Umnutzung von Heizöltanks zu Niedrigtemperaturspeichern für solarthermische Energienutzung von Gebäuden

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/500511

Schlussbericht (Deutsch)

Ein Einfamilienhaus mit Baujahr 1968 soll „energetisch“ saniert werden. Es wird untersucht, wie ein bestehender Heizöltank möglichst einfach umgenutzt und als Wärmespeicher für eine Solaranlage in das neue, eine Wärmepumpe nutzendes Heizsystem integriert werden kann. Die Hauptarbeit im diesem Projekt bestand nun darin über Simulationen herauszufinden ob sich der zum Wärmespeicher „umfunktionierte“ Heizöltank als „Niedertemperaturspeicher“ für die Wärmepumpe eignet bzw. wie die Verschaltung von thermischer Solaranlage und dem „Niedertemperaturspeicher“ sowie der Wärmepumpe gestaltet werden soll. Die Arbeiten zeigen, dass eine Parallelschaltung von Wärmepumpe und thermischer Solaranlage energetisch besser ist als eine Serienschaltung. Dies weil bei fehlender Sonneneinstrahlung und leerem Niedertemperaturspeicher sowie gleichzeitigem Wärmebedarf dieser komplett mit elektrischer Energie gedeckt werden muss. Bei der Parallelschaltung ist hingegen die Nutzung der Umgebungsluft als Wärmequelle auch bei fehlender Solarenergie möglich und es wird nur ein Teil (je nach COP und Temperaturverhältnisse) des Energiebedarfs in Form von elektrischer Energie benötigt. Es hat sich auch gezeigt, dass der 4m3 Tank – inklusive mit einer theoretisch möglichen Nutzung des Speicherraumes z.B. aufgefüllt mit Sand als Speichermaterial – zu klein ist um eine saisonale Versorgung des Gebäudes zu ermöglichen. Je nach Verschaltung der Komponenten ist der 4m3 Tank bereits im Spätherbst leer. Wobei ein experimenteller Nachweis erbracht werden müsste, weil hierzu nur eine Energiebilanz („statische Rechnung“) und nicht auch eine Leistungsbilanz („dynamische Rechnung“) gemacht wurde. Damit lohnt sich der Umbau des Heizöltanks zum Wärmespeicher nicht und es wird der Bau einer Solar-Kombianlage mit 12m2 bis 15m2 Kollektorfläche, einem Speicher mit von 800l bis 1000l und mit einer Luft-Wasser Wärmepumpe mit einer Leistung von 5kW sowie einer PV-Anlage auf der restlichen Dachfläche empfohlen. Für einen höheren thermischen solaren Deckungsgrad empfiehlt sich auch ein Kollektorfeld mit 24m2 und einem 1200l Speicher. Die Details sind jedoch entsprechend der lokalen Verhältnisse zu bestimmen.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
SPF Institut für Solartechnik
Schüpbach Engineering AG
Spörri & Schmitter Architekten AG

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Marty,Heinz
Gantenbein,Paul
Schüpbach,W.
Spörri,M.

Zugehörige Dokumente

• Umnutzung von Heizöltanks zu Niedertemperaturspeichern für die solarthermische Energienutzung von Gebäuden - Schlussbericht 2011 [PDF] 970 kB

Schlussbericht (Englisch)

A single family house of construction year 1968 has to be totally renovated. In relation to the thermal energy supply of the building the concept of integrating the former oil storage tank as a solar hot water storage into the room heating and domestic hot water installation will be analysed theoretically. The aim of the simulation work was to find out whether it will make sense to use the oil tank to store solar energy either for direct use combined with an air-water heat pump or as “the low” temperature source of the water-water heat pump. From the energetic standpoint of view the results are showing that a parallel switching of the solar thermal energy plant and the air-water heat pump is superior compared to the serial connection of these two sources. In case of the series connection in periods of low or even no solar radiation the thermal energy has to be supplied by a public grid connected electrical heater, which in this system is a non-ecological approach. On contrary to the series connection in the parallel configuration air can be used as a heat source for the energy supply - and depending of the COP of the heat pump the use of electric energy is much lower. The simulations of the systems with the 4m3 oil tank as thermal energy storage are showing that, even with a still loaded tank at the end of the summer, at least in the late autumn for both configurations the tank will be empty. It is further shown that the 4m3 oil tank is too small for seasonal application even with the additional use and filling of the rest of the storage room of 11m3 with sand as storage material. But a validation of these findings (additional use of the storage room) on the basis of experimental measurements is recommended because no dynamic analysis for this idea has been done. A further use – after a careful cleaning – of the oil tank as a solar thermal energy storage tank is economically not reasonable. The installation of a solar combi-system with a collector field area of 12m2 to 15 m2 and a storage tank volume of 800l to 1000l in combination with an air-water heat pump with a power of 5kW are recommended. A solar thermal fraction of about 28% will be reached by this system. Optional, to enhance the solar energy gain of the single family house, a PV-System can be installed and the remaining building roof area can be used for a PV-modules installation. A higher solar thermal energy fraction of around 35% can be reached by a collector field of 24m2 and a hot water storage volume of 1200l. A detailed analysis of the local situation will be necessary for the design and planning process of the system.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
SPF Institut für Solartechnik
Schüpbach Engineering AG
Spörri & Schmitter Architekten AG

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Marty,Heinz
Gantenbein,Paul
Schüpbach,W.
Spörri,M.