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Gebäudeheizung und Warmwasserbereitung

Ausgangssituation

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).

Bilder-Gallerie


↑ ↑ 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.

LogoSW Siegfried Wetzel, CH 3400 Burgdorf, Juli 2019

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