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Zehn Jahre sind kein Alter |
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 Vor zehn Jahren ist die Solarthermieanlage mit 657 m2 Kollektorfläche an der Otto-von-Guericke Universität in Magdeburg in Betrieb gegangen. Martin Schnauss, der die Anlage damals projektierte, hat jetzt ihren Zustand eingehend unter die Lupe genommen. Sein Fazit: Große solarthermische Anlagen können bei professioneller Betreuung mit wenig Aufwand über lange Zeit sehr erfolgreich betrieben werden.
Um die Mittagszeit herrscht reges Treiben auf dem Campus vor dem Mensagebäude der Uni Magdeburg. Mittendrin direkt unterhalb der Solaranlage wartet Günter Ast, der Gewerkeleiter Wärmeversorgung der Universität. Denn heute soll nach zehn Jahren Betrieb der Zustand der Anlage überprüft werden. Dafür nimmt sich Ast viel Zeit. Nicht ohne Stolz führt er durch die Anlage. Im Mai 1997 wurde die thermische Solaranlage für die Otto-von-Guericke Universität in Magdeburg in Betrieb genommen. Sie war mit 657 m2 Kollektorfläche seinerzeit die größte Anlage in Deutschland, die über das Programm Solarthermie 2000 errichtet und finanziert worden ist (siehe SW&W 3/1997, Seite 16). Seit zehn Jahren versorgt sie nun die Mensa, mehrere Universitätsgebäude und sieben umliegende Studentenwohnheime mit warmem Wasser.Das Kollektorfeld ist nicht, wie der nach dem berühm-ten Sohn der Stadt benannte Standort vermuten ließe1, mit Vakuumkollektoren ausgestattet. Die 90 Flachkollek-toren hatte damals UFE-Solar in Eberswalde aus LB-Bau-sätzen von Wagner & Co. gefertigt. Der größere Teil der Großkollektoren (477 m2) wurde auf dem Dach des Men-sagebäudes untergebracht, weitere 180 m2 wurden auf dem daneben liegenden etwas niedrigeren Dach des Zwischengebäudes aufgeständert, wo sie vom Vorplatz aus sichtbar sind. Die Kollektoren weisen, abgesehen von den verblichenen Typenschildern, kaum erkennbare Alterungsspuren auf. An den Absorberblechen sind keine Verfärbungen oder Beschädigungen zu erkennen. Die Glasscheiben sind wenig verschmutzt. »Im Laufe der Jahre mussten einige Scheiben ausgetauscht werden «, berichtet Ast. In einem Fall wurde ein Stein gefundenund eine weitere Scheibe ist wohl im Zusammenhang mit Bauarbeiten an der Lüftungsanlagen zu Bruch gegangen. »Der Austausch war jedoch kein Problem, da bereits bei der Installation eine Reihe von Ersatzscheiben geliefert und für diese Fälle eingelagert worden waren.« An einigen wenigen Stellen haben sich Vögel von der derben Aluminiumfolie nicht abhalten lasen und die rückwärtige Hartschaumdämmung angepickt.  Die Verrohrung des Kollektorfeldes war entgegen landläufigen Regeln nicht nach »Tichelmann« vorgenom-men worden. Jeweils sechs Kollektoren (fünfmal 7,5 m² und einmal 6 m²) sind in Reihe geschaltet. Elf dieser Stränge sind auf dem Dach des Mensagebäudes installiert, vier Stränge auf dem Zwischengebäude. Diese kostensparende Installation hat sich im Alltag bewährt. Gegenüber dem relativ hohen Druckverlust der in Reihe geschalteten Kollektoren ist der Strömungswiderstand der groß dimensionierten Sammelrohre gering, so dass auf die umständliche Verschaltung nach Tichelmann verzichtet werden konnte. Im Rahmen eines Forschungsprojektes zur hydraulischen Anpassung großer Kollektorfelder² wurde nachgewiesen, dass sich die Volumenströme in den einzelnen Strängen