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Optimierte Regelung sorgt für höhere Energieausbeute

Consolar optimiert Solaera für die Sanierung

30.07.2013, 06:00

Eisspeicher
Im Eisspeicher wird mehr Energie gespeichert als im vergleichbaren Wasserspeicher. © Consolar

Consolar hat seine Heizung mit Solarthermie und Wärmepumpe sowie Gas oder Öl, die Solaera, optimiert. Im Rahmen eines von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt geförderten Projekts wurden seit Anfang 2010 Systemlösungen entwickelt, mit denen eine Reihe neuer Anwendungen der Solaera-Heizungen von Consolar möglich sein soll. Ziel war dabei nach Angaben des Unternehmens, auch bei älteren Häusern in Kombination mit Sanierungsmaßnahmen eine drastische Reduktion des Primärenergieverbrauchs zu erreichen.

Ein wesentlicher Teil der Entwicklungsarbeiten betraf die Regelung: optimierte Heizkreisregelung, Ansteuerung eines Kessels, Schnee- und Stagnationsschutz, unterschiedlich ausgerichtete Kollektor-Teilfelder, optimierte stromsparende Lüfterregelung und ausschließlicher Einsatz von drehzahlgeregelten Hocheffizienzpumpen.

Mit der bislang eingesetzten Hardware war die Umsetzung der Entwicklungsansätze begrenzt. Zusammen mit dem Regelungshersteller von Consolar wurde eine neue Hardware-Plattform ausgewählt und die Portierung der Software auf die neue Hardware vorgenommen. Hiermit waren sowohl bei Ein- und Ausgängen, Speicherplatz als auch Internetzugang wesentlich mehr Möglichkeiten gegeben.

Der Ethernet-Anschluss des Reglers ermöglicht auf eine sehr einfache Weise den Anschluss an das Internet. Über ein Internetportal können mit unterschiedlich vorgebbaren Zugriffsrechten Endkunde, Installateur oder Service und Hersteller den Betrieb der Anlage überwachen und bedienen. Für den Regler wurde ergänzend zu der Visualisierung und Bedienung der Anlage über mobile Endgeräte wie Smart-Phone oder I-Pad ein Wohnzimmer-Bedienteil mit Touch-Pad entwickelt.

So kann der Bauherr aktuelle Temperaturen und Einstellungen sehen und gewünschte Raumtemperaturen schnell ändern, ohne zur Anlage im Aufstellungsraum zu gehen. Mit der Fernbedienung ist es auch möglich, mit einer Anlage zwei getrennte Heizkreise zum Beispiel in einem Doppelhaus getrennt von jeder Wohnung aus zu bedienen.

Ein wesentlicher Schlüssel zur Erhöhung der Systemeffizienz ist die Senkung des Temperaturniveaus des Heizkreises und damit der Wärmepumpe. Mit diesem Ziel wurden unterschiedliche optimierte Heizkreisregelstrategien in Systemsimulationen untersucht. Das Konzept mit der besten Umsetzbarkeit wurde ausgewählt, in dem neuen Regler programmiert und erprobt.

In üblichen Heizkreisregelungen wird die Vorlaufsolltemperatur entsprechend der Heizkennlinie in Abhängigkeit von der Außentemperatur ermittelt. Dabei werden jedoch keine Effekte wie passive solare Gewinne oder interne Wärmeabgabe berücksichtigt. Mit dem ausgewählten PI-Regler wird in Simulationen eine Stromeinsparung von 4,3 Prozent gegenüber der Referenz mit optimal eingestellter Heizkurve erreicht. Da in der Praxis meist nicht die optimale Kennlinieneinstellung realisiert ist, ist das Einsparpotenzial deutlich höher, denn der PI-Regler ermittelt unabhängig von Heizkennlinien die Vorlauftemperatur entsprechend der aktuellen Raumtemperatur.

Nach der Trinkwasserverordnung für die Warmwasserversorgung für Mehrfamilienhäuser muss der Warmwasserbereich den Speicher mit einer Temperatur über 60 °C verlassen, um Legionellenbildung im Trinkwasser zu vermeiden. Die Regellogik wurde so entwickelt, dass maximale Wärmepumpenvorlauftemperaturen bis 65 °C möglich sind, insbesondere für Anwendungen, in denen dezentrale Wohnungs-Übergabestationen nicht möglich sind.

Altbauten können in zwei Schritten wirtschaftlich saniert werden: Solaera übernimmt die effiziente Grundversorgung. Ein vorhandener Gas- oder Ölkessel kann problemlos vom Systemregler mit angesteuert und integriert werden. So bleibt diese Komponente zur Abdeckung von Bedarfsspitzen im Einsatz und wird im zweiten Schritt durch eine Gebäudedämmung überflüssig. In gleicher Weise kann ein wasserführender Pelltes-Kaminofen zur Leistungserweiterung eingesetzt werden. Logik und Hydraulik wurden so entwickelt, dass der Kessel nur dann frei gegeben wird, wenn die geforderte Heizleistung größer ist als die von der Wärmepumpe gelieferte und die geforderte Heizkreisvorlauftemperatur über dem maximal für den Heizbetrieb der Wärmepumpe zugelassenen Wert von 40 °C liegt. Mit der entwickelten Logik und Hydraulik wird erreicht, dass die Wärmepumpe auch bei Unterstützung durch den Kessel parallel im Niedertemperaturbereich weiter Wärme liefert. Die Kombination ist für ein und zwei Heizkreise vorgesehen.

Aktuell wird mit Unterstützung des Bundesumweltministeriums eine optimierte Regellogik und Systemanpassung für die Kombination mit PV-Anlagen entwickelt und erprobt, mit dem Ziel, den Anteil der direkt für die Heizung genutzten Solarenergie (elektrisch und thermisch) zu maximieren. Quelle: Consolar / pgl

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