Erfahrungen mit der technischen Ausstattung,

Planungs- und Ausführungsschwächen aus Sicht des

Projektkoordinators

Hausinstallation Südsiedlung

Bei den nicht unterkellerten Häusern der Südsiedlung sind Installationsschächte unter dem Erdgeschossboden zur horizontalen Installationsverteilung vorgesehen. In den Dielen oder Wohnzimmern der Häuser befinden sich Installationsschächte/-schränke, in denen sich die entsprechenden Zählereinrichtungen befinden. Aus diesen Schächten werden auch Leerrohre zur Elektroinstallation geführt.

Darüber hinaus werden in den Unterflurschächten die Gasrohre geführt. Aus diesem Grund müssen diese Schächte belüftet sein und stehen mit dem Außenklima in Verbindung. Das bedeutet, dass über das verzweigte Leerrohrsystem Luftzug entstehen kann. Dieses Problem kann dadurch gelöst werden, dass bei weiteren Bauvorhaben die Gasleitungen in einem separaten, belüfteten Schacht verlegt werden. Die sonstigen Installationsschächte können dann gegen Außenluft abgedichtet sein.

Bei der Blower-Door-Messung wurden die Schächte vorrübergehend mit Sand verfüllt, um das Eindringen von Außenluft zu unterbinden.

Heizungstechnik

Sowohl im Nord- als auch im Südteil wurden Gas-Brennwertthermen eingesetzt, über deren Betrieb nichts Nachteiliges abgeleitet werden kann. Allerdings war aus den Daten erkennbar, dass die dezentralen Anlagen im Norden häufiger im Brennwertbetrieb betrieben wurden und sich hier Nutzungsgrade von ca. 102% aus den Daten ableiten lassen. Im Süden hingegen sind die Brennwertthermen wahrscheinlich höher belastet (längere Laufzeiten), wodurch sich höhere Abgastemperaturen ausbildeten. Der aus den Daten abzuleitende Nutzungsgrad beträgt 95%. Natürlich sind diese Werte nur mit Vorsicht zu verwenden, da die Nutzungsgrade aus dem Quotienten von mit Wärmemengenzählern gemessener Wärmemenge und dem Gasverbrauch ermittelt wurden und diese Messwerte natürlich mit Messunsicherheiten belegt sind. Allerdings zeigte sich die Tendenz im Norden zu Werten über 100%, wogegen bei den beiden auswertbaren Kopfstationen im Süden ca. 95% errechnet werden konnten.

Bei der Anlagentechnik im Nordteil ist als nachteilig zu benennen, dass in Verbindung mit der Warmwassererzeugung keine Nachladezeiten eingestellt werden können. Das führt dazu, dass nach dem morgentlichen Warmwasserverbrauch der Warmwasserspeicher im oberen Drittel direkt durch das Heizsystem nacherwärmt wird. Die an sonnigen Tagen nur kurze Zeit später einsetzende Aufladung ist dann bereits am frühen Nachmittag beendet, da der Speicher dann gefüllt ist. Würde diese frühe Nachladung durch eine zeitliche Steuerung verhindert werden können, könnten einige Kilowattstunden solarer Energie mehr gespeichert und konventionelle Energie eingespart werden.

Brauchwarmwassererzeugung Nordsiedlung

Sowohl die Warmwasser- als auch die Kaltwasserleitungen waren zunächst nicht isoliert. Erst nach entsprechenden Hinweisen durch den Koordinator wurde dies auf Veranlassung des Bauträgers durch den Installateur nachgeholt.

Wie bereits zuvor erläutert, werden in der Nordsiedlung nur geringe Deckungsraten erzielt, die nicht auf einen zu geringen Kollektorertrag zurückzuführen sind.Wie die nachfolgenden Abbildungen 26 u. 27 zeigen, wird im Norden der Siedlung wesentlich mehr an Energie für die Warmwasserbereitung als im Südteil aufgewendet (Nordsiedlung ca.4400 kWh/a, Südsiedlung ca. 2400 kWh/a), obwohl der Warmwasserverbrauch, wie zuvor dargestellt, nur geringfügig oberhalb des Verbrauchs der Südsiedlung liegt.

