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Kühlung im Sommer

Zum Thema Kühlung werden folgende Themen behandelt:

Allgemeines zur Kühlung

Das Wichtigste vorweg: Alle hier vorgestellten BUSO-Anlagen hatten im Sommer 2005 keine Probleme durch Überhitzung. Die ungekühlten Anlagen gingen in den Stillstand und liefen nach der nächtlichen Abkühlung am nächsten Tag problemlos weiter. Eine aktive Kühlung ist daher nicht unbedingt erforderlich.

Große, heizungsunterstützende Solaranlagen erzeugen im Sommer mehr Wärme, als abgenommen werden kann. Irgendwann ist der Pufferspeicher voll beladen und die Anlage geht in den Stillstand. In der BUSO-Regelung ist dies der Fall, wenn mindestens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist:

    1. T.Puffer.unten hat 90° erreicht
    2. T.Puffer.oben1 hat 95° erreicht
    3. T.Kollektor hat 130° erreicht

Bedingungen 1 und 2 werden immer vor Bedingung 3 erreicht, in den von mir beobachteten Fällen war es immer Bedingung 1, die zum Anlagenstillstand führte.

Laut BUSO erreichen die Kollektoren auf dem Prüfstand eine maximale Stillstandstemperatur von 185°, in der Praxis weniger. Kritisch, weil u.a. schädlich für das Frostschutzmittel, wird in der Fachwelt eine Temperatur von 200° angesehen. Sofern die Anlage ausreichend Druck hat und das Ausdehnungsgefäß ausreichend groß ist, sollte es bei einer BUSO-Anlage also keine Schwierigkeiten im Stillstand geben.

Das allerdings die BUSO-Kollektoren im Stillstand nicht heißer als 140° werden, ist ein Gerücht. Es entstand aus der Tatsache, dass der verwendete Kollektorfühler vom Typ KTY10 nur bis ca. 140° messen kann. In der Auswertung sieht es also so aus, als ob die Kollektortemperatur im Stillstand bei 140° stehen bliebe, in der Realität ist sie höher, sie kann nur nicht mehr gemessen werden.

Trotz allem habe ich im Sommer 2005 die Anlage aktiv gekühlt, um einen Stillstand zu vermeiden. Auch wenn ein Stillstand nicht schädlich ist, nehme ich rein gefühlsmäßig an, dass kein Stillstand trotzdem schonender ist (dies kann ich aber nicht belegen). Außerdem kann ich im Sommer beruhigter in den Urlaub fahren...

Zur Kühlung stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung:

Heizen der Kollektoren in der Nacht mit Hilfe der Kühlfunktion des UVR1611. Dieses Verfahren hat sich als ineffizient herausgestellt, ist aber manchmal das einzig mögliche. Offensichtlich ist die Abstrahlung der Kollektoren sehr gering (was für die Kollektoren spricht). Bei einer 14-m²-Anlage beispielsweise konnte damit pro Stunde nur ca. 1 kWh “verheizt” werden, und das bei einem relativ hohen Stromverbrauch.

Heizen eines Kellers/Nebenraums in der Nacht mit Hilfe eines speziell dafür programmierten Heizkreises. Wenn es Heizkörper im Keller oder einem Nebenraum gibt, kann hiermit effizient Energie vernichtet werden. Ideal ist es, wenn ein Fenster über Nacht geöffnet bleiben kann. Dieses Verfahren eignet sich auch zum Trockenhalten feuchter Keller in Altbauten. Wir heizen damit die Waschküche in einem Nebengebäude und können nebenbei über Nacht eine Waschmaschinenladung Wäsche trocknen. Die “Heizkühlung” wird automatisch abgeschaltet, wenn eine bestimmte Temperatur in der Puffermitte unterschritten wird.

“Löschwasser” aus dem Heizkessel in den Puffer pumpen. Wenn man über einen großen Heizkessel verfügt und die Kesselladepumpe von dem UVR1611 gesteuert wird, kann man bei einem bestimmten Schwellenwert das kellerwarme Wasser aus dem Kessel in den Puffer und umgekehrt heißes Wasser in den Kessel pumpen. Bei meinem Viessmann-Kessel mit 70 Liter Inhalt und viel Stahl kann ich in hiermit in wenigen Minuten etwa 10 kWh “vernichten”, wobei der Stromverbrauch minimal ist. Der Schwellenwert ist so gewählt, dass die Löschfunktion kurz vor Erreichen der obigen Stillstandsbedingungen aktiviert wird.

Außerdem besteht die Möglichkeit, die Drehzahl der Primärkreispumpe mit dem Stufenschalter an der Pumpe auf das Minimum zu stellen, sofern dies noch möglich ist. Dadurch steigen die Temperaturen im Kollektor, was durch die höhere Abstrahlung den Wirkungsgrad verringert. Dadurch wird weniger Energie geerntet, obwohl die Temperatur höher ist, und die Stillstandsbedingungen werden nicht so schnell erreicht.

Wie die einzelnen Verfahren im UVR1611 programmiert werden, erläutere ich rechtzeitig vor Beginn der heißen Jahreszeit.

Kühlen mit Hilfe des Heizkessels

Bei diesem Verfahren wird, wie oben beschrieben, kühles Wasser aus dem Kessel in den Puffer gepumpt, sofern sich der Kessel dafür eignet. Er sollte schon einen gewissen Wasserinhalt und eine entsprechende Masse haben, eine Gastherme ist dafür sicherlich nicht geeignet.

Für diese Funktion wird das Modul “Ladepumpe” des UVR1611 betrachtet. Normalerweise dient dieses Modul dazu, eine Ladepumpe zu steuern, die einen Puffer mit heißem Wasser aus einem Kessel belädt, wenn ein bestimmter Grenzwert erreicht ist. Mit den entsprechenden Eingangsvariablen kann man diese Funktion aber auch “umgekehrt” benutzen: der kalte Kessel wird mit heißem Wasser aus dem Puffer “beladen”.

