Wohngebäude in Gera

Bei dem Komplettumbau eines ehemals 6-geschossigen Plattenbaus (Abb 16) in Gera wurde neben einer wärmedämmenden Fassade auch eine dach- und fassadenintegrierte Solaranlage zur Warmwasserbereitung installiert. Die umfangreichen baulichen Maßnahmen sahen einen Geschossrückbau, völlig neue Wohnungsgrundrisse mit Maisonette-Wohnungen und zusätzlichen Dachgeschoss-Wohnungen, den Anbau von Loggien sowie barrierefreie Fahrstühle vor. Für die baulich und energetisch innovative Sanierung wurde die Wohnungsbaugenossenschaft vom Bund Deutscher Architekten, dem Deutschen Städtetag und dem Bundesverband DeutscherWohnungsunternehmen mit dem Bauherrenpreis 2003 ausgezeichnet (Abb 17).

Solaranlage

Die Solarkollektoren übernehmen als „solar-roof" gleichzeitig die Funktion von Dach bzw. Außenfassade. Sie sind als Pultdach und in die Fassade einer Dachgeschosswohnung integriert. Die Anlagenund Messtechnik befindet sich im Keller des Gebäudes. Dabei musste der kellergeschweißte 5m³-Solarpufferspeicher aus Platzgründen um einen Meter im Boden versenkt werden.

Betriebsergebnisse

Die dreijährige Messphase wurde im Juli 2006 abgeschlossen. Nach Optimierung der Entladung in 2003/2004 erfüllte die Anlage in den beiden letzten Messjahren den Garantieertrag. Die Anlage arbeitet seitdem störungsfrei und zuverlässig. In der links stehenden Tabelle sind die Erträge, die Einstrahlung in die Kollektorebene sowie der Warmwasserverbrauch der letzten drei Jahre gegenübergestellt. Der Systemnutzungsgrad gibt an, wie viel der eingestrahlten Energie letztendlich an den Verbraucher (Warmwasser) abgegeben wird. Die endgültigen Zahlen für das Jahr 2008 sind noch nicht verfügbar, da sie sehr von den Wetterbedingungen in den verbleibenden Monaten abhängig sind.

Stagnation des Kollektorkreises

In jeder Solaranlage kann die Situation eintreten, dass die vorhandene Sonnenwärme vom System nicht abgenommen werden kann. Dies kann aufgrund einer Störung, beispielsweise dem Ausfall einer Pumpe geschehen, oder auch dann, wenn derWärmebedarf bereits gedeckt wurde, sodass Temperaturgrenzen einen weiteren Wärmeeintrag in den Speicher nicht mehr zulassen. In diesem Fall erhitzt sich der Kollektor bis zu einer Stillstandstemperatur (bei Flachkollektoren bis über 200 °C, bei Vakuumröhrenkollektoren an die 300 °C) bei der sich Einstrahlungsgewinne und Verluste ausgleichen. Dabei beginnt dasMedium im Kollektor in der Regel zu sieden und Dampf breitet sich im Kollektor, unter Umständen auch im System, aus. Solarsysteme müssen so konzipiert werden, dass sie diesen „Stagnation“ genannten Zustand überstehen, ohne Schaden zu nehmen.

Die Bauart der Kollektoren und die Hydraulik im Kollektorfeld haben einen großen Einfluss auf das Ausdampfverhalten der Anlage in dieser Situation.
Bei einem unten liegenden Kollektoranschluss kann der entstehende Dampf das noch vorhandene Medium aus dem Kollektor heraus in das ausreichend zu dimensionierende Ausdehnungsgefäß drücken und die Ausdampfphase bleibt kurz (gutmütiges Ausdampfverhalten). Bei oben liegenden Anschlüssen wird das Medium nicht verdrängt, sondern in einer lang anhaltenden Siedephase verdampft, bis der Kollektor „leergekocht“ ist (nicht gutmütiges Ausdampfverhalten). Große Mengen Dampf werden in das System gedrückt und können eine hohe Belastung der Bauteile bewirken.

In Trinkwasservorwärmanlagen tritt diese Situation äußerst selten oder nur im Störungsfall auf, da sie so ausgelegt werden, dass derWärmebedarf auch in sommerlichen Schwachlastzeiten immer über dem maximal zu erwartenden Solarertrag liegt. Solare Überschüsse entstehen dadurch praktisch nicht. Bei Trinkwassersystemen mit hohem solaren Deckungsanteil oder Anlagen zur Heizungsunterstützung sind solare Überschüsse in den Sommermonaten und damit häufigere Stagnationssituationen kaum zu vermeiden.

Bei diesen Systemen ist daher auf eine Anordnung mit einem gutmütigen Ausdampfverhalten, einen hochtemperaturbeständigen Wärmeträger sowie ausreichende Ausdehnungskapazitäten besonders zu achten. Grundlegende Forschungsarbeiten und Ergebnisse zum Stagnationsverhalten aus dem Verbundprojekt „Systemuntersuchungen großer solarthermischer Kombianlagen“ sind unter www.solarkombianlagen-xl.info abrufbar.