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Solare Warmwassersystem für ein Schulgelände: 180 Tonnen pro Tag – versorgt 3.000 Nutzer
Solare Warmwassersystem für ein Schulgelände: 180 Tonnen pro Tag – versorgt 3.000 Nutzer
Wie eine Anordnung aus 750 m² großen Flachplattenkollektoren in einem Internat in Shandong, China, Gasheizkessel ersetzte – mit einer Senkung der Betriebskosten um 72% und einer Amortisationszeit von 3,5 Jahren. Ingenieurtechnische Informationen für B2B-Käufer, die institutionelle Solar-Warmwasserprojekte bewerten.
Ein zentralisiertes Solarheizsystem, das täglich 180 Tonnen Warmwasser bereitstellt, wurde an der Huimin No.3 Middle School in der Provinz Shandong, China, in Betrieb genommen und ersetzt damit die bisherige Gasheizanlage der Schule. Das System versorgt fast 3.000 Lehrer und Schüler in Schlafsälen, Kantinen und Bürogebäuden und reduziert die jährlichen Betriebskosten im Vergleich zur Gasversorgung um mehr als 2,8 Millionen chinesische Yuan. Diese Fallstudie untersucht das Systemdesign, die Logik der Anpassung der Leistung an die Nachfrage, die Aspekte des Sicherheitstechnikdesigns sowie die wirtschaftlichen Ergebnisse – und liefert Erkenntnisse, die für ähnliche Projekte in Schulen, Krankenhäusern und öffentlichen Einrichtungen weltweit von Bedeutung sind.
Warum Schulen von Gasheizkesseln auf Solarenergie für die Warmwasseraufbereitung umsteigen
Internate mit mehr als 1.000 Schülern stehen vor einem anhaltenden betrieblichen Herausforderungen: Die große Nachfrage nach Warmwasser konzentriert sich auf kurze Zeiträume innerhalb eines Tages, und gleichzeitig ist eine zuverlässige Versorgung unerlässlich. Historisch gesehen wurden dazu Gaskessel eingesetzt – doch diese weisen drei zunehmend gravierende Nachteile für die Betreiber solcher Einrichtungen auf.
Zunächst einmal die Volatilität der Kraftstoffkosten: Die Preisbildung für Erdgas unterliegt saisonalen Schwankungen sowie Einschränkungen in der Lieferkette – insbesondere während der Wintertage, wenn die Nachfrage auf dem gesamten Netz ihren Höhepunkt erreicht. Für eine Schule, die täglich 180 Tonnen Warmwasser erzeugt, können die Gaskosten bei den aktuellen Marktpreisen im Norden Chinas mehr als 10.000 CNY pro Tag betragen.
Zweitens die Einhaltung von Emissionsvorschriften: Verbrennungssysteme erzeugen beim Einsatz CO₂, NOx sowie Feinstaub. Da Städte und Landesregierungen die Emissionsstandards für öffentliche Einrichtungen – insbesondere Schulen, bei denen die Gesundheit der Schüler von besonderer Bedeutung ist – verschärfen, stellt die Weiterbetriebung von Gaskesseln nicht nur eine wirtschaftliche, sondern auch eine administrative Herausforderung dar.
Drittens die Wartungskomplexität: Gasheizkessel erfordern lizenzierte Bediener, jährliche Sicherheitsinspektionen, Feinabstimmungen des Verbrennungsprozesses, Überwachung der Abgasqualität sowie eine sorgfältige Verwaltung des Brennstoffs. All dies führt zu wiederkehrenden Kosten, die solare Wärmesysteme weitgehend vermeiden.
Solare Warmwassersysteme lösen alle drei genannten Probleme gleichzeitig: Die primäre Energiequelle ist kostenlos, es entstehen keine Verbrennungsrückstände, und die Wartung beschränkt sich auf regelmäßige Überprüfungen des Flüssigkeitsvolumens sowie visuelle Inspektionen. Die technische Herausforderung besteht darin, ein System zu entwickeln, das zuverlässig den Anforderungen verschiedener Institutionen entspricht – insbesondere den starken Spitzenbedarf morgens und abends, wie er typisch für Internate ist.