weniger als 5% voneinander unterscheiden. Zu diesem Zweck sind in allen 15 Strängen separate Messeinrichtungen installiert worden. Die Leitungen und die sorgfältig verblechte Wärmedämmung sind heute noch in Takt. Die damals auch für Solarsysteme gültige Dampfkesselverordnung machte eine Unterteilung in mehrere Teilfelder mit jeweils weniger als 50 L Inhalt erfor-derlich, um der Einstufung als Dampfkessel Klasse IV zu entgehen und aufwändige Prüfungen zu vermeiden. So waren die Stränge mit Absperrventilen ausgestattet worden und mussten somit jeweils auch mit Sicherheitsventilen versehen werden. Damit diese Ventile im Falle des Ansprechens das Frostschutzmittel nicht auf das Dach und damit in die Regenentwässerung entleeren, war nach einigen Diskussionen eine aufwändige Sammelleitung installiert worden, die das Medium unter den Ventilen auffängt und es war, kam es in einem Strang nach Aussagen des Betriebsleiters Günter Ast im Betrieb tatsächlich zu diesem Fall. Die Installation der speziellen Leitung habe sich bewährt, nur wenige Spritzer Frostschutz seien auf die Dachhaut gelangt. Da die Sicherheitsventile auf dem Dach aufgrund der unterschiedlichen statischen Höhe später ansprechen sollten als das Ventil im Keller, stellt sich natürlich die Frage, wie dieser Fall überhaupt eintreten konnte. »Es stellte sich heraus, dass die Strang-absperrventile bei Wartungs- oder Reparaturarbeiten geschlossen und vergessen worden waren«, so Ast. Tragekonstruktion wie neu Für die Aufständerung der Anlage war damals eine extrem leichte Unterkonstruktion erforderlich, denn die zusätzlichen Lasten des Solarsystems konnten nur dadurch aufgenommen werden, dass im Rahmen der Dacherneuerung die vorhandenen zementgebundenen Holzspanplatten durch leichteres Dämmmaterial ersetzt wurden und somit Gewicht eingespart worden war. DieTragekonstruktion besteht aus handelsüblichen feuerverzinkten Gerüstbauteilen. Zwischen den abwechselnd mit der Dachkonstruktion verschweißten und mit Betongewichten beschwerten Pfosten wurden bis zu achte Meter lange Gitterträgern befestigt und mit Stahlrohren verbunden und versteift. Die große Stützweite hat die Anzahl der Befestigungspunkte und damit auch die Dachdurchdringungen reduziert. Die im Gerüstbau üblichen Klemmschellen dienen als einfache und äußerst vielseitige Verbindungselemente. Die vergleichsweise leichten Bauteile lassen sich von Hand bewegen und können auch mit dem Lift oder Flaschenzug hochgezogen werden. Aufgrund der modularen Bauweise waren Sonderanfertigungen, eine Bearbeitung auf der Baustelle und das nachträgliche Verzinken überflüssig.  Tatsächlich erscheint die Aufständerung geradezu als neuwertig und weist nicht die geringsten Anzeichen von Korrosion auf. Lediglich die Halterungen für die Rohrleitungen, die sich im übrigen auch sehr bequem an der Konstruktion befestigen lassen, sind teilweise aus nicht korrosionsbeständigem Material. Einige Schellen und Gewindestangen sind etwas verrostet. Die Konstruktion hat sich inzwischen auch in einigen anderen Projekten bewährt. Angenehmer Nebeneff ekt: Die Aufständerungskonstruktion ist äußerst kostengünstig und erwies sich im Vergleich mit anderen Systemen aus dem Solarthermie 2000-Programm als die preisgünstigste Lösung. Sie machte mit rund 61 € (damals 120 DM) pro m² Kollektorfl äche etwa 4 % der Baukosten aus. Auch das Hydraulikschema, mit