Kirche südöstlich von Gießen

Die 1960 errichtete Kirche liegt wenige Kilometer südöstlich von Gießen. Die Wände der Kirche wurden vor ein einigen Jahren Wärme gedämmt. Energetische Schwachpunkte sind die Einscheibenverglasung bei den Fenstern und das ungedämmte Dach, über das viel Wärme verloren geht.

Der Gottesdienst findet samstags um 18 Uhr statt. Bisher wurde die Kirche mit so genannten Wärmetruhen beheizt, die ein elektrisches Heizregister besitzen. Fällt die Temperatur in der Kirche unter 8 °C, liefern die Wärmetruhen die benötigte Heizenergie. Vor und während des Gottesdienstes wird die Kirche auf 15 °C hochgeheizt.

2013 wurde erstmals über eine zusätzliche Beheizung mit Luftkollektoren nachgedacht, um den Stromverbrauch für die Erwärmung der Luft zu senken. Die Überlegungen konkretisierten sich über die Jahre, bis 2016 beschlossen wurde, eine Luftkollektoranlage mit PCM-Wärmespeicher (Phase Changing Material) zu installieren.

Die nachfolgende Abbildung zeigt das Anlagenschema.

 

 

Zwei Kollektoren à 3,5 m² sind vertikal am Kirchturm (35° noch Osten aus der Südausrichtung gedreht) und zwei vertikal an der Längswand der Kirche (55° nach Westen aus der Südrichtung gedreht) installiert. Sowohl im Kirchturm als auch auf der Empore befinden sich je zwei PCM-Speicher, die überschüssige, vom Kollektor kommende Wärme für die Nachtstunden oder sonnenarme Tage zwischenspeichern. Die Schmelztemperatur des Salzhydrats liegt bei etwa 20 °C. Die Temperaturspreizung des Wärmespeichers liegt zwischen 10 und 30 °C. Steigt die Temperatur im Speicher über 30 °C, strömt die warme Luft am Speicher vorbei direkt in die Kirche. Kann das solare Luftsystem keine Wärme liefern und die Temperatur in der Kirche sinkt unter 8 °C, nehmen die Wärmetruhen ihren Dienst auf.

Die nächsten drei Abbildungen zeigen die drei möglichen Betriebsmodi der beiden Anlagen:

  • Aufheizen des Wärmespeichers und Beheizen der Kirche

 

 

  • Direkte Beheizung der Kirche unter Umgehung des Wärmespeichers

 

 

  • Beheizen der Kirche mit Hilfe des PCM-Wärmespeichers

 

 

In den Monaten nach der Inbetriebnahme wurden letzte Feinjustierungen vorgenommen (z.B. Änderungen an der Regelungsstrategie). Seit Beginn des Jahres 2018 läuft eine wissenschaftliche Untersuchung der Anlage zusammen mit der Hochschule für angewandte Wissenschaft München, Fakultät Energie- und Gebäudetechnik. Es zeichnen sich erste Ansätze ab, wie die Anlage noch effizienter arbeiten kann. Mit endgültigen Ergebnissen ist im Sommer 2018 zu rechnen.

Kollektor

Hersteller: AIRSOL
Typ: AIRSOL 35
Maße: 2833 x 1285 x 195 mm; Fläche 3,65 m2
Gewicht: 40 kg
Rahmen: Aluminium Strangpressrahmen,
Dämmung: 20 mm Rockwool (55 kg/m3) hinten, Glaswolle 20 mm (30 kg/m3) an den Seiten
Absorber: Aluminiumabsorber, Dicke 0,4 mm
Absorberbeschichtung: selektiv blau beschichtet
Absorption, Emissivität:95%, 5%
Abdeckung: 3 mm Plexiglas; 92 % Transmission

Wärmespeicher

Hersteller Axiotherm
Speichermaterial: ATS 21 (Salzhydrat)
Modulgröße (Stapelbar): 800 x 600 x 350 (l x b x h)
Isolation: 30 mm EPP
Anzahl der Speicherelemente: 194 Stück
Speicherkapazität: 2 kWh
Be- und Entladeleistung: 200 bis 500 W
Wärmeübertragungsfläche: 17,7 m²
Empfohlener Volumenstrom: 100 bis 200 m³/h
Anschluss: DN100
Gewicht: ca. 60 kg
Es wurden vier Module verbaut: zwei auf der Empore und zwei im Kirchturm.

Regelung

Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS)
Es werden die Temperaturen in der Kirche, am Kollektoraustritt und am Wärmespeicherein-und -austritt gemessen. In Abhängigkeit dieser Eingangsgrößen steuert die SPS den Ventilator und die Ventile.
Es gibt zwei Steuerungen: eine auf der Empore und eine im Turm.