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Gebäudeheizung und Warmwasserbereitung
Ausgangssituation
Bilder-Gallerie
Der zentrale Ölheizofen unseres Einfamilienhauses war 1980 angeschafft worden
(vorher Kohleofen). Wegen der strenger gewordenen Abgasvorschriften wurde
2010 dessen Ölbrenner gegen einen sogenannten "Blaubrenner"
ausgetauscht.
Im Heizofen war ein 150 Liter fassender Brauch-Warmwasser-Boiler intregriert.
Ein Teil des Heißwassers aus dem Ofen wurde bei Bedarf an Brauch-Warmwasser
durch eine im Boiler befindliche Wärmetauscher-Rohrschlange gepumpt
("Ladepumpe"). Im Boiler befand sich auch ein 3,6 kW
-Tauchsieder, mit dem im Sommerhalbjahr warmes Brauchwasser mit verbilligtem
Nachtstrom erzeugt wurde.
Da wir unser 7 Zimmer -Haus nur zu zweit bewohnen, war der
150 Liter -Boiler groß genug, nicht jedoch für eine größere Familie, die
nach uns darin wohnen soll. Zudem beschlossen wir, das Brauchwasser
wenigstens im Sommerhalbjahr künftig mit Sonnen-Kollektoren zu erwärmen und
die entsprechenden Änderungen jetzt und größtenteils durch eigene
Montagearbeit vorzunehmen.
Auswahl eines neuen Boilers und zweier Sonnen-Kollektoren
Der Boiler wurde durch einen doppelter Größe (300 Liter) ersetzt, und es
wurden Sonnen-Kollektoren entsprechender Größe (2 Stück, zusammen
4,5 Quadratmeter Kollektorfläche) montiert.
Ein Boiler der vorgesehenen Größe war zu hoch (etwa 140 Zentimeter), um
ihn wie den bisherigen über dem Feuerraum des Ofens platzieren zu können. Er
musste getrennt neben dem Ofen auf den Kellerboden gestellt werden. Der Ofen
konnte ohne größeren Änderungs-Aufwand an den an einer Seite konzentriert
angeordneten Hausheizwasser-Rohrleitungen gerade ausreichend seitlich
versetzt werden, so dass der neue Boiler Platz fand. Nach Entfernen des
bisherigen Boilers erreichte der Ofen nur noch Tischhöhe. Die bisherigen
Blechwände wurden erniedrigt, und der Blechdeckel inkl. der Steuer- und
Bedienelemente wurde entsprechend tiefer montiert.
Abb.1 bisherige Ofen-Boiler-Kombination; Blechwände beidseits des Boilers bereits entfernt
Abb.2 auf die Heizwassererzeugung reduzierter alter Ofen; neuer
separat stehender Boiler (links hinten )
Dach-Montage der Sonnen-Kollektoren
Das einfache Giebeldach unseres Hauses ist im oberen, für die
Sonnen-Kollektoren geeigneten Teil etwa 35° gegen die Horizontale steil. Die günstige
Dachflächenhälfte ist ziemlich genau gegen Süd-West gerichtet.
Die Kollektoren wurden in inzwischen handelsüblicher
"In-Dach-Bauart" angebracht. Die traditionelle Dopplung der
Dachhaut am Platz der Kollektoren bei "Auf-Dach-Bauart" hielten wir
für widersinnig. Die Dachpfannen unter ihnen wurden als überflüssig entfernt,
denn die Kollektoren funktionieren zusätzlich auch als Regen- und Schneedach.
Abb.3 zwei Flach-Kollektoren im oberen, steileren Dachteil, Richtung gegen Südwest
Steig- und Fall-Leitungen zwischen Heizungskeller und Dach
Als Steig- und Fall-Leitung des Solar-Wasserkreises zwischen Heizungskeller
und Dach konnten zum Teil zwei eiserne Heizungsrohre, die bis unter die Decke
des oberen (ersten) Stockwerks reichten, benutzt werden. Sie führten zu einem
dort unter der Decke angebrachten Heizkörper, von dem oben heraus die
Ausdehnungs-Überlaufleitung in den Spitzboden und seitlich durch die Dachfläche
ins Freie führte. Für den Druckausgleich durch das Erhitzen des
Heizungswassers hatten wir kurz vorher, als dieser bewusste Heizkörper
durchgerostet war (Wartungsfehler: zu niedriger Wasserstand), einen
Druckausgleichsbehälter im Keller montiert (s. Abb.2, rechts oben).
Die beiden Rohre verlangten bis in den Spitzboden hinauf nur eine kurze
Verlängerung, wo sie mit handelsüblichen isolierten flexiblen Leitungsstücken
an die Kollektoren (auf gleiche Weise im Keller an den neuen Boiler, siehe Abb.2,
oben) angeschlossen wurden.