Puff erspeicher und einem Speicherladesystem mit separatem Vorwärmspeicher, hat sich gut bewährt (Abb. 1). Damals war diese Schaltung ungewöhnlich, hat sich aber heute bei den Großanlagen über 50 m² gegenüber den damals üblichen Durchfl ussanlagen durchgesetzt. Die groß dimensionierte Doppelpumpe im Kollektorkreis ist nach zehn Jahren immer noch im Einsatz, allerdings wurde sie gegenüber der ursprünglichen horizontalen Montage in der Lage um 90° gedreht, um Ansammlung von Luft im Pumpengehäuse zu vermeiden. Auch die Wärmetauscher arbeiten seit Inbetriebnahme einwandfrei, so dass eine Reinigung bisher nicht für nötig befundenwurde. Lecks nach drei Jahren Natürlich sind im Lauf der zehn Betriebsjahre auch Störungen aufgetreten. Die Kollektoren sind damals durch weichgelötete Muff en verbunden worden. Diese Lötverbindungen haben auf die Dauer der thermischen Ausdehnung und den immer wieder auftretenden Stillstandstemperaturen nicht standgehalten und haben sich langsam auseinandergeschoben, so dass es hauptsächlich im Jahr 2000, also drei Jahre nach Inbetriebnahme, mehrfach zu Leckagen kam. Daraufhin wurden die Lötverbindungen von den Haustechnikern durch Schläuche ersetzt und seither sind diese Probleme nicht mehr aufgetreten. Auch wenn die Anlage als Vorwärmanlage mit einer Deckung von etwa 25 % konzipiert wurde, kann Stagnation nie ganz vermieden werden. Durch Baumaßnahmen und Umstrukturierung war außerdem der Verbrauch zunächst abgesunken (siehe Abb. 2), ist dann aber aufgrund der zusätzlichen Bäder und des höheren Standards in den Studentenwohnheimen wieder angestiegen. Er fi el von ursprünglich 81 m3/d bis 2000 auf 59 m3/d ab, erreichte dann 2001/2002 ein Maximum von 93 m3/d. Aufgrund von Bauarbeiten sank er 2003/2004 erneut auf lediglich 51 m3/d und hat im bislang letzten Betriebsjahr mit 78 m3/d fast den ursprünglichen Wert und damit wieder den Auslegungsverbrauch erreicht. Eine 650 m2 Solaranlage setzt im Stagnationsfall, wie neuere Forschungsergebnisse3 gezeigt haben, gewaltige Dampfl eistungen frei. So ist es mehrfach zum »Überkochen« der Anlage gekommen.  Wie wir heute wissen, ist die Dimensionierung des Ausdehnungsgefäßes (MAG) zur Aufnahme des Inhaltes der Kollektoren und aller Rohrleitungen oberhalb des Rücklaufs wie es damals dem Stand der Technik entsprach, in vielen Fällen nicht ausreichend (MAG mit 1000 L Inhalt sind installiert). Entscheidend ist das Ausdampfverhalten des Kollektorfeldes, das heißt, ob das Medium von dem entstehenden Dampf innerhalb kurzer Zeit durch den unten liegenden Rücklauf herausgedrückt werden kann oder ob der Kollektor, beispielsweise wegen der oben angeordneten Anschlüsse, über längere Zeit unter Erzeugung großer Mengen Dampf leerkocht. Ganz off ensichtlich ist die Dampfreichweite im Stagnationsfall bei dieser Anlage aber nicht so groß, dass – wie bei anderen Systemen beobachtet – sogar Schäden an den im Keller angeordneten Komponenten wie Pumpen, MAG, Ventilen oder Sensoren auftreten konnten. Allerdings ist mehrfach Medium aus dem Sicherheitsventil ausgetreten, so dass die Anlage wieder von Hand befüllt werden musste. Diesen seltenen Störfall will die Betriebsmannschaft jetzt ausschließen und eine Druckhalteanlage installieren. Erträge wie im ersten Jahr Schon im ersten Betriebsjahr hatte die Anlage, wie im Solarthermie 2000 Programm gefordert, den garantierten