Im folgenden Beispiel ist der Grenzwert T.Puffer.unten = 88°, da bei meiner Anlage die Abschaltbedingung 1 (siehe oben) zuerst erreicht wird. Sollte bei Ihrer Anlage Bedingung 2 zuerst eintreffen, müssen Sie die Funktion entsprechend abändern.

Diese Funktion ist bei meiner Anlage immer “scharf” geschaltet (d.h. Freigabe erteilt), da die auslösenden Bedingungen im Winter und Frühjahr sowieso nie erreicht werden können.

Kühlen mit der Kühlfunktion des UVR1611

Der UVR1611 besitzt eine Kühlfunktion, die in der BUSO-Standardprogrammierung aber nicht serienmäßig vorhanden ist, sondern nachträglich hinzugefügt werden muss. Bei diesem Kühlverfahren wird nachts heißes Wasser aus dem Puffer auf das Dach gepumpt, damit die Kollektoren Wärme in die kühle Nacht abgeben können. Soweit die Theorie. In der Praxis ist die Wärmeabgabe aber reichlich dürftig, was für die gute Isolierung der Kollektoren spricht. Wer es dennoch probieren möchte, findet nachfolgend die nötige Programmierung.

Als Eingangsvariable muss ein Sensor angegeben werden, z.B. T.Sp.Mitte, also die Puffermitte. Sie sind hier flexibel und können beispielsweise auch die obere oder untere Temperatur des Puffers mit entsprechend Schwellenwerten verwenden. Da das heiße Wasser jedoch unten aus dem Puffer entnommen und in der Mitte gekühlt eingeleitet wird, dürfte sich T.SP.oben während der Kühlung jedoch wenig ändern. Als Parameter geben Sie eine Referenztemperatur an (z.B. 85°) sowie Ein- und Ausschaltdifferenz (z.B. 5 K und -10 K). In diesem Beispiel würde die Kühlung bei 90° einsetzen und bei 75° abgeschaltet werden, sofern nicht das definierbare Zeitfenster vorher endet (was nicht unwahrscheinlich ist).

Als Ausgangsvariable geben Sie unter “Drehzahlregelung” den Ausgang der Sekundärpumpe an (normalerweise 1) sowie unter Kühlung den Ausgang der Primärpumpe (normalerweise 1), der ohne Drehzahlregelung einfach geschaltet wird. Mit dem Parameter “Stellgröße” legen Sie die Drehgeschwindigkeit der Sekundärpumpe fest. TA empfiehlt hier möglichst kleine Werte, um den Stromverbrauch in Grenzen zu halten.

Eine fertige Kühlfunktion könnte beispielsweise so aussehen:

30.04.2007: Von einem Leser kamen noch weitere Tipps: Die Kühlung funktioniert besser, wenn man auch den Ausgang 3 mit der Kühlfunktion schaltet. Dadurch wird das Topladeventil aktiviert und das gekühlte Wasser wird oben in den Puffer geleitet. Außerdem sollte man die Temperaturdifferenz zum Abschalten nicht zu großzügig festlegen, die die Kühlfunktion eine Eigenart hat: Wenn die Ausschaltdifferenz nicht erreicht wurde, wenn das Zeitfenster abgelaufen ist, läuft die Kühlfunktion in der nächsten Nacht weiter, auch wenn dann die Einschaltschwelle nicht erreicht ist.

Kühlen mit Hilfe eines speziellen Heizkreises

Leider habe ich momentan nicht genug Zeit für eine ausführliche Beschreibung, daher gibt es zu diesem Thema nur eine Kurzbeschreibung.

Wenn Sie einen oder mehrere Heizkörper in einem Neben- oder Kellerraum haben, können Sie damit effizient Ihren Puffer kühlen. Schließen Sie alle anderen Heizkörper im Haus und stellen Sie die Heizkreispumpe auf die geringste Stufe (ideal ist eine druckdifferenzgesteuerte Pumpe). Programmieren Sie eine Vergleichsfunktion und einen Heizkreis, wie sinngemäß unter Heizen ohne Brenneranforderung beschrieben. Die wesentlichen Unterschiede sind:
A. Der Heizkreis wird freigegeben, wenn der Grenzwert überschritten ist (nicht unterschritten).
B. Der Eingang für den Außenfühler wird auf “Benutzer: unbenutzt” gesetzt.
C. Die Vorlauftemperatur wird auf “Fixwert” gesetzt. Als Fixwert habe ich 65° eingestellt.

Als Grenzwert in der Vergleichsfunktion verwende ich T.Puffer.Mitte > 75°. Je nach Gegebenheiten müssen Sie mit diesem Wert experimentieren, damit möglichst nur so wenig gekühlt wird, um einen Stillstand gerade so zu vermeiden. Als Zeitfenster habe ich 0:00 bis 6:00 Uhr eingestellt, weil durch die kühlen Nachttemperaturen effizienter gekühlt wird, es könnte aber auch sinnvoll sein, tagsüber parallel zum Solarbetrieb zu kühlen und einen höheren Grenzwert zu verwenden.

Das Thermostatventil des zur Kühlung verwendeten Heizkörpers in der Waschküche vertrug sich nicht gut mit der hohen Vorlauftemperatur, die ich zum Kühlen verwende, und sperrte trotz Maximalstellung in Intervallen den Heizkörper ab. In Solstat sah dies so aus:

Als Folge nahm die Kühlleistung rapide ab. Die Lösung war, im Sommer das Thermostat des Heizkörperventils abzuschrauben, sodass das Ventil immer maximal geöffnet war.