Sonne im Netz: Solare Nahwärme für Neubausiedlung in Speyer

Angesichts der Preisentwicklung von Öl und Gas sind zukunftssichere Betriebskosten eine entscheidende Kundenanforderung an den Wohnungsneubau. Die alarmierenden Berichte über den Klimawandel haben zudem Bauherren und Mieter für die Bedeutung der CO2-Einsparung bei der Wärmeversorgung sensibilisiert. Zur Versorgung größerer Liegenschaften haben sich zentrale Nah- und Fernwärmesysteme seit langem bewährt. Wie auf dem Gelände des ehemaligen Schlachthofs in Speyer realisiert, lässt sich durch die Einbindung einer großen solarthermischen Anlage die zur Versorgung notwendige Energiemenge aus fossilen Quellen deutlich senken. Solar unterstützte Nahwärmenetze erweisen sich dadurch als wichtige Option für Neubaugebiete.

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In solar unterstützten Nahwärmesystemen wird die von den Sonnenkollektoren gewonnene Wärme meist über ein eigenes Solarnetz zur Heizzentrale in einen Solarspeicher transportiert und von dort aus über das Nahwärmenetz an die Gebäude verteilt. Die Kollektoren sind in der Regel auf den Dächern der Gebäude montiert oder sogar in die Dachkonstruktion integriert.

Anschluss aller Niedrigenergiehäuser der Siedlung an das Wärmenetz erforderlich

Mit dem Bau der Wohnsiedlung wurde 2003 begonnen. Die ersten Häuser wurden noch von einer provisorischen Fernwärmestation versorgt. Im Frühjahr 2005 waren die Heizzentrale und das Kollektordach installiert. Zurzeit sind über 40 Einfamilienhäuser an das Nahwärmenetz angeschlossen, im Endausbau werden es 61 Wohnhäuser sein. Das von den Stadtwerken Speyer und dem Steinbeis-Transferzentrum in Stuttgart entwickelte Energiekonzept sieht vor, dass ein wesentlicher Teil des Wärmebedarfs mit Solarenergie gedeckt wird. Voraussetzung für einen wirtschaftlichen Betrieb der Nahwärmeversorgung ist der Anschluss aller Häuser an das Wärmenetz sowie die Ausführung der Gebäude als Niedrigenergiehaus.

Knapp ein Viertel der Wärme soll von der Sonne geliefert werden

Der Anschluss an die Nahwärmeversorgung ist für die Bauherren bindend vorgesehen. Bei der Planung wurde ein Jahres-Gesamtwärmebedarf von 762 Megawattstunden (MWh) errechnet. Davon entfallen 501 MWh auf die Gebäudeheizung, 152 MWh sind für die Warmwasserbereitung mit Warmwasserzirkulation vorgesehen und 109 MWh gehen auf das Konto von Netzverlusten. Die Solaranlage soll mit einer Endausbaufläche von 554 Quadratmeter bei einem spezifischen Jahresertrag von rund 309 kWh/m2 jährlich etwa 171 MWh liefern. Dies ergibt einen geplanten solaren Deckungsanteil von gut 22 % am Gesamtwärmebedarf.

Großes Solardach füllt Pufferspeicher mit Wärme

Bislang wurden 352 m2 Solarkollektoren als so genannte Solar Roof-Systeme installiert: Die optisch ansprechenden Kollektoren ersetzen die Dachhaut und sparen somit zusätzliche Kosten für die herkömmliche Dacheindeckung. Die solare Wärme für das Neubaugebiet "Alter Schlachthof" wird über eine Kollektorkreispumpe, den Kollektorkreis-Wärmetauscher und die Ladepumpe in den oberen oder mittleren Bereich des Solar- und Kesselpufferspeichers transportiert. Der obere etwa 13 m3 große Bereich des Puffers wird vom Kessel auf einer mittlere Bereitschaftstemperatur von zirka 68 °C gehalten. Die Netzrücklaufbeimischung sorgt dafür, dass die Netzvorlauftemperatur von 66 °C (anfangs 63 °C) eingehalten wird, besonders auch dann wenn der Speicher von der Solaranlage auf höhere Temperaturen erwärmt wird. Die Wärmeentnahme aus dem Puffer erfolgt durch das Nahwärmenetz, wobei der Netzrücklauf in den Puffer entweder unten oder in ein Drittel der Höhe einströmt (siehe Abbildung).

Erste Betriebserfahrungen ohne nennenswerte Störungen

Die Solaranlage wurde im Frühjahr 2005 mit zunächst nur einem Teil-Kollektorfeld (176 m2) in Betrieb genommen, da zu diesem Zeitpunkt erst wenige Häuser angeschlossen waren. Die Messdatenerfassung war ab Juli 2005 voll funktionsfähig. Die erste reguläre Jahres-Messperiode begann Mitte Februar 2006. Ziel des Messprogramms ist unter anderem die Überprüfung und Optimierung des Betriebsverhaltens, damit die hier gewonnenen Erfahrungen in den Bau neuer Solaranlagen einfließen können, und zusätzlich die Bilanzierung der Energiewerte. Seit Beginn der Datenaufzeichnung lief die Solaranlage ein Jahr lang ohne nennenswerte Störungen. Mitte Oktober 2005 wurde das zweite Kollektorfeld angeschlossen (insgesamt nun 352 m2 aktive Absorberfläche). Im Juli 2006 traten nach einem 5-tägigen Ausfall der Kollektorkreispumpe vorübergehend Probleme mit der Durchströmung der Kollektorfelder auf, die jedoch durch eine neue Einregulierung der Kollektorfelder behoben werden konnten. Die Wärmeübertragung vom Nahwärmenetz an die Gebäude erfolgt in Wärmeübergabestationen mit separaten Wärmetauschern zur Warmwasserbereitung im Durchfluss und für die Raumheizung. Die Wärmemengenzähler der Stationen sind mit einem Datenbus vernetzt. Dadurch können alle Stationen im Betrieb überwacht bzw. optimiert werden. Dies begünstigt niedrige Rücklauftemperaturen, was eine wichtige Voraussetzung für eine gute Effizienz der Solaranlage ist.