Solarertrag von 297 MWh/a deutlich überschritten und laut Bericht sogar 389 MWh/a (rund 600 kWh/m2a) geliefert. Dadurch sank der Wärmepreis von maximal erlaubten 0,123 €/kWh auf 0,08 €/kWh. Abb. 3 zeigt die Betriebsergebnisse über zehn Jahre, wie sie vom Ingenieurbüro Deut gemessen wurden. In den neun Folgejahren wurde der garantierte Ertrag nur einmal geringfügig unterschritten. Grund hierfür waren Ausfälle des Messsystems, die genannten umgehend behobenen Störungen und Umbaumaßnahmen oder Veränderungen der Einstrahlung beziehungsweise des Verbrauchs. So fiel das Messsystem in der Periode 2003/2004 für insgesamt zehn Wochen aus. Erstaunlicherweise stellt sich nun auch im zehnten Betriebsjahr der Rekorder-trag von 389 MWh/a wie im ersten Jahr wieder ein. Diese erfreulichen Ergebnisse machen zwei Dinge deutlich: ● Klein ausgelegte Systeme (hohe Auslastung) sind erstaunlich tolerant gegenüber doch ganz erheblichen Schwankungen im Verbrauch. ● Auch nach zehn Jahren hat die Anlage bei der Performance praktisch nichts eingebüßt und erwirtschaftet fast 600 kWh/m2a. Der Wartungsaufwand für die Anlage ist geringerals gedacht und der Etat für die Instandsetzung wird nicht ausgeschöpft, berichtet Ast: »Seit den Störungen 2000 läuft die Anlage praktisch wartungsfrei.« Eine weitere Besonderheit der Anlage ist die Steuerung, die über die Gebäudeleittechnik erfolgt, durch die die gesamte Haustechnik im Universitätskomplex erfasst wird. Die Anbindung an die DDC (Direct Digital Control) war ein Wunsch des Betreibers und hat seinerzeit 28.000 DM verschlungen. Kosten, die an anderer Stelle, beispielsweise durch die günstige Aufständerung, kompensiert werden mussten, die sich aber offensichtlich gelohnt haben. »Mit Hilfe der DDC haben wir alle Anlagen und Parameter jederzeit im Blick und Störungen werden uns sofort angezeigt«, so Ast. Er sitzt an seinem mit Akten bedeckten Schreibtisch und tippt ein paar Zeichen in seine Tastatur. Sofort erscheint ein Schema der Anlage und die aktuellen Daten vor ihm auf dem Bildschirm. So hat er die Anlage jederzeit im Blick. Dipl.-Ing. Martin Schnauss hat die Anlage als Mitarbeiter des Ingenieur-büros Dr. Valentin projektiert. Heute widmet sich das Büro Valentin Energiesoftware ganz der Programmentwicklung. Martin Schnauss ist heute selbständig und betreibt das Büro für Solartechnik Solar Consulting in Berlin. E-Mail: Diese E-Mail Adresse ist gegen Spam Bots geschützt, Sie müssen Javascript aktivieren, damit Sie es sehen können Weitere Informationen: Alle Anlagen im Programm Solarthermie 2000 sind in den ersten Jahren detailliert vermessen worden. Die Ergebnisse sind unter www.solartehermie2000. de veröffentlicht. Die Anlage an der Uni Magdeburg wurde an der Hochschule Merseburg ausgewertet und unter der folgenden Adresse kann auch der Abschlussbericht heruntergeladen werden: http://www.tu-chemnitz.de/mb/SolTherm/ST2000/projekt2/projekte/MD_uni_titel.php3 Literatur: F.A. Peuser, R. Croy, U. Rehrmann, H. P. Wirth; Solare Trinkwassererwärmung mit Großanlagen – Praktische Erfahrungen; BINE Informationsdienst; TÜV- Verlag GmbH, Köln 1999; ISBN 3-8249-0541-8 F.A. Peuser, K-H. Remmers, M. Schnauss: Langzeiterfahrung Solarthermie – Wegweiser für das erfolgreiche Planen und Bauen von Solaranlagen; Solar-praxis Berlin 2001; ISBN 3-934595-07-3 |
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