Das Gebäude als Solarspeicher

Heizungsunterstützende Solaranlagen sind heute Stand der Technik. Die Heizkreisregelung funktioniert aber wie bei einer konventionellen Heizungsanlage: die Vorlauftemperatur wird abhängig von der Außentemperatur geregelt; thermostatische oder elektrische Stellantriebe verhindern ein Überheizen der einzelnen Räume. Sind viele Stellantriebe geschlossen, ist ein geringerer Wärmebedarf vorhanden. Bei herkömmlichen Anlagen wird dann i.d.R. die Pumpenleistung, und damit der Volumenstrom, reduziert. Günstiger wäre aber eine Rückwirkung des „Wärmebedarfs“ auf die Vorlauftemperatur des Heizkreises, denn niedrige Vorlauftemperaturen wirken sich ertragssteigernd auf die Solar- und Brennwertnutzung aus. Die Solaranlage ist früher gezwungen abzuschalten, oder den Speicher auf ein hohes Temperaturniveau zu überheizen. Prinzipiell ist es zwar denkbar, die „Überschusswärme“ mit einem größeren Warmwasserspeicher zu puffern. Hierfür ist jedoch ein zusätzliches Speichervolumen nötig, was aus Platz- und Preisgründen meist nicht möglich ist. Zudem wird im Winter dieses Volumen nicht benötigt.

Ein Latentwärmespeicher hat den Nachteil, dass er nur in einem relativ kleinen, niedrigen Temperaturbereich arbeitet.

Regenerative Energiequelle hat immer den Vorrang

Bei Orange Energy wird das Gebäude als Energiespeicher genutzt. Hierfür sind keine zusätzlichen Speicherkosten nötig und Speichermasse ist in der Regel ausreichend vorhanden. Zuständig für die intelligente Umsetzung dieses Konzept sind das Orange Energy Solarwärmecenter (SWC) und das dazu gehörige Raumbussystem. Das SWC ist eine montagefreundliche Wärmeverteilzentrale mit Pufferspeicher und Frischwassersystem. Zusammen mit dem Regler Energiebus-5000 sorgt es für ein effizientes Energiemanagement verschiedener regenerativer und fossiler Wärmequellen und Wärmeabgabesysteme. Das System ist so aufgebaut, dass eine regenerative Energiequelle immer Vorrang vor der fossilen Ener­gie hat. Wichtig ist dies z. B. an einem schönen Herbsttag, wo die Außentemperatur z. B. von tagsüber 20 °C auf 8 °C in der Nacht absinkt. Und hier setzt das Orange-Energy-Konzept an:

Mittels Einzelraumregelung legt der Nutzer für jeden Raum ein eigenes Temperatur- und Zeitprofil fest. Der Regler regelt die Raumtemperatur genau auf diesen Sollwert aus. Sollte der Solar-Wärmespeicher bereits bis zu einem bestimmten Temperaturniveau beladen sein und ist weiter Solarenergie vorhanden, dann wird die „Raumaktivierung“ gestartet. Hierbei wird gezielt die Soll-Temperatur einiger Räume (definierbar) um einen bestimmten Wert erhöht. Somit hat die Regelung die Möglichkeit, weiter Solarwärme in das Gebäude einzutragen; es wird also definiert „überwärmt“. Fällt das Solarangebot weg, gehen die Sollwerte wieder auf die „normalen“ Einstellwerte zurück.

Durch den zusätzlichen Wärmeintrag in das Gebäude ist der Wärmebedarf in den Abendstunden geringer und ein Nachheizen mit fossiler Energie kann vermieden bzw. reduziert werden. Darüber hinaus ist die Regel-Strategie auch „vorausschauend“, d.h., der Regler bezieht auch die nächsten Schaltpunkte und -temperaturen mit ein. Viele Nutzer senken während ihrer Abwesenheit (meist tagsüber) die Raumtemperatur um einige Grad ab. Dies ist zwar sinnvoll, weil energiesparend. Jedoch kann diese unterbrochen werden, wenn kostenlose, CO2-neutrale Solarenergie zur Verfügung steht.

Ein weiterer Energiespar-Effekt liegt in der Tatsache, dass die Vorlauftemperatur nicht rein nach Außentemperatur geregelt wird, sondern auch nach der tatsächlichen Raumtemperatur (Raumadaption). Damit lassen sich die Vor- und Rücklauftemperaturen der Anlage reduzieren.