Die Systemverluste sind im Vergleich zur Südsiedlung im Nordteil wesentlich höher und überschreiten sogar die durch die Kollektoranlage erzeugte Energie. Wie detaillierte Analysen zeigten, werden die Verluste fast ausschließlich durch den Betrieb einer ungesteuerten Zirkulationsleitung verursacht, die zum einen erhöhte Wärmeverluste in den durchfluteten Leitungen verursacht, aber auch zu einer teilweisen Durchmischung der Speicher führt.

Die Anlagen sind nicht mit einer thermischen Steuerung der Zirkulationsleitung ausgestattet worden. Es war lediglich eine Zeitschaltuhr beigelegt worden, die aber zum Teil zweckentfremdet wurde. Wie hoch die durch Messung analysierten möglichen Einsparungen sein können, wenn die Zirkulation zeitlich und thermisch gesteuert wird, zeigt Abb.28. Auf den ersten Blick betrachtet sind die Einsparungen unerklärlich hoch.

Dabei ist allerdings zu berücksichtigen, dass durch die Steuerung das Temperaturniveau in der Zirkulationsleitung von 60 bis 80°C (die Zirkulationsleitung entnimmt im oberen Teil des Speichers das Wasser, Kaltwasser wird über den Verbrühungsschutz nicht beigemischt, da kein Wasser gezapft wird) auf 38°C während der Zirkulation und auf Raumtemperatur bei ausgeschalteter Zirkulation, gesenkt wird. Das bedeutet, dass der Wärmeverlust der Leitung sich im ersten Fall proportional der Temperaturdifferenz des Zirkulationswassers von ca. 70°C auf ca. 20°C, also 50 K, ausbildet. Im Falle der thermisch gesteuerten Zirkulation bildet sich dieses proportional der Differenz von ca. 40°C zu 20°C aus, also ca. 20 K. Wenn keine zeitliche Steuerung erfolgen würde, wäre dies bereits eine Reduktion um den Faktor 2,5. Durch die zeitliche Steuerung kann der Betrieb der Zirkulationsleitung von ca. 24 Stunden auf 8 Stunden reduziert werden. Dies bedeutet überschlägig nochmals eine Reduzierung um Faktor 3. Die Einsparung der elektrischen Energie zum Betrieb der Zirkulationspumpe ist ebenso in Betracht zu ziehen, wie Abb.29 zeigt.

Auf der Basis dieser Untersuchungen wurde dem Bauträger vom Projektkoordinator eine Nachrüstung des Zirkulationssystems mit einer zeitlichen und thermischen Steuerung dringend empfohlen. Von der Nachrüstung ist zu erwarten, dass die solaren Deckungsraten von ca. 60% annähernd erreicht werden können, wie die Ergebnisse des Hauses 14 (siehe Abb. 21) zeigen, in dem dies bereits durch Eigenleistung während des Projektes realisiert wurde.

Nach langen Diskussionen des Bauträgers mit dem Anlagenbauer, dem Installateur und dem Anlagenlieferer wurden nun (nach Projektende) alle solarthermischen Anlagen der Nordsiedlung mit der zeitlichen und thermischen Steuerung nachgerüstet.

Photovoltaikanlagen Nordsiedlung

Wie zuvor ausgeführt, erreichen die PV-Anlagen im Nordteil vorzeigbare Erzeugungsraten. Analysiert man den Einzelbetrieb, so fallen dennoch nicht optimale Betriebskonstellationen auf. . Die Wechselrichter sind in den Technikräumen unter dem Dach installiert. In diesen Räumen ist die Raumtemperatur bedingt durch die Verluste der Heizungs- und Brauchwasserinstallation relativ hoch. Obwohl die Wechselrichter nach Herstellerangaben für Temperaturen im Arbeitsbereich bis zu 65°C geeignet sind, beginnen die Geräte die Leistung bei den vorliegenden Temperaturen zu mindern. Dies führt an guten Einstrahlungstagen dazu, dass ein Teil der vom PV-Generator erzeugbaren Leistung durch den Wechselrichter nicht umgeformt wird. In Abb.30 sind die Leistungslinien von 6 PV-Anlagen erkennbar. Die Abregelung der Wechselrichter erfolgt aufgrund von unterschiedlichen Raumluftbedingungen und unterschiedlich agierenden Reglern nicht einheitlich. Es ist auch ersichtlich, dass an vergleichbaren Tagen bis zu etwa 20% des möglichen Generatorertrages nicht umgesetzt werden kann. Wie die Auswirkung auf den Jahresertrag ist, kann nur geschätzt werden. Ein höherer Verlust als ca. 5% ist allerdings nicht zu erwarten. Viele im Markt befindliche Wechselrichter zeigen ein ähnliches Verhalten.

