Dimensionierung

Kombianlagen können sehr unterschiedlich dimensioniert werden. Je nach gewünschtem solarem Deckungsanteil kann man das System vergrößern. Sogar eine solare Volldeckung von Heizwärme und Warmwasserbereitung über das Jahr ist möglich – mit entsprechendem Aufwand. Während konservative Strategien die Vergrößerung des Systems zur Warmwasserbereitung mit Zirkulationseinbindung um den Faktor 1,8 empfehlen, rechnen ambitionierte Anbieter für die solare Heizungsunterstützung mit 1 m² Kollektorfläche pro 10 m² Wohnfläche oder empfehlen sogar 20% der Wohnfläche als Solarfläche anzusetzen.

Abbildung 22 zeigt die Kosten der solaren Nutzwärme (gemäß Definition in Solarthermie-2000) abhängig vom solaren Deckungsanteil am Gesamtwärmebedarf des Gebäudes für verschiedene Verbrauchereinbindungen.
Die Kosten sind normiert auf den niedrigsten Wert, den man mit einem System zur Trinkwassererwärmung erzielt (ohne Zirkulationseinbindung in das Solarsystem). Dabei werden zwei Gebäude mit unterschiedlichen Dämmstandards betrachtet:

Im Niedrigenergiehaus vervierfacht sich der Beitrag einer Kombianlage zur Wärmebedarfsdeckung gegenüber dem System zur reinen Warmwasserbereitung, wenn 35% höhere Wärmekosten akzeptiert werden. Im sanierten Altbau sind auch erhebliche Steigerungen möglich, hier bleibt der Deckungsbeitrag eher klein. Betriebswirtschaftlich gesehen lohnt sich die Einbindung der Zirkulation erst ab einer Vergrößerung des Systems zur Trinkwassererwärmung um den Faktor 1,8. Für die Heizungsunterstützung zeigt sich ein Kostenminimum bei einer Vergrößerung um den Faktor 3,2 gegenüber der Referenzanlage, der flache Verlauf der Kurve lässt allerdings durchaus auch größere Auslegungen zu. Die Darstellung in Abb. 22 wurde anhand der Situation in einem sanierten Altbau und einem Niedrigenergiehaus ermittelt. Sie kann nur als Anhaltspunkt gewertet werden, denn ein fester Zusammenhang zwischen Warmwasserbedarf und Heizwärmebedarf ist in der Praxis nicht gegeben. Während der Energiebedarf für Warmwasser durch die Anzahl der Personen, deren Nutzungsgewohnheiten sowie die Zirkulationsverluste bestimmt werden, hängt der Heizwärmebedarf von der Größe der Wohnfläche und dem Gebäudestandard ab.

Gut abgesicherte Ergebnisse existieren für die Dimensionierung von Speichern. Für Anlagen zur Trinkwassererwärmung werden üblicherweise 50 Liter pro Quadratmeter Kollektorfläche angesetzt. In verschiedenen Quellen wird dieses Verhältnis auch für Anlagen zur Heizungsunterstützung genannt. Simulationsrechnungen für Kombianlagen zeigen, dass das Puffervolumen nicht linear mit der Kollektorfläche wachsen sollte, sondern dass die betriebswirtschaftlich besten Ergebnisse mit einer überproportionalen Vergrößerung zu erzielen sind. Für diese überproportionale Vergrößerung kann ein exponentieller Ansatz gewählt werden. Wird also ein Solarsystem zur Trinkwassererwärmung für die Heizungsunterstützung um den Faktor „x“ vergrößert, so wird dieser Faktor zur Berechnung der Speichergröße mit dem Exponenten 1,3 bis 1,35 potenziert. Das Ergebnis ist der Vergrößerungsfaktor für das Speichervolumen.

Verbraucher und Solarsystem

Da die Effizienz eines Solarsystems entscheidend von den Arbeitstemperaturen abhängt, können die Erträge durch Senkung der Rücklauftemperaturen deutlich gesteigert werden. Bei Kombianlagen erfordern die Erwärmung des Trinkwassers, die Heizwärmeversorgung und der Ausgleich der Zirkulationsverluste jeweils sehr unterschiedliche Verbrauchstemperaturen und Temperaturspreizungen.
Diese sind für:

• Gezapftes Warmwasser (mit Wärmetauschersprung von 5 K): 15 – 65 °C – je nach Systemvariante
• Warmwasser-Zirkulationsrücklauf (mit Wärmetauschersprung von 5 K): 60 – 65 °C
• Heizung (ohne Wärmetauschersprung, da kein Wärmetauscher notwendig): 22 bis 65 °C (je nach Heizsystem im Gebäude und je nach Witterung).
  
  

Diese drei Verbraucher sollten auf jeden Fall ihrem Temperaturniveau entsprechend jeweils separat mit einem eigenen Wärmetauscher an das Solarsystem angekoppelt werden. So ist auch eine saubere hydraulische Trennung gewährleistet. Das Warmwasser-Zapfsystem erfordert die höchsten Temperaturen und mit hoher Temperaturspreizung, liefert aber auch niedrige Rücklauftemperaturen. Der Vorlauf wird ganz oben am Speicher angebunden, der Rücklauf sollte unten in den Solarpuffer eingespeist werden. Wegen des schwankenden Temperaturbereichs ist eine geschichtete Einspeisung zweckmäßig, z. B. über speicherinterne Schichteinrichtungen.

Das System mit der höchsten Rücklauftemperatur ist die Warmwasser-Zirkulation. Deren Einspeisung muss also weit oben im Solarpuffer erfolgen. Eine geschichtete Einspeisung ist wegen des geringen Variationsbereichs der Temperatur hier nicht nötig. In welcher Höhe der Rücklauf aus dem Heizsystem eingespeist wird, hängt von dem vorhandenen Heizsystem ab. Bei Niedertemperaturheizungen speist man tiefer ein als bei knapper dimensionierten Radiatorsystemen mit hoher Betriebstemperatur. Wegen der Abhängigkeit der Rücklauftemperatur von der Außentemperatur ist eine geschichtete Einspeisung sinnvoll. Umschaltventile sorgen dafür, dass die Rückläufe aus allen drei Verbrauchskreisen am Solarpuffer vorbei in den Kesselpuffer geführt werden, wenn deren Temperatur höher ist als im oberen Teil des Solarpuffers – andernfalls würde der Solarpuffer durch konventionelle Energie erwärmt und die Arbeit des Solarsystems eingeschränkt. Für den Kessel wurde in der Systemschaltung nach Abb. 23 ein Kesselpuffer vorgesehen. Dieser Puffer hat den Sinn, dem Kessel eine Mindestlaufzeit zu sichern und ein häufiges Kesseltakten zu vermeiden.