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Energiemanagement heute

Als Besitzer eines Eigenheims hat man heute die Wahl zwischen zahlreichen, ausgereiften Möglichkeiten zur eigenen Energieversorgung. Die Auswahl erfolgt hierbei unter dem Gesichtspunkt der Wirtschaftlichkeit, des Umweltschutzes und der Versorgungssicherheit.
Als Ergebnis dieser Überlegungen erfolgt die Entscheidung oft zugunsten mehrerer Wärmeerzeugern. Beispielsweise ein Gasbrennwertgerät als Hauptenergiequelle, eine Solaranlage zur Reduzierung der zu kaufenden Energie, und ein Kachelofen für die Behaglichkeit und als zweite Energiequelle. Durch Erzeugen der benötigten Energie im eigenen Haus wird ein Stück Unabhängigkeit von Energielieferanten und Preissteigerungen erreicht. Der einfachste Weg, zu diesem Ziel, ist die Nutzung der Sonne. Da die für Solarenergie nutzbaren Flächen eines Hauses begrenzt sind, ist dem Einsatz der thermischen Solarenergie Vorrang zu geben. PV-Anlage können pro m² Dachfläche ca. 130kWh im Jahr erzeugen. Eine thermischen Solaranlage erreicht auf gleicher Fläche ca. 350 bis 500kWh und somit das ca. Dreifache an Ertrag, die zur eigenen Nutzung zur Verfügung stehen. Wirtschaftliche Überlegungen, die heute korrekt sind, können durch politischen Einfluss (Subventionen) oder durch weltpolitische Ereignisse, bereits morgen überholt sein. Ein probates Mittel, sich diesem Einfluss weitestgehend zu entziehen, ist ein möglichst geringer Energiebedarf, der bereits erwähnte, hohe Anteil an selbst produzierter Energie, sowie die Möglichkeit, den Brennstoff bei Bedarf möglichst flexibel und einfach zu ersetzen. Die angeführte Kombination erreicht durch die Solaranlage, die bereits im Altbau einen Deckungsanteil der benötigten Energie von 20 bis 30% erreichen kann, eine Minderung der zugekauften Energie (Gas). Der Brennwertkessel nutzt die eingesetzte Energie effizient und der Kachelofen mit Wassertasche ermöglicht es dem Besitzer den Verbrauch des Gases zu reduzieren oder bei Bedarf komplett zu ersetzen. Somit wird die Abhängigkeit von einem Brennstoff verringert. Die daraus entstehende Heizungsanlage ist komplex und bedarf eines guten Managements. Ein einfaches Zusammensetzen verschiedener Heizungsgruppen und Regelungen verursacht, durch mangelnde Kommunikation, Reibungsverluste. Komplettsysteme von Kesselherstellern optimieren erstrangig ihren Kessel. Wünscht der Kunde jedoch die Einbindung eines weiteren Energieerzeugers, wird dieser meist stiefmütterlich behandelt. Ein ausgewogenes Wärmemanagement behandelt alle Wärmerzeuger gleichwertig und setzt diese nach ihren Fähigkeiten ein.

Zusammenspiel von Regelung und Hydraulik

Um eine Solaranlage möglichst effektiv zu nutzen, ist es unter anderem erforderlich, dass diese möglichst schnell die Temperaturen erreicht, welche der Nutzer in seinem Eigenheim benötigt und die geerntete Energie, ohne den Umweg über den Schichtenspeicher, direkt an die Verbraucher (z.B. Heizkörper oder Fußbodenheizung) herangeführt wird. Gleichzeitig muss die Regelung erkennen, dass bereits Energie in die Heizungsanlage eingebracht wird und den Start des Brennwertkessels verhindern. Dies ist jedoch nur möglich, wenn:
– die Regelung erkennt, welche Energiemenge von der Solaranlage eingebracht wird
– bekannt ist, welche Energiemenge im Haus benötigt wird
– die Regelfunktionen der Solaranlage und des Gaskessels miteinander verknüpft sind
– die Energie der Solaranlage den Heizkreisen direkt zugeführt werden kann,
– Regelung und Hydraulik aufeinander abgestimmt sind
Die Einspeisung der Solaranlage ist einer der wesentlichen Punkte der Gesamteffizienz eines Wärmemanagementsystems. Herkömmliche Solarstationen kennen für die Einspeisung der Solarenergie lediglich den unteren oder den oberen Teil des Speichers. Hat die Solaranlage ein Temperaturniveau erreicht, welches für die Versorgung der Heizkreise ausreichend wäre, dabei aber das Niveau des oberen Speicherbereichs noch nicht erreicht, muss bei diesen Anlagen die Energie weiterhin im unteren Bereich eingebracht werden. Somit wird weiterhin hohe Temperatur auf das Niveau für die Heizkreise gemischt und die Solarenergie wärmt lediglich den Speicher im unteren Bereich vor, ohne einen direkten Nutzen zu erbringen. Mit einer, über die Standardlösungen hinausgehenden, ausgereiften 3-Punkt-Regelung und deren korrekter, hydraulische Einbindung, wird die Energie der Solaranlage den Heizkreisen unmittelbar zur Verfügung gestellt. Dies wird erreicht, da diese ohne den Umweg über den Speicher und unabhängig von dessen Temperatur geschieht. Überschüssige Energie der Solaranlage wird weiterhin in den unteren Bereich des Speichers eingebracht. Zusätzlich erforderliche Energie wird nach Bedarf aus dem Speicher beigemischt. So wird der Verbrauch des bevorrateten, wertvollen heißen Wassers aus dem Speicher verhindert und steht für die Warmwasserbereitung zur Verfügung. Der Kessel heizt seltener nach und die Solaranlage hat länger die Möglichkeit den Wärmebedarf alleine bereitzustellen.