Die Diskussion mit dem Hersteller führte zu dem Vorschlag, ein Softwareupdate zu installieren, mit dem die nach Herstellerangabe vorhandene thermische Sicherheit der Geräte zu einer Optimierung genutzt werden könnte. Dies wurde allerdings vom Koordinator nicht weiter empfohlen, da es als nicht gesichert erschien, dass durch diese Maßnahme die Lebensdauer der Leistungsschalter der Geräte nicht gemindert würde. Eine weitere Überlegung war, die Gerätedeckel durch Abstandshalter leicht zu öffnen. Entsprechende Laborversuche des Herstellers führten nicht zur Einführung dieser Maßnahme, gegen die wahrscheinlich auch Sicherheitsbedenken gesprochen hätten.

Photovoltaikanlagen Südsiedlung

Nicht zufriedenstellend aus Sicht des Projektkoordinators war der Umstand, dass die angebotene Hilfestellung des TÜV Rheinland zur Analyse der technischen Schwierigkeiten beim Betrieb der Wechselrichter nicht angenommen wurde. Insofern kann lediglich nur vermutet werden, dass das Zusammenspiel von Abschattungssituationen, Fertigungstoleranzen der PV-Module und der unterschiedliche Wechselrichterbetrieb für die unterschiedlichen Erträge an den einzelnen Kopfstationen verantwortlich sind.

Lüftungssysteme

In beiden Siedlungsteilen sind mehrstufige Lüftungsanlagen installiert. In den Passivhäusern der Südsiedlung sind Anlagen mit Wärmerückgewinnung eingbaut, in dem evaluierten Teil der Südsiedlung und in der Nordsiedlung sind zentrale Lüftungssysteme ohne Wärmerückgewinnung installiert.

Die Systeme im Süden fanden zunächst nur geringe Akzeptanz, da sie den Bewohnern als zu laut erschienen. Die Ergebnisse von Schallpegelmessungen durch den Koordinator führten zu umfangreichen Nachbesserungen, in deren Verlauf ein Teil der Badezimmerverkachelung entfernt werden musste und in den dahinterliegenden Rohrverlauf Schalldämpfer eingebracht wurden. Außerdem wurde ein Rohrabzweig ausgewechselt, da durch zu hohe Rohrreibungsverluste die geforderten Luftwechselraten nicht erreicht werden konnten. Ergänzend hierzu wurden die bereits installierten Luftventile durch andere Typen ersetzt.

Die zunächst nicht durchgeführten individuellen Einstellungen der Anlage wurden im Zuge dieser Maßnahmen in allen Wohnungseinheiten nachgeholt. Nach Abschluss dieser Maßnahmen war die Geräuschbelastung gering, in den ersten beiden von vier Stufen nicht hörbar. Außerdem konnten nun die geforderten Luftwechselraten in den einzelnen Räumen erreicht werden, so dass die Bewohnerakzeptanz wesentlich gesteigert werden konnte.

Nachteilig bleibt anzumerken, dass die manuelle Einstellung der einzelnen Stufen im Erdgeschoss erfolgt und dass nach Duschvorgängen im Bad (1.Obergeschoss) keine automatisierte, Hydrogeber-gesteuerte, kurzzeitig stärkere Lüftung möglich ist. Im Nordteil der Siedlung sind die Anlagen zu Beginn einjustiert worden, wesentliche Installationsmängel waren nicht vorhanden.

 
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