Foto: Frontansicht des Bürohauses Tattendorf

PREFA Energiedach

Entwicklung eines Aluminium-Energiedaches zur Speisung einer Wärmepumpe für die Heizungs- und Warmwasserbereitung

Kurzbeschreibung

Status

abgeschlossen

Kurzfassung

Mit geringem technischen Aufwand sollen ganzjährig größtmögliche Wärmemengen unter Nutzung eines PREFA Aluminiumdaches, zur optimalen Speisung einer Wärmepumpe, gewonnen werden. Das Dach stellt dabei die Energiequelle dar, welches die täglich benötigte Energie zum Heizen- und Warmwasserbereiten zur Verfügung stellt.

Motivation, Ziele, Methode

Die Neuentwicklung der Firma PREFA Aluminiumprodukte nutzt im Gegensatz zu herkömmlichen und bereits bisher am Markt befindlichen Solarsystemen die gesamte Dachfläche als Solarkollektor, um die Energie für Heiz- und Warmwasserbereitung zur Verfügung zu stellen. Die bei Sonnenschein über das mit Wasser berieselte Dach gewonnene Niedertemperaturwärme, wird in einer unter der Erde angebrachten Regenwasserzisterne gespeichert. Aus diesem Speicher wird die Wärme über einen Wärmetauscher und eine angeschlossene Sole-Wärmepumpe dem Heizkreislauf des Gebäudes bzw. der Warmwasserbereitung zugeführt. Dabei wird auch die Latentwärme des Wassers durch Vereisung des Wärmetauschers genutzt.

Die Energiedach Heiz- und Warmwasserbereitung besteht aus den in Abbildung 1 schematisch dargestellten Komponenten. Das Wasser aus der Zisterne wird mittels einer Pumpe dem Bewässerungsrohr zugeführt. Das gleichmäßig mit Wasser berieselte Aluminiumdach wird durch die Globalstrahlung erwärmt und gibt einen Teil der Wärme an das darüber fließende Wasser ab. Anschließend wird das aufgewärmte Wasser von der Dachrinne aufgenommen und über ein Abflussrohr der Zisterne zugeführt. In der Zisterne befindet sich ein Wärmeübertrager, über den die Wärme einer Wärmepumpe zugeführt wird. Die Zisterne ist als Eisspeicher ausgeführt (Wärmeübertrager vereist), dadurch kann bei Bedarf auch die Latentwärme des Eises genützt werden.

Zur Bestimmung einer Kollektorkennlinie wurden bei der Firma PREFA Messungen durchgeführt. Die relevanten Größen zur Wirkungsgradbestimmung wurden dabei über mehrere Monate hinweg aufgenommen und Mittelwerte gebildet. Aus den daraus erhaltenen Punkten konnte eine Wirkungsgradkennlinie des Kollektors (mit Wasser berieseltes Aluminiumdach) erstellt werden. Im Rahmen der Zusammenarbeit wurde am Institut für Wärmetechnik ein einfach zu bedienendes Simulationsmodell (TRNSED) erstellt, das als Grundlage für eine ökonomische Analyse herangezogen werden kann.

Das Modell ist unter der Simulationsumgebung TRNSYS16 aufgebaut und nutzt zur Abbildung des Eisspeichers ein am Institut für Wärmetechnik entwickeltes Modell. Für die Auswertung der Simulationsdaten und zur Bestimmung der Eingabeparameter, wurden in Excel Werkzeuge entwickelt. Die durch die Messungen unterstützten Simulationen zeigen, dass das Energiedach der Firma PREFA in dem hier vorgestellten Konzept zur vollständigen Beheizung und Warmwasserbereitung bei geeigneter Auslegung ausreicht. Derzeit ist dieses System noch in der Entwicklungsphase. Weitere Messungen für die Bestimmung der Kollektorkennlinie sind in Arbeit und anhand von Pilotprojekten werden die bisherigen Erkenntnisse weiter vertieft. Diese Messungen sollen auch die Effizienz des entwickelten Systems beweisen und zur Validierung des aufgestellten Simulationsmodells herangezogen werden.

Allgemeines Ziel

Mit geringem technischen Aufwand sollen ganzjährig größtmögliche Wärmemengen vom Energiedachsystem zur optimalen Speisung einer Wasser-Sole-Wärmepumpe gewonnen werden. Das Dach ist dabei schneefrei zu halten (ohne Schneerechen oder Schneenasen), um besonders im Winter die täglich benötigte Dachenergie zu erhalten. Unter günstigen Voraussetzungen soll die Arbeitszahl der Wärmepumpe vier oder besser sein.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen

Nach zwei Jahren intensiver Entwicklungstätigkeit besteht kein Zweifel, dass die am Dach zur Verfügung gestellte Energie genutzt werden muss. Die verschiedenen Feldversuche spiegeln den Einsatzbereich des Systems wieder.

Weitere Schritte können erst nach der Auswertung der Ergebnisse der Heizsaison 2006/07 erfolgen. Eines kann bereits jetzt vorweggenommen werden: Bei passenden Rahmenbedingungen (Dachneigung, Wärmebedarf) kann das System ein Gebäude vollständig beheizen. Dabei liegen die Investitionskosten im Bereich konventioneller Heizsysteme und die Installation kann ohne erheblichen Schulungsaufwand von jedem Installateur ausgeführt werden.

Projektbeteiligte

Projektleiter

Ing. Harald Neumüller / PREFA Aluminiumprodukte GmbH

Projektpartner

DI Dr. W. Streicher
Institut für Wärmetechnik
Technische Universität Graz
Inffeldgasse 25/B, A-8010 GRAZ
Tel.: +43-316-873-7301
Fax: +43-316-873-7305
E-mail: office.iwt@tugraz.at

Kontaktadresse

DI (FH) Josef Bogner
PREFA Aluminiumprodukte GmbH
Werkstrasse 1
3182 Marktl/Lilienfeld
02762/502 849
office@prefa.at
www.prefa.com

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