Projektaufschluss: Huimin No.3 Middle School, Provinz Shandong
Die Huimin No.3 Middle School ist eine öffentliche Internatsschule im Landkreis Huimin der Stadt Binzhou in der Provinz Shandong. Auf dem Campus leben etwa 3.000 Lehrer und Schüler, wobei mehr als 60 Prozent davon Internatsschüler sind – das entspricht rund 2.200 Personen, die täglich heißes Wasser für Baden und persönliche Hygiene benötigen.
Das Projekt wurde in der zweiten Hälfte des Jahres 2023 fertiggestellt und Anfang 2024 in den vollständigen Betrieb genommen. Es ersetzte Gasheizkessel, die zuvor den Warmwasserbedarf des Campus gesichert hatten – mit deutlich höheren Betriebskosten und geringerer Zuverlässigkeit der Warmwasserversorgung insbesondere in den Wintermonaten.
Projektkontext:Im Jahr 2023 startete das örtliche Bildungs- und Sportbüro die Initiative „Grüner Campus“, die die vorrangige Nutzung erneuerbarer Energien in öffentlichen Schulen vorsah. Dieses Projekt war die erste umfassende Installation einer Solaranlage zur Erzeugung von Warmwasser auf Schulgeländen im Kreis Huimin.
Systemdesign: Bereitstellung von 180 Tonnen heißem Wasser täglich, um den Bedarf zu decken
Die Systemkonzeption wurde von drei Einschränkungen geprägt: dem täglichen Gesamtvolumen (180 Tonnen bei 55–60 °C), den Durchflussraten in den Spitzenzeiten (gleichzeitige Nutzung in 6 Wohngebäuden und 3 Kantinen) sowie der Zuverlässigkeit unter allen Wetterbedingungen – einschließlich längeren bewölkter Perioden im Winter. Die Lösung basiert auf einer Architektur, die „zentralisierte Sammlung und dezentrale Speicherung“ kombiniert.
Konfiguration von Sammellisten und Speicherbereichen
Die Solaranlage besteht aus 300…FlachkollektorenJeder dieser Sammelflächen hat eine Öffnungsfläche von 2,5 m², was einer Gesamtfläche von 750 m² entspricht. Die Sammelflächen sind auf den Dächern der Lehrgebäude installiert, die das Schulspielfeld flankieren – diese Anordnung sorgt dafür, dass sie möglichst nach Süden ausgerichtet sind, ohne dabei die Aktivitäten der Kinder auf dem Spielplatz zu stören.
Die Wärmereservierung erfolgt mithilfe von vier isolierten Warmwasserspeichern mit einem Fassungsvermögen von jeweils 50 m³ (insgesamt 200 m³). Diese Speicher stellen etwa 10 % zusätzlichen Puffer bereit, der über den täglichen Bedarf von 180 Tonnen hinausgeht. Dieser Puffer ermöglicht es, Schwankungen im Verbrauch zwischen Wochentagen und Wochenenden auszugleichen und stellt während der Wartungszeiten der Solarkollektoren eine kontinuierliche Versorgung sicher.
| Verwendungskategorie | Täglicher Handelsvolumen | Anteil am Gesamtumfang | Hauptöffnungszeiten |
|---|---|---|---|
| Nutzung der Studentenwohnheime (2.200 Internatsschüler) | 110 Tonnen | 61 Prozent | 06:00–08:00, 18:00–22:00 |
| Nutzung der Kantine (3 Einrichtungen) | 40 Tonnen | 22% | 05:30–07:30, 11:00–13:30, 17:00–19:00 |
| Büro- und Lehrgebäude | 30 Tonnen | 17% | 08:00–17:00 |
Wasserversorgungssysteme in den Stoßzeiten
Die Nachfrage nach Warmwasser auf dem Campus ist nicht gleichmäßig verteilt. Mehr als 70 Prozent des täglichen Verbrauchs konzentrieren sich auf drei Spitzenzeiten: frühes Morgen (06:00–08:00), Mittag (11:30–13:30) und Abend (18:00–22:00). Das System muss in diesen Zeiten ausreichende Durchflussraten und Druck gewährleisten – andernfalls leiden die Wohnheime in den oberen Stockwerken unter niedrigem Druck oder kaltem Wasser, was zu den häufigsten Beschwerden bei institutionellen Warmwasseranlagen gehört.
