Das Konzept

Die von mir geplante Anlage weicht in einigen Punkten sehr von der Standardheizung ab, wie sie ein Fachmann bauen würde. Auf dieser Seite erläutere und begründe ich einige dieser Designentscheidungen, aber wie man in vielen Heizungsforen nachlesen kann, sind manche dieser Begründungen sehr umstritten. Im Endeffekt hilft nur selbst nachdenken und aussieben…

[In blauer Farbe kommentiere ich nach einigen Monaten Betrieb die getroffenen Entscheidungen]

Solarthermie…

Solarthermie rentiert sich wirtschaftlich betrachtet kaum, aber man kann nicht alles mit einer Wirtschaftlichkeitsberechnung erfassen. Den Pelletkessel anzuheizen, wenn es draussen 30Grad hat, geht einfach gar nicht – Rentabilität hin oder her…

… mit Heizungsunterstützung…

Unser Haus liegt an einem leichten Nordhang und ist ein typisches Hanghaus. Noch dazu eines, bei dem der Architekt vor 25 Jahren keinen Gedanken an Sonnenausrichtung verschwendet hat – hauptsache das Auto hats warm in seiner Südgarage…

Das bedeutet, dass man im Untergeschoss von September bis Juli kalte Füße hat. Große Fensterflächen können wir nicht nachrüsten. Wir wollen also die überschüssige Sonnenwärme vom Dach auch an Juniabenden nutzen, zu einem Zeitpunkt, zu dem wir nie konventionell heizen würden. Diese Komfortsteigerung lässt sich schlecht in Zahlen fassen.

…ohne Frostschutzmittel…

Frostschutzmittel hat viele Nachteile:

  • es erhöht die Viskosität und damit die erforderliche Pumpenleistung,
  • es “crackt”, das heisst es wird unbrauchbar, wenn es überhitzt. Überhitzung oder Stagnation ist eine unwillkommene sommerliche Begleiterscheinung einer solarthermischen Anlage ab einer bestimmten Größe
  • es erfordert zusätzliche Komponenten, die Geld kosten und kaputt gehen können (Wärmetauscher, Ausgleichsgefäß)

Sein unbestrittener Vorteil ist die Tatsache, dass es vor Frost schützt.

Es gibt aber Bedingungen unter denen man auf das Frostschutzmittel verzichten kann:

Vakuumröhrenkollektoren haben grundsätzlich wesentlich bessere Isolationswerte als Flachkollektoren. Insbesondere Heatpipe-Kollektoren enthalten wesentlich weniger Wasser als Flachkollektoren. Das bedeutet, dass sich das wenige Wasser wie in einer Thermoskanne im Winter in der Nacht nur wenig abkühlt und tagsüber selbst durch diffuse Strahlung leicht erwärmt. Das erlaubt es, den Kollektorkreislauf mit Heizungswasser zu betreiben. Die Kollektoren werden dabei also fast wie inverse Heizkörper betrieben.

Da das Einfrieren aber mit hohem Sachschaden einhergeht, helfen einem obige Überlegungen nur wenig – man braucht schon trotzdem ein Frostschutzkonzept – den aktiven Frostschutz. Das bedeutet, dass man die Temperatur im Kollektor und seinen Zuleitungen überwacht und wenige Liter kühles Wasser aus dem Pufferspeicher nachpumpt, wenn die Temperatur im Kollektor oder seinen Zuleitungen unter 4 Grad Celsius fällt. Daher gibt es in meinem Hydraulikkonzept auch pro Dachseite zwei Temperatursensoren, einen für den Kollektor, den anderen für die Zuleitung.

[1. (warmer) Winter überstanden: funktioniert super - keine Probleme bisher]

Aktiver Frostschutz schön und gut, aber was passiert bei Stromausfall und Frost?