< < Abb.4 drei Wasser-Kreise durch und ein Tauchsieder im neuen Boiler
R1 bis R3 = Temperatur-Messtellen
↑ ↑ Abb.5 die Ein-Aus-Steuerung der beiden Wasser-Kreis-Pumpen
mit Temperatur-Werten an drei Messstellen
Temp.-Sensoren S2 und SR an Stellen R3 und R2 in Abb.4
Steuerung der Anlage
Die Steuerung des Tauchsieders arbeitet wie bisher unabhängig von den
Wasserkreisläufen. Sein Strom wird mit der sogenannten
"Rundsteuerung" unseres Stromlieferanten zu bestimmten Nachtstunden
eingeschaltet; das aber nur wirksam wird, wenn das den Thermostat umgebende
Brauchwasser den an ihm eingestellten Sollwert wegen Mangel an Sonnenschein
am vergangenem Tag unterschritten hat. Die beiden Pumpen werden von einer im
Handel erworbenen universalen (d.h. mehr als passenden) elektronischen
Steuerung ein- und ausgeschaltet. Die alte Steuerung der "Ladepumpe"
aus vorelektronischer Zeit hatten wir vorsorglich aufbewahrt. Als wir erst in
diesem Jahr von Hand-auf vollautomtische Steuerung übergingen, stellten wir
fest, dass die neue Steuerung diese Aufgabe unter dem Stichwort
"Thermostatfunktion zum Zweck einer Nachheizung [des
Brauchwassers]" auch mit erledigen kann
Montage und Inbetriebnahme
2017: Am Ende des Winters 2016/17 wurde die Ölheizung außer Betrieb
genommen und der Ölofen sofort ein Stück seitlich versetzt. Die Kollektoren
und ihre Verbindungsleitungen in den Keller waren kurz vorher montiert worden
und konnten jetzt in Betrieb genommen werden. Das solarerhitzte Wasser wurde
vorerst mit der alten "Ladepumpe" durch die
Wärmetauscher-Rohrschlange des alten Boilers geführt und in ihm warmes
Brauchwasser erzeugt. Der ölbeheizte Ofen blieb ausgeschaltet. An wolkigen
Tagen konnte wie bisher warmes Brauchwasser mit dem alten Tauchsieder im
alten Boiler erzeugt werden. Die einzige provisorische Nontagearbeit bestand
darin, die Kollektoren in den bisherigen "Ladekreis
einzuschleifen". Die Verbindung dieses Kreises mit den Heizkörpern blieb
bestehen. Geringfügiges Vermischen mit deren Wasser infolge Konvektion blieb
unschädlich, da dem solarerhitzten Wasser vorerst kein Frostschutzmittel
(Glykol) beigegeben wurde. Die Ladepumpe wurde manuell ein- und
ausgeschaltet. Im fogenden Winter wurden die Kollektoren wieder abgetrennt
und entwässert. Bis zum Frühling 2018 erfolgte der Betrieb wieder wie früher.
2018: Zu Beginn des Sommerhalbjahres wurde der neue Boiler aufgestellt
und die Kollektoren an ihn angeschlossen. Im folgenden Sommer wurde wieder
warmes Brauchwasser mit den Solar-Kollektoren erzeugt. Die eigene Pumpe des
jetzt endgültig montierten und frostgesicherten Solar-Kreises wurde vorerst
auch manuell ein- und ausgeschaltet. Der neue, mit Bimetall-Thermostat
versehene Tauchsieder im neuen Boiler übernahm ab sofort die
Brauchwasser-Erwärmung an wolkigen Tagen. Zum Einschalten des verbilligten
Nachtstroms war er an die vorher vom Tauchsieder im alten Boiler benutzte
"Rundsteuerung" des E-Werkes angeschlossen worden.
Während des Sommers wurde der alte kleine Boiler vom Heiz-Ofen abmontiert und
entsorgt. Die Anschlussstellen des jetzt nur etwa halb so hohen Ofens zum
nicht mehr vorhandenen alten Boiler (bzw. seiner Wärmetauscher-Rohrschlange)
wurden mit dem neu eingerichteten Winter-Kreis (s. Abb.5)
verbunden (Stahlrohre, ¾"). Die übernommene "Ladepumpe" blieb
in Nähe des Ofens montiert. Weil die Rohrschlange im neuen Boiler höher liegt
als der den Feuerraum im Ofen umgebende Wassermantel, musste ein
Rückhalteventil in deren Zulauf eingebaut werden. Dessen von einer schwachen
Feder zurückgehaltene Ventilplatte verhindert, dass steigendes Warmwasser
auch dann in den neuen Boiler gelangt, wenn die "Ladepumpe" ausgeschaltet
ist. Der von der eingeschalteten Pumpe erzeugte Druck ist groß genug, um die
Wirkung dieser schwachen Feder zu überwinden. Die "Ladepumpe" wurde
im folgenden Winter wie bisher vom entsprechenden Teil Automatik des wieder
in Betgrieb genommenen Heiz-Ofens ein- und ausgeschaltet. Dafür war der
hydraulische Temperatur-Fühler aus dem alten Boiler in den neuen Boiler
versetzt worden. (Stelle R2, siehe Abb.4). Die Pumpe im Solar-Kreis
wurde vorerst weiter manuell bedient und nur an einigen wenigen besonders
sonnigen Tagen eingeschaltet.
