur erreicht ist, ohne dass der Brenner in Betrieb geht. Bei zu niedriger Puffertemperatur wird der Speicher umgangen (Situation 3). Im Temperaturbereich dazwischen (Situation 2) ist die Regelung für den Brenner der Wärmezelle so optimiert, dass eine konstante Vorlauftemperatur und damit ein hoher Warmwasserkomfort gewährleistet ist.
Die optimierte Steuerung der Gerätepumpe sorgt dafür, dass die Rücklauftemperatur während der Warmwasserbereitung immer auf niedrigem Niveau bleibt. Analog zur Warmwassererwärmung übernimmt das elektronisch geregelte Mischventil auch im Heizungsbetrieb die genannte Mischfunktion oder umgeht den Pufferspeicher komplett.
Um Temperaturschwankungen in der Warmwasser-Austrittstemperatur zu vermeiden, muss die Nachheizung bestmöglich dosiert sein. Anhand zahlreicher Versuchsmessreihen wurden die Regelkomponenten so optimiert, dass es beim Warmwasserkomfort keine Einbußen gibt. Das Warmwasser bleibt konstant in Menge und Temperatur. So konnten die Anforderungen der EN13203-1 mit der höchsten Bewertung von drei Sternen erfüllt werden.
Simulationstechnischer Vergleich der Systeme
Um zuverlässige Aussagen zur Effizienz des neuen Systems treffen zu können, hat Junkers eine Simulationsstudie am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) in Auftrag gegeben. Bei der thermischen und energetischen Untersuchung haben die Ingenieure die Energieeinsparung von vier verschiedenen Systemkonzepten verglichen: Bei diesem Vergleich wurde bei allen Systemen der identische Gebäudeheizbedarf und Warmwasser-Bedarf zugrunde gelegt.
- System 1 (Referenzsystem): Brennwertgerät mit indirekter Warmwasserbereitung (120 l monovalenter Speicher), ohne Solaranlage.
- System 2: wie System 1, allerdings mit Niedertemperaturkessel.
- System 3: Kombisystem mit 750 l Tank-in-Tank-Speicher (180 l Warmwasser) und 13,5 m<sup>2</sup> Flachkollektoren.
- System 4: Cerapur Solar mit 400 l Pufferspeicher und 9 m<sup>2</sup> Flachkollektoren.
In Tabelle 3 sind die Einsparpotenziale dargestellt. Die Systemnutzungsgrade berechnen sich dabei aus der Summe der Bedarfe für Heizung und Warmwasser dividiert durch die eingesetzte Energie (unterer Heizwert des Gases). Die Simulation wurde für den Zeitraum von einem Jahr ausgeführt.
Die Anlage mit Cerapur Solar (System 4) weist mit einem nahezu halb so großen Speicher und 30 % geringerer Kollektorfläche annähernd die gleiche Einsparung auf wie das größere Kombisystem (System 3). Bei einer Sanierung der Heizungsanlage mit einem alten Niedertemperaturkessel (System 2) kann durch die Installation eines solaren Kombisystems mit Brennwerttherme oder eines Cerapur-Solar-Systems nach der Simulation bis zu 37 % Energie eingespart werden.
Aufgrund der Warmwasserbereitung im Durchflussprinzip arbeitet System 4 ohne solare Unterstützung mit niedrigen Systemtemperaturen (Rücklauf unter 30 °C, Vorlauf unter 65 °C). In diesem Fall wird der Brennwert des Energieträgers Gas sogar während der Warmwassererwärmung genutzt. In der Summe führt das zu einem sehr hohen Systemnutzungsgrad von 124 %.
Vereinfachter Weg zum „Energie-Plus-Haus“
Viele Heizungsanlagen in Deutschland sind 15 Jahre und älter. Die Quote effizienter Anlagen, die mindestens teilweise auf Basis erneuerbarer Energien arbeiten, lag 2008 bei nur 13 %. Mit ihren kompakten Abmessungen ist die Cerapur Solar für den Modernisierungsbereich besonders geeignet. In Kombination mit Solarkollektoren, Photovoltaik-Anlage, einer kontrollierten Wohnungslüftung und modernen Hausgeräten kann so ein Bestandsgebäude durch konsequente Sanierung sogar zum Energie-Plus-Haus werden, also ein Haus mit positiver Energiebilanz, das übers Jahr gesehen mehr Energie erzeugt als es verbraucht.
Info
Vorteile des Systems
Für eine dauerhaft komfortable Versorgung mit Warmwasser und Heizwärme ist nur noch etwa das halbe Pufferspeichervolumen erforderlich (zum Beispiel 400 Liter anstelle von 750 Litern wie üblich bei Anlagen zur solaren Heizungsunterstützung).
Die Montagezeiten sind deutlich kürzer, weil Therme, Frischwasserstation, Heizkreismischer und Heizkreispumpe in einer Einheit zusammengefasst sind.
Der Platzbedarf für das Gas-Brennwertgerät liegt unter einem Quadratmeter.
Die Anlage erreicht eine hohe Systemeffizienz im Vergleich zu konventionellen Gas-Brennwert-Solar-Kombinationen, weil die Warmhaltung des oberen Speicherteils entfällt.
Leistung (Heizgerät) und Kapazität (Pufferspeicher) sind getrennt: Das System funktioniert unabhängig von der Art des Speichers und der externen Energiequelle, so dass sich auch andere regenerative Energien problemlos einbinden lassen.
Autor
Dr. Konrad Lustig, Systemvorentwicklung und Systemsimulation, Bosch Thermotechnik, 73249 Wernau, Telefon (0 71 53) 3 06-0, https://www.bosch-thermotechnology.com/corporate/en/startpage.html