  • Man kann die Anlage eigensicher planen, wie das zum Beispiel bei Peters Solaranlage der Fall ist. Hier wird ein Ventil dauerhaft mit Strom versorgt und öffnet bei Stromausfall um Schwerkraftzirkulation aus dem Puffer in die Kollektoren zu ermöglichen. Das geht in meinem Fall aber nicht wirklich, da ich zwei Dachseiten zu schützen habe. Je nach dem wie das Ventil, das den Vorlauf zu den Kollektoren auf die beiden Felder aufteilt bei Stromausfall gestellt war, wird eine Seite geschützt und die andere nicht.
  • Ich benötige also ohnehin eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) um bei Stromausfall die Anlage in einen sicheren Zustand zu versetzen. Unter dieser Bedingung kann ich auch das Ventil, das die thermische Zirkulation ermöglicht, als Zweiwegemotorventil ohne Rückholfeder ausführen. Damit spare ich mir zusätzlich den Stromverbrauch für ein normal offenes Zonenventil. Ich muss also die Steuerung mit einer einfachen USV aus der PC-Ecke bei Stromausfall für wenige Minuten weiter versorgen und als letzte Tat die Motorventile so stellen, dass ich Schwerkraftzirkulation bekomme und beide Solarflächen durchströmt werden. Dazu muß in der Hydraulik das Ventil MV3 geöffnet werden und MV1 in Mittelstellung gefahren werden. Die Stellung von MV2 dürfte eher egal sein.

… und Ost-West-Flächen…

Tja – das Haus ist nun einmal so. Ich hoffe durch den Einsatz von VRK und einer Ausstattung auf dem Ost- und dem Westdach trotzdem etwas rauszuholen. Wenigstens habe ich Sicht von Horizont bis Horizont. Der Wärmemengenzähler ist eingeplant – ich erstatte hier Bericht, was unter diesen Bedingungen zu holen ist.

[Nachtrag März 2014: unter "Solar" gibt es Neuigkeiten und Erfahrungen dazu]

…mit billigen heatpipe Chinaröhren…

in den Foren diskutiert man sich die Köpfe heiss ob denn nun Vakuumröhrenkollektoren oder Flachkollektoren besser sind und ob Markenware den Aufpreis wert ist. Die Entscheidung kann man als Anfänger nicht solide treffen. Ich habe für mich folgende Gründe gefunden:

  • Ich habe viel Platz auf dem Dach, aber die Anlage muß sich halbwegs amortisieren, das bedeutet mein Kriterium ist möglichst viel Leistung pro Euro herausholen.
  • kW ist nicht gleich kW: Das Haus hat keine Fussboden- oder Wandheizung und die kann ich auch nicht nachrüsten. Daher wird die Heizung kaum unter 45Grad Vorlauftemperatur kommen. Für mich zählt zum Heizen also nur die solare Leistung, die ich auf einem Temperaturniveau von 40-50Grad ernten kann. Da sollte VRK in der Übergangszeit der eindeutige Gewinner sein.
  • Ich habe Ost-West-Dächer. Die großen Abstände zwischen den Röhren, die bei VRK für den großen Unterschied zwischen Aperturfläche und Bruttofläche verantwortlich sind, stören mich also kaum – die Sonne scheint sowieso nur schräg drauf und in den Lücken wohnt der Schatten…
  • Heatpipe, da ich die Anlage mit Heizungswasser betreiben möchte und mir daher die direktdurchflossenen Systeme zu empfindlich erscheinen. Bei direktdurchflossenen Kollektoren die mit dem U-Pipe-System sehr beachtliche Leistungen erzielen, sehe ich viele anfällige Röhrchen und Verbindungen für eine maximal 50%ige Leistungssteigerung bei mindestens 100% Aufpreis.

Schichtpufferspeicher, Bivalente Ventile

Nach vielen Stunden im Forum Haustechnikdialog haben sich für mich ein paar Ziele  herauskristallisiert:

  • Schichtung im Puffer nicht stören, also Einschichtrohre und Schichttrennplatte
    [Erste Erfahrungen: goldrichtige Entscheidung! Schichttrennplatte ist sehr wirkungsvoll, Einschichtungsrohre funktionieren. Nachteil: muss man einen Anschluss an einem Einschichtungsrohr als Ausgang nutzen, bekommt man nicht das minimal mögliche, sondern ein durch Vermischung erhöhtes Temperaturnivau ]
  • kaltes Wasser gehört der solarthermischen Anlage, da sie mit kalten Wasser den höchsten Wirkungsgrad erzielen kann
    [Sehr gute Entscheidung. Siehe Hydraulikplan: Ein Umschaltventil koppelt den unteren Bereich des Puffers ab oder nicht.--> Die Solaranlage bekommt kaltes Wasser]
  • Solarthermische Anlagen kann man im Highflow und im Lowflow betreiben. Lowflow, wenn man schnell eine hohe Zieltemperatur erreichen möchte (das Warmwasser ist aus, die Sonne scheint) – die Pumpe läuft langsam, das Wasser wird oben eingeschichtet, der Wirkungsgrad ist schlecht. Highflow, wenn man das kalte Wasser unten im Puffer um wenige Grad erwärmen möchte. So werden die Kollektoren immer mit optimalem Wirkungsgrad gefahren.
    [Unnötiger Aufwand. Regelung der Pumpengeschwindigkeit geht nur zwischen 5V und 10V. Das warme Wasser findet auch so nach oben.--> nicht nachbauen]