Zentrale Regelung

Im Oktopus – dem Energienavigator der ThermWerk GmbH – wird dies durch den Zentralregler und einer optimierten Hydraulik gewährleistet. Der Unterschied im Ergebnis zwischen dem Einspeisen der Solarenergie in den Speicher und der Direktnutzung durch die Heizkreise, wird in der Grafik dargestellt. Wie am Beispiel zur Einbindung einer Solaranlage verdeutlicht, ist ein unmittelbares Zusammenspiel von elektrischer und hydraulischer Regelung erforderlich, um Energie zur richtigen Zeit an den richtigen Ort zu bringen um sie so bestmöglich und effizient einzusetzen.

Nutzung der Bypassfunktion

Beim Vorhandensein eines Hochtemperaturheizkreises (HK) und eines Niedertemperaturheizkreises (FBH) ist die Nutzung einer Bypassfunktion möglich. Hierbei wird der relativ warme Rücklauf des Heizkörperheizkreises im Vorlauf der Fußbodenheizung direkt weiterverwendet und nicht dem Speicher zugeführt. In den Schichtenspeicher gelangt somit nur das kalte Rücklaufwasser der Fußbodenheizung. So steht Brennwertanlagen – trotz der vorhandenen Heizkörper – kälteres Wasser zur Verfügung, wodurch sich die Betriebsbedingungen verbessern. Die Solaranlage wird, bedingt durch die niedrigere Temperatur im Pufferspeicher, schneller einen Ertrag erwirtschaften. Und bei Holzkesseln steht, durch die bessere Ausnutzung, effektiv mehr Speichervolumen zur Verfügung. Diese Effekte können nur durch ein gutes Wärmemanagementsystem genutzt werden, da alle Komponenten – angefangen bei der Wärmeerzeugung – die Speicherung und Verteilung der Energie, zu den Wärmeabnehmern, von nur einer zentralen Regelung gesteuert werden. Durch sein übergreifendes Wissen, ergeben sich darüber hinaus noch weitere Regelungsvorteile, die zu einer effizienten Energieausnutzung beitragen:
– bedarfsabhängige Blockierung der Kessel untereinander. So kann bei Nutzung eines Kachelofens festgelegt werden, nach welcher Zeit ein weiterer Kessel unterstützend mit eingreifen darf.
– wahlweise Vorrangschaltung der Kessel mit Vorgabe der Zeit wie lange er alleine arbeiten muss. Einsatz je nach verwendeter Kesselart. Somit kann einem besonders wirtschaftlichen Kessel z.B. einem BHKW, für eine bestimmte Zeit, Vorrang gegeben werden, um diesen bestmöglich zu nutzen.
– die Unterstützung eines Kessels durch einen weiteren, erfolgt nur bei Brauchwasseranforderung oder auch bei Heizungsanforderung.
– zusätzliche Einstellmöglichkeit von Sperrzeiten und eine Zwangsaufheizung für die Kessel, um der Solaranlage Vorrang zu geben oder effektiv Nachtstrom zu nutzen.
– Art und Anzahl der Ausgänge für die Kesselansteuerungen (Öffner/Schließer, 0 bis 10V).
Diese Möglichkeiten werden im Oktopus – dem Energienavigator der Fa. ThermWerk, effektiv genutzt, da Wärmemanagement deutlich mehr bedeutet, als der Zusammenbau einzelner Baugruppen auf engem Raum. Der Oktopus versinnbildlicht die Aufgaben eines guten Wärmemanagements: Ein schlauer Kopf – viele Arme.

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