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Durch Nutzung von Wärmerückgewinnungspotenzialen und Solarwärme zu 100% solar versorgten Gebäuden

Bei Niedrigenergie- und Passivhäusern ist der Energiebedarf für Warmwasser oft größer als der Raumwärmebedarf. Zusätzlich sind für das Erreichen des Warmwasserkomforts vielfach höhere Temperaturen gefordert als für das Erreichen des Raumwärmekomforts. Dadurch steigt die Relevanz des Energiebedarfs für Warmwasser mit zunehmendem Dämmstandard der Gebäude, weshalb es eine absolute Notwendigkeit ist, sinnvolle Warmwasser-Konzepte zu entwickeln. Wobei eine solche Konzeptentwicklung bei der Bereitstellung über die Speicherung und Verteilung bis hin zur Abwasser-Wärmerückgewinnung ansetzen muss.

Eine weitere Motivation ergibt sich aus der Tatsache, dass selbst in Niedrigenergie- und Passivhäusern das Erreichen von hohen solaren Deckungsgraden (80-100%) in der Wärmebereitung derzeit nur mit sehr hohem Aufwand (sprich großer Kollektorfläche und großem Energiespeicher) realisiert werden kann. Im Verhältnis zur eingesparten Energie können solche Aufwendungen für solarthermische Anlagen gerade bei geringem Gesamt-Energiebedarf aus finanzieller Sicht kaum gerechtfertigt werden. Ein wesentlicher Sprung von sehr hohen Investitionskosten auf ein tieferes Niveau kann nur dann erreicht werden, wenn die Solaranlage garantiert 100% des Wärmebedarfs abdeckt und dadurch auf eine Zusatzheizung gänzlich verzichtet werden kann.

Genau diese Aspekte werden vom Institut für Wärmetechnik an der TU Graz und von AEE INTEC im Rahmen des Forschungsprojektes „Nutzung von Wärmerückge­winnungs­potenzialen“ (beauftragt im Rahmen der österreichischen Programmlinie „Haus der Zukunft plus“) untersucht. Schwerpunktmäßig werden dabei die folgenden zwei Maßnahmen hinsichtlich ihrer Reduktionsmöglichkeit von Solarkollektor­fläche, Energie­speicher­volumen und Investitionskosten behandelt:

  • Einsatz einer Klein-Wärmepumpe, die bei fehlendem Kollektorertrag den oberen Bereich des Speichers auf Soll-Temperatur hält und die dafür benötigte Wärme dem unteren Bereich des Speichers entzieht (relativ geringe Investitionskosten, da keine Erdkollektoren oder Tiefensonden als Wärmequelle für die Wärmepumpe benötigt werden).
  • Abwasser-Wärmerückgewinnung auf unkompliziertem Weg (keine Zwischen­speicherung des Abwassers). Zum Beispiel mittels „heat pipes“ direkt in den unteren Bereich des Solarspeichers.

Die Einbindung einer Wärmepumpe bietet den entscheidenden Vorteil, dass im unteren Bereich des Speichers Temperaturen um die 4°C erreicht werden können, was für den Kollektorertrag im Winter sowie für die Abwasser-Wärmerückgewinnung ein hohes Potential in der entscheidenden Saison des Jahres eröffnet. Platzbedarf und Investitionskosten einer Wärmepumpe und eines Abwasser-Wärmetauschers sind relativ gering im Vergleich zu den Einsparungen, welche durch die Reduktion von Kollektorfläche und Speichergröße erzielt werden können. Abwasser-Wärmerückgewinnung und die Kopplung von Sonnenkollektoren mit Wärmepumpen bilden hier die Basis für die Entwicklung eines Low-Exergy Konzeptes und können eine interessante Alternative zu vielfach zum Einsatz kommenden Stromdirektheizungen bzw. Luft-Wasser-Wärmepumpen in Niedrigstenergie- und Passivhauskonzepten darstellen.


Projektleitung

Ing. Christian Fink

Auftraggeber

Haus der Zukunft plus  http://www.hausderzukunft.at/

Projektpartner

Institut für Wärmetechnik, TU-Graz