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Solarthermie

Solare Trinkwassererwärmung der Albtherme Waldbronn

Das unten dargestellte Prinzipschaltbild zeigt vereinfacht die Solaranlage mit den dazugehörigen Systemkomponenten. Das gesamte System ist in drei verschiedene Kreise unterteilt: den Kollekterkreislauf, den Duschwasserkreislauf und den Beckenwasserkreislauf.Bei dieser Solaranlage gibt es keinen Pufferspeicherkreislauf. 

Bei entsprechender Einstrahlung auf das Kollektorfeld und der damit verbundenen Erwärmung des Kollektorkreisfluids schaltet sich die die Kollektorkreispumpe ein. Im Pumpenbetrieb kann über den Trinkwasser-Wärmeübertrager (WT1) das Trinkwasser für die Duschen solar erwärmt werden oder über den Beckenwasser-Wärmeübertrager (WT2) das in die Becken nachgespeiste Frischwasser. Die beiden Wärmeübertrager sind in Reihe geschaltet, dabei wird zuerst WT1 und anschließend WT2 durchströmt. Prinzipiell ist die Parallelschaltung der Wärmeübertrager, bei der bei gleichzeitig mit warmen Wasser versorgt werden, auch möglich. Dazu müssen lediglich die Ventile umgestellt werden.

Liegt die Temperatur im Kollektorkreis um einige Grad über der Temperatur im Trinkwasserspeicher, schaltet die Speicherbeladepumpe ein und das Wasser des 2.500 Liter großen Trinkwasserspeichers wird solar erwärmt. Überschreitet die Temperatur des solar erwärmten Trinkwassers eine festgelegte Maximaltemperatur, wird über ein Mischventil ein Teilvolumenstrom am Wärmeübertrager vorbeigeleitet und somit die Übertragungsleistung am Trinkwasser-Wärmeübertrager reduziert.

Wird Trinkwasser gezapft, strömt das solar erwärmte Wasser aus dem Trinkwasserspeichers in die nachgeschalteten Vorwärmspeicher der jeweiligen Duschbereiche. Dort kann bei nicht ausreichender Warmwassertemperatur über konventionelle Gas-Heizkessel auf Solltemperatur nachgeheizt werden. Das in den Trinkwasserspeicher nachströmende kalte Frischwasser fließt zunächst über zwei kleine Pufferspeicher mit je 500 Liter Inhalt und wird dort über eine Wärmerückgewinnung mit der Abwasserwärme der Duschen vorgewärmt.

Liegt die Temperatur des Kollektorkreisfluids nach Durchströmen des Trinkwasser-Wärmeübertragers noch über der Temperatur des Frischwassers für die Schwimmbecken, wird anschließend der Becken-Wärmeübertrager durchströmt und solar erwärmt. Auch an diesem Wärmeübertrager wird über ein Mischventil eine Begrenzung der Frischwassertemperatur erreicht.

Nach Durchströmen eines oder beider Wärmeübertrager fließt das abgekühlte Kollektorkreisfluid zu den Kollektoren zurück, wo es wieder von der Sonne erwärmt wird.

Die Hintereinanderschaltung von solarer Duschwasser- und Beckenwassererwärmung hat zum einen den Effekt, dass nach Durchströmen des Trinkwasser-Wärmeübertragers die Temperatur der Kollektorkreisflüssigkeit meist noch ausreicht, um das in die Becken nachströmende Thermalwasser (ca. 17 °C) zu erwärmen. Zum anderen wird beim Durchströmen des Becken-Wärmeübertrager die Temperatur des Kollektorkreisrücklaufs zusätzlich abgekühlt, was zur Erhöhung des Kollektorwirkungsgrades führt.

Um diese Effekte nutzen zu können war eine Anpassung der Thermalwassernachspeisung erforderlich. Für die Nachspeisung des Frischwassers in die Becken wurde ein neues Konzept entwickelt und umgesetzt. Das Frischwasser strömt zunächst über den Becken-Wärmeübertrager und danach in den Schwallwasserbehälter. Dort wird der Füllstand gemessen, in dessen Abhängigkeit die Nachspeisung des Frischwassers erfolgt. Aus den Frischwasserbehältern wird das für die Beckenwasserumwälzung, für den Ausgleich der Beckenwasserverluste und für die Filterspülung benötigte Wasser entnommen. Reicht die Temperatur des aus dem Schwallwasserbehälter entnommenen Wassers nicht aus, wird es über einen nachgeschalteten Wärmeübertrager konventionell auf Solltemperatur erwärmt. Das über die Überlaufrinnen der Becken aufgefangene Wasser fließt in die Schwallwasserbehälter zurück. Eine Nachspeisung von Frischwasser wird notwendig, wenn der Füllstand im Schwallwasserbehälter unter einen bestimmten Pegel abfällt. Wasserverluste im Beckenkreislauf entstehen z. B. durch Verdunstung und durch Wasseraustrag durch die Badegäste. Die größten Verluste entstehen allerdings durch die Filterspülung, die je Becken alle 3 - 4 Tage aus Hygienegründen stattfinden muss.

 

Vereinfachtes Hydraulikschema der Solaranlage der Albtherme Waldbronn

Kennwerte der Solaranlage

Die folgende Tabelle zeigt die wichtigsten Kennwerte der Solaranlage der Albtherme Waldbronn.

Projektdaten
Fläche234 m²
KollektorenartFlachkollektoren
Pufferspeicher2500 l
Projektkosten177.851,- € (760,- €/m²)
Wärmetauscher2 Plattenwärmetauscher
Ausrichtung / NeigungSüd +15° / 30°
Minimale Nutzwärmekosten0,12 €/kWh
Maximaler solarer Ertrag128.657 kWh/a (569 kWh/m²a)

 

Das folgende Pdf-Dokument gibt detailliert Aufschluss über alle Anlagenkennwerte der Solaranlage der Albtherme Waldbronn. Dazu zählen die Kollektoren, die Verrohrung, der Wärmeträger im Kollektorkreis und die Wärmetauscher zwischen den Systemkreisen.

Messtechnik

Das folgende Messstellenschema zeigt die jeweiligen Mess- und Regelfühler des Systems. Die Regelfühler sind zwingend zur Funktion des gesamten Systems notwendig, die Messfühler dienen zur erweiterten Funktionskontrolle der Solaranlage.

Als erstes Schema ist der Kollektorkreislauf mit Fokus auf den Duschwasser- oder Trinkwasserkreislauf dargestellt. Zusätzlich ist darunter noch das Messstellenschema mit Fokus auf die Schwimmbecken abgebildet.

Messstellenschema der Solaranlage der Albtherme Waldbronn (Trinkwasser-Duschen)
Messstellenschema der Solaranlage der Albtherme Waldbronn (Schwimmbecken)

DATAPOOL bietet Zugriff auf unsere Messdaten-Server

Über unsere Seite DATAPOOL haben Sie Zugriff auf ausgewählte Daten der Solaranlage. Nutzen Sie verschieden Darstellungen wie Liniengraphiken, Carpetplots oder Scatterplots

Die Albtherme Waldbronn finden Sie auf der Seite Datapool im Bereich Solarthermie.

In den Schemata oben bzw. TWW und Beckenwasser sind die einzelnen Messpunkte im Datapool verzeichnet.

Außerdem finden Sie hier die Messstellenliste.

 

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