Funktion und Strategie des Regelsystems

Auf Basis dieser Technologie wurde ein Regelsystem entwickelt, das

• den Baukörper als Wärmespeicher nutzt („Raumaktivierung“)

• die Räume nicht überheizt werden (hoher Wohnkomfort wird sichergestellt)

• ein verfeinertes, vorausschauendes Solar- und Heizmanagement beinhaltet

• einen hohen Bedienkomfort aufweist (benutzerfreundlich)

• einfach nachzurüsten und zu installieren ist (Zweidraht-Bus, später auch Funksystem)

• kostengünstig ist und nur einen geringen Mehrpreis verursacht

Je nach Anlage ergeben sich zusätzliche Einsparungen von 30–50% gegenüber einer herkömmlichen heizungsunterstützten Solaranlage.

So funktioniert des Regelsystem

Es wurde eine Hardwareplattform für das Anklemmen von Stellantrieben und Raumfühlern geschaffen, die über einen elektrischen BUS mit dem Regler EB5000 kommunizieren: das Raumbusmodul RBM8. Weitere Details im Überblick:

– Mit einer Raumbuseinheit können acht Raumzonen angesteuert werden. An jede Raumzone wird ein Raumfühler und bis zu vier Stellantriebe angeschlossen. Insgesamt können 15 Raumbusmodule in eine Busschaltung integriert werden. Damit können pro Anlage bis zu 120 Räume geregelt verbunden werden.

– Momentan werden die Raumeinheiten über einen Zweidraht-Bus angesteuert (später auch Funk­lösung).

– Standardmäßig enthalten ist eine Schnittstelle für eine einfache Bedienung über den PC durch den Kunden.

– Als Stellantriebe lassen sich handelsübliche 230-V-Stellantriebe an die Raumbusmodule anklemmen.

– Optional gibt es noch eine Fernbedienung mit grafischem Display, mit der der Nutzer die Funktionen und den Status der Anlage bequem vom Wohnzimmer aus prüfen und verstellen kann.

So sieht die Regelstrategie aus

Für jede Regelzone (Raum) lässt sich ein separates Temperatur- und Wochenzeitprogramm individuell einstellen. Zudem können gewünschte Räume als Energiespeicher-Räume definiert werden, die bei Solarangebot ­ihre Solltemperatur um einen einstellbaren Wert erhöhen (Raumaktivierung). Hierbei ist auch eine Rangfolge programmierbar; d.h., dass bestimmte Räume vorrangig mit überhöhten Temperaturen angesteuert werden können. Durch manuelles Verstellen am Raumfühler kann die programmierte Solltemperatur jederzeit verändert werden.

Beispiel (Bild 2): Im Badezimmer ist die Normal-Solltemperatur 22°C und 24°C bei Solarangebot (Vorrang 1); in der Diele ist die Normal-Solltemperatur 18°C und 20°C bei Solarangebot (Vorrang 2). Das bedeutet, dass zuerst das Badezimmer auf 24°C und dann die Diele auf 20°C, wenn noch Solar­energie vorhanden ist.

Das gesamte Regelungskonzept ist „dynamisch“ aufgebaut. Der Regler stellt nach entsprechend programmierten Parametern selbstständig Temperaturänderungen sowie Solarangebot fest und bezieht die aktuellen Werte in die Regelung mit ein. Die Heizkreispumpen werden über die Regelung auf eine Soll-Differenz zwischen Vor- und Rücklauf drehzahlgeregelt (die Soll-Differenz zwischen Vorlauf und Rücklauf verändert sich in Abhängigkeit von der Außentemperatur).

Durch die oben beschriebene Entwicklung (EU-Patent) wird es erstmalig möglich sein, für große Solaranlagen mit relativ geringem Aufwand den optimalen Energiespeicher zu aktivieren: das Gebäude selbst. Und dies in Verbindung mit einem zusätzlichen Komfortgewinn für den Kunden mittels individueller Einzelraumregelung.

Der Vertrieb der Anlagen von Orange Energy erfolgt ausschließlich über das Heizungsfachhandwerk im zweistufigen Vertriebsweg. Derzeit ist man dabei, speziell geschulte und qualifizierte Partnerbetriebe im gesamten Bundesgebiet aufzubauen. Interessierte Heizungsbauer können sich per Telefon (0 84 44) 92 74-40, Telefax -42 oder E-Mail: info@orange-energy.de bewerben.

Weitere Infos: https://www.orange-energy.de/

Unser Autor Josef Heckmeier ist Heizungs- und Sanitär­meis­ter und HS-Techniker sowie Geschäftsführer von Orange Energy, 85301 Schweitenkirchen. Heckmeier ist zudem Inhaber des SHK-Betriebs Josef Heckmeier Haustechnik, der fast ausschließlich ökologische Heizsysteme installiert.