Effizienzsteigerung von Pellets-Solar-Systemen für Raumheizung und Warmwasser durch Optimierung der Hydraulik, Regeltechnik und Wärmespeicherung

Systeme, welche Pellets-Feuerungen mit Solarwärme kombinieren, sind heute bereits am Markt. In der Regel verfügen diese Systeme über einen Pufferspeicher, welcher sowohl vom Solarsystem als auch von der Pellets-Heizung zur Speicherung der Wärme verwendet werden kann. Bezüglich der hydraulischen und regeltechnischen Optimierung solcher Systeme im Hinblick auf den größtmöglichen Systemwirkungsgrad stehen jedoch noch viele Fragen offen. Zum Beispiel ist meist unklar, ob und in welchem Ausmaß der Pufferspeicher vom Pellets-Kessel beladen werden soll. Das Beladen verlängert zwar die Laufzeit des Pellets-Kessels und kann eventuell die Effizienz des Kessels erhöhen, jedoch führt ein wärmerer Pufferspeicher zu zusätzlichen Wärmeverlusten durch die Speicheroberfläche und zu vermindertem Solareintrag. Auch ist ein Beladen des Speichers mit kleiner Modulationsstufe des Kessels unter Umständen weniger effizient als das Beladen unter Vollast. Zusätzlich zur massiven Steigerung der Energieeffizienz kann durch eine geschickte Anlagen-Hydraulik und Regelung, insbesondere auch durch eine geschickte Kombination mit Solarwärme, die Anzahl der Takt-Zyklen eines Biomasse-Kessels erheblich reduziert werden, was sich positiv auf das Emissionsverhalten (Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe, Feinstaub) und die Lebensdauer des Kessels auswirkt. In den bereits erwähnten Studien wurden Grundlagen geschaffen, auf welchen in dieser Arbeit aufgebaut werden soll. Neu in dieser Arbeit ist die ganzheitliche Betrachtung von Hydraulik, Regelung und Wärmespeicherung in ihrem komplexen Zusammenspiel und insbesondere auch in Abhängigkeit der geforderten Energie-Dienstleistung, d.h. der Verbraucherabhängigen Last. Sowohl der über das Jahr schwankende Energiebedarf, als auch das vom Verbraucher geforderte Temperaturniveau und die Temperaturspreizung beeinflussen den Wirkungsgrad eines Pellet-Solar-Systems entscheidend, und erfordern unter Umständen eine Anpassung der Regelung und evt. auch der Hydraulik an die spezifischen Anforderungen. In Arbeitspaket 2 (AP2) dieses Projektes werden von 5 Feldanlagen die Last und das Anlagen-Verhalten detailliert analysiert. In zwei der 5 Feldanlagen werden Energie- und Exergieverluste mit zusätzlichen Mess-Instrumenten detailliert erfasst (AP3). Parallel dazu werden 3 Pellets-Kessel verschiedener Größe bezüglich ihrer Effizienz unter nicht-stationären Bedingungen (taktend) sowie bezüglich ihres Auskühl-Verhaltens im Labor ausgemessen (AP4 + AP5). In AP5 wird außerdem ein Pellet-Solar-System komplett im Labor aufgestellt und detailliert vermessen. Aufgrund der Messdaten aus Feldanlagen und Labor werden Simulationsmodelle aufgestellt (AP6), mit welchen die Messdaten nachsimuliert werden (Abgleich des Modells, Abbildung des Ist-Zustandes) und mit welchen anschließend das hydraulische und regeltechnische Verbesserungspotential durch Parameterstudien ermittelt werden kann. In diesen Studien wird auch das Verbesserungspotential durch den Einsatz von Phasenwechselmaterialien (PCM) als Energiespeicher untersucht.