2019: Vor Beginn der Sommer-Saison beschäftigten wir uns endlich mit
der zusammen mit dem neuen Boiler gekauften elektronische
Steuerung. Dabei bestätigte sich die Vermutung, dass deren Inbetriebnahme im
Vergleich zu den bisherigen handwerklichen (sanitäre und elektrische)
Arbeiten ziemlich zeitaufwändig ist. Es dauerte ungefähr zwei ganze Tage, bis
diese - wie üblich auch schlecht geschriebene - Bedienungsanleitung für die
mit einer Vielzahl von Funktionen zudem überladenen elektronischen Baugruppe
wenigstens in den relevanten Abschnitten verstanden war. Zur Wandmontage
gehörte das Verlegen diverser elektrischer Leitungen (Netzanschluss und
Ausgänge zu den Pumpen) und Verbindungen zu den Temperatur-Sensoren. Bei der
vorherigen manuellen Bedienung wurden die Temperaturwerte von mechanischen
Zeigerinstrumenten am neuen Boiler und in den Wasserleitungen zu und von den
Kollektoren abgelesen. Nachdem sich herausgestellt hatte, dass der Winter-Kreis
auch mit der elektronischen Steuerungs bedienbar ist, war nur noch sein
alter hydraulischer Temperaturfühler gegen einen elektrischen (Pt100)
auszutauschen. Die zwei Steckdosen für die zwei Pumpen werden neuerdings über
die Steuerungseinheit unter Spannung gesetzt bzw. spannungsfrei geschaltet.
Zusammenfassung
Die Erweiterung unserer Gebäudeheizung und Warmwasserbereitung ist nun
abgeschlossen. Die Anlage arbeitet auch im derzeitigen besonders heißen Sommer
zufriedenstellend. Die Größe der Kollektorfläche und des Boilervolumens sind
passend zueinander ausgewählt. Wir bekommen an normalen Sommertagen genug
solargeheiztes Brauchwasser, und an keinem der sehr heißen Tage wird die Anlage
überhitzt (Boilertemperatur unter 80°C).
↑ ↑ Auf dem unteren Dachteil kann man ohne Hilfsmittel stehen. Auf den oberen Teil legten wir oben befestigte Leitern, auf denen wir bei der Kollektor-Montage stehen konnten. Wir waren selbstverständlich immer am Kamin befestigten Seilen gesichert, auch wenn wir uns auf dem unteren Dachteil aufhielten.
↑ ↑ In-Dach-Montage: Die Kollektoren liegen auf den Dachsparren (und sind an ihnen angeschraubt); die Dachpfannen wurden überflüssig.
Rechts: linke untere Ecke nach beendeter Montage (Kollektor-Glas noch mit weißer Schutz-Platte bedeckt).
↑ ↑ Die als Steig- und Fallleitung wieder verwendeten zwei Stahlrohre im oberen Stockwerk und im Parterre (in einem Wandschrank). Im linken Bild ist auch das auf dem Schornstein befestigte, zu den Kollektoren führende Temperatur-Sensor-Kabel (Pt100) zu erkennen.
↑ ↑ Unter der Decke im Heizkeller wurden die beiden wieder verwendeten Stahlrohre von der Gebäudeheiz-Anlage getrennt (ursprüngliche Verbindungen rot angedeutet), und an sie wurden die flexiblen Leitungen der Solar-Anlage angeschlossen.
Einer der beiden Rohrstummel an der Heizung ist verschlossen (linkes Bild), am anderen wurde das neu benutzte Temperatur-Ausgleichsgefäß angeschlossen (rechts im rechten Bild).
↑ ↑ Heizofen-Rückseite: Aus dem ursprünglich etwas breiteren Rohrbögen, die den Heizofen mit den Heizkörpern im Haus verbinden, wurden etwa 12 Zentimeter lange Stücke (linkes Bild) herausgetrennt. Das rechte Bild zeigt die wieder zusammen geschweißten Rohre und und den entsprechend nach links verschobenen Heizofen. Das Ofenrohr im Bildvordergrund wurde an seinem im Schornstein befindlichen Ende gekürzt. Oben ist gerade noch die später wieder verwendete "Ladepumpe" zu sehen.
↑ ↑ Nahaufnahme des neuen Boilers, seiner Anschlussleitungen (hydraulisch und elektrisch), Armaturen und elekronischen Steuereinheit (vergrößert im linken Bild). Nur das Ausdehnungsgefäß hinten rechts gehört nicht zu dieser Baugruppe, sondern zur Gebäudeheizung.
Siegfried Wetzel, CH 3400 Burgdorf, Juli 2019
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