 

Bivalente Ventile mischen nicht zwischen zwei Temperaturniveaus eine neue Zieltemperatur, sondern zwischen drei Eingängen – Rücklauf, Mittelwarm, Heiß. Dieser Ventiltyp wäre an drei Stellen im System nützlich:

  • im Heizkreismischer,
  • in der Rücklauftemperaturanhebung für den Kessel und
  • im Einschichtsystem für die Solaranlage.

Ich habe mich entschieden sie nur für den Heizkreis zu verwenden.

[Funktioniert rundum problemlos, erhöhter Installationsaufwand, kein Unterschied in der Ansteuerung von Reglerseite her. Sinnhaftigkeit.... who knows]

  • Der Rücklauf der Solaranlage kann sich mit einem Einschichtrohr selbst einschichten – ich habe nur ein Ventil zur Umschaltung zwischen oben und unten vorgesehen (Highflow, Lowflow).
  • Die Rücklauftemperaturanhebung für den Kessel dient dazu, kein zu kaltes Wasser in den Kessel zu leiten, damit die Abgase nicht kondensieren. Wenn der Kessel mal läuft, war der Puffer vorher leer. Dann heize ich den Puffer durch und die Schichtung ist erstmal egal. Daher nutze ich hier kein bivalentes Ventil.

Frischwasserstation im Selbstbau

Wo soll das warme Wasser zum Duschen her kommen?

  1. zusätzlicher Emaille-Boiler mit internem Wärmetauscher?
  2. großer Wärmetauscher im Heizungspufferspeicher (Hygienespeicher)?
  3. Frischwasserstation?

Auch hier habe ich lange herumgeplant. Durch den Aufbau unseres Kellers liegen zwischen Heizraum und Beginn des Warmwasser-Rohrnetzes etwa 6m und zwei Mauern. Wenn das Warmwasser im Heizungskeller gemacht wird, benötige ich zusätzliche Leitungen und ich muß das warme Wasser noch länger laufen lassen, bis es im Bad ankommt.  Zirkulation habe ich nicht und die wäre auch ein 1a-Energievernichter.

Kalk! Ich habe hier eine Wasserhärte von 17dH. Bei Version 1 verkalkt mir der Wärmetauscher von außen, bei Version 2 von innen. Beides kann man sehr schlecht reinigen. Daher habe ich mich für die Warmwasserbereitung durch einen externen Wärmetauscher entschieden. Hier reduziere ich die Temperatur auf der Heizungswasserseite durch ein Thermomischventil auf unter 60Grad und hemme damit hoffentlich den Kalkausfall auf der WW-Seite. Die “Zirkulations”-leitung vom Heizungspuffer (ganz oben) zum Ort der Warmwasserbereitung isoliere ich so dick und gut wie möglich. Damit kann ich die Wassertemperatur imVorlauf zur Friwa überwachen und bei Bedarf die Pumpe kurz starten um an der Friwa tagsüber eine gewisse Warmwasser-bereitschaft zu erzielen.

Leider gibt es da ein Problem: verzinkte Rohre im Warmwassernetz. Wärmetauscher sind Kupfergelötet – das Kupfer löst sich elektrochemisch und der Wärmetauscher wird undicht. Ich benötige also einen geschraubten Plattenwärmetauscher. Das hat den schönen Vorteil, dass er sich sehr gut reinigen lässt, falls der Kalk doch Ärger macht.

… im Selbstbau

das versteht sich bei den Bedingungen ja von selbst. Die Heizungsbauer mit denen ich auch nur einen Teil dieser Überlegungen geteilt habe, waren wahrscheinlich froh, das Haus verlassen zu dürfen.