Die Lösung nutzt Wasserpumpen mit variabler Drehzahl, die den Versorgungsdruck in Spitzenzeiten erhöhen. Die Durchflussmenge wird dynamisch anhand von Echtzeit-Nachfragesignalen angepasst, wodurch ein konstanter Druck gewährleistet wird – auch dann, wenn gleichzeitig 6 Wohnheime und 3 Kantinen Wasser abnehmen. In Zeiten außerhalb der Spitzenzeiten verringert sich die Drehzahl der Pumpen automatisch, wodurch der Stromverbrauch gesenkt wird.
Reservestation für Wärmepumpen mit Luftkältequelle
Ein Wärmepumpensystem mit Luftkältequelle bietet zusätzliche Heizung, wenn die Solarenergieerzeugung unzureichend ist – beispielsweise während längeren bedeckter Perioden, starken Regenfällen oder Wintertagen mit geringer Sonneneinstrahlung. Die Wärmepumpen arbeiten nicht auf elektrischer Basis, sondern durch die Kompression eines Kältemittels; sie nutzen daher keine Widerstandselemente zur Wärmeerzeugung. Diese Unterscheidung ist von Bedeutung für die Einhaltung der Sicherheitsvorschriften auf Campus: Bei großen Wassersystemen, die mit Widerstandsheizung betrieben werden, besteht ein höheres Risiko elektrischer Fehler, während Wärmepumpensysteme die elektrischen Komponenten vom Wasserkreislauf trennen.
Das intelligente Temperaturregelsystem überwacht kontinuierlich die Wassertemperatur im Tank. Wenn die Temperatur unter den eingestellten Wert fällt und die Solarenergie nicht ausreicht, aktivieren sich die Wärmepumpen automatisch – ohne manuelle Eingreifung. Dadurch wird sichergestellt, dass das System unabhängig von den Wetterbedingungen eine Ausgangstemperatur von 55 bis 60 Grad Celsius beibehält.
Sicherheits- und Wartungskonzepte für Campusumgebungen
Schulgebäude unterliegen strengeren Sicherheitsanforderungen als herkömmliche Geschäftsgebäude. Zu den Nutzern zählen in der Regel Minderjährige, und in vielen Rechtsgebieten gelten für Gebäudesysteme, die Schülern dienen, zusätzliche Überwachungs- und Kontrollmaßnahmen. Dieses Projekt beantwortet die spezifischen Anforderungen von Schulgeländen durch verschiedene technische Maßnahmen.
Schutz vor Verbrennungen
Thermostatische Mischventile an den Verbrauchsstellen verhindern, dass die Wassertemperatur an den Wasserhähnen die sicheren Grenzwerte überschreitet – auch dann, wenn die Temperatur des gespeicherten Wassers höher ist als die Temperatur des gelieferten Wassers.
Verwaltung der Wasserqualität
Zweifache Überlaufventile sowie integrierte Filtrationssysteme in den Speichertanks sorgen dafür, dass die Wasserhärte sowie bakterielle Indikatoren monatlich automatisch überwacht werden. Dadurch wird die Bildung von Kalkablagerungen sowie das Wachstum von Mikroben verhindert.
Sicherheit auf Dächern
Gegenherabfallvorrichtungen sichern alle Sammelpaneele. Die Dachrohre sind mit Wärmedämmung sowie Aluminiumbeschichtung umhüllt – dies verhindert das Einfrieren im Winter, die Zerstörung durch UV-Strahlung sowie unbeabsichtigten Kontakt durch Schüler beim Zugang zum Dach.
Fernüberwachung
Das Personal für die Schullogistik überwacht in Echtzeit die Menge an Warmwasser, die Füllstände der Tanks sowie den Zustand der Anlagen mithilfe einer mobilen Verwaltungsplattform. Sollten Störungen auftreten, werden automatische Warnmeldungen ausgelöst – dies macht eine rund um die Uhr anwesende Personalbesetzung am Einsatzort überflüssig.
Wartungsvorteile gegenüber Gasheizkesseln:Das Sonnensystem macht die Anwesenheit lizenziierter Betreiber von Gasheizkesseln, jährliche Prüfungen der Verbrennungssicherheit, die Überwachung von Rauchgasen sowie die Verwaltung von Brennstoffvorräten überflüssig. Zu den routinemäßigen Wartungsarbeiten gehören lediglich regelmäßige Kontrollen des Glykols (in geschlossenen Systemen), die Inspektion der Bedienpulte sowie die Wartung der Pumpen – Aufgaben, die das Wartungspersonal von Schulen ohne spezielle Zertifizierungen für Heizkessel bewältigen kann.
Gemessene wirtschaftliche Ergebnisse
Der Kostenvergleich mit dem vorherigen Gasheizsystem ist erheblich. Um täglich 180 Tonnen Warmwasser mit Gasheizern zu erzeugen und dabei die lokalen Tarife zu verwenden (3,8 CNY/m³), verbrauchte die Schule täglich etwa 2.880 m³ Erdgas – was zu täglichen Kraftstoffkosten von über 10.900 CNY führte. Die täglichen Betriebskosten des Solarsystems belaufen sich hingegen auf weniger als 3.000 CNY; diese Kosten setzen sich hauptsächlich aus den Stromkosten der Hilfsheizpumpe (etwa 800 kWh × 0,56 CNY/kWh) sowie den Wartungskosten zusammen.
Die daraus resultierenden jährlichen Einsparungen übersteigen 2,8 Millionen CNY (etwa 390.000 US-Dollar). Angesichts der Gesamtinvestitionen in das System beträgt die Amortisationszeit etwa 3,5 Jahre; danach erzielt das System für die restlichen 11 Jahre seiner vorgesehenen Nutzungsdauer nette Einsparungen.
Finanzieller Rahmen für internationale Käufer:Eine Amortisationszeit von 3,5 Jahren für solarbetriebene Warmwassersysteme ist möglich, wenn drei Bedingungen erfüllt sind: hohe Grundenergiekosten (Gas oder Strom), ein großes tägliches Verbrauchsvolumen (>50 Tonnen) sowie ausreichende solare Ressourcen. In Regionen mit niedrigeren Energiekosten oder geringerem täglichem Verbrauchsvolumen sind in der Regel Amortisationszeiten von 5 bis 7 Jahren üblich. Der entscheidende Faktor ist dabei der durch die Nutzung solarer Energie eingesparte Brennstoffkosten pro Tonne erzeugten Warmwassers.
Benötigen Sie eine vorläufige Kostenschätzung für ein Solarheizsystem für ein Campus oder eine Institution? Teilen Sie uns bitte Ihren täglichen Bedarf an Warmwasser sowie die geografische Lage mit.
Erhalten Sie ein Preisangebot für Ihr Projekt.Anwendbarkeit für internationale Schulen und institutionelle Projekte
Die in diesem Projekt vorgestellte Systemarchitektur – zentrale Flachplattenkollektoren, isolierte Zwischenspeicheranlagen, Verteilpumpen mit variabler Drehzahl sowie eine Notfallunterstützung durch Luft-Wärmpumpen – kann direkt auf institutionelle Warmwasserverbrauchsanwendungen außerhalb Chinas übertragen werden. Schulen, Universitäten, Krankenhäuser, Militärkasernen, Wohnkomplexe für Arbeitnehmer sowie ähnliche Einrichtungen weisen alle das gleiche Bedarfsprofil auf: hohe tägliche Wassermengenverbrauche, vorhersehbare Nutzungsmuster sowie konzentrierte Spitzenzeiten.
Für internationale B2B-Käufer, die diese Art von Systemen für ihren Markt in Betracht ziehen, sind die wichtigsten Designparameter, die in verschiedenen Regionen gleichermaßen relevant sind, unter anderem:
Logik der Größenbestimmung
50 Liter pro Person pro Tag bei einer Temperatur von 55–60 °C gelten als Standardwert für Einrichtungen dieser Art. Bei Einrichtungen mit kommerziellen Küchen oder Wäschereidiensten sollte dieser Wert angehoben werden; bei Gebäuden, die ausschließlich für Tagesaufenthalte genutzt werden, sollte er hingegen gesenkt werden.
Verhältnis der Sammelfläche
Rund 4–5 m² Fläche an Flachplattenkollektoren pro 1.000 Liter täglicher Warmwasserbedarf – abhängig vom Klima. In Gebieten mit hoher Sonneneinstrahlung nimmt dieses Verhältnis ab; in nördlichen oder bewölkten Klimazonen hingegen steigt es an.
Bestimmung der geeigneten Speicherkapazität
Die Gesamtgespeicherkapazität sollte um 10 bis 15 Prozent über dem täglichen Bedarf liegen, um Schwankungen im Wetter sowie Wartungsarbeiten ohne Unterbrechung der Versorgung zu ermöglichen.
Backup-Strategie
Luftwärmepumpen eignen sich für die meisten Klimazonen, in denen die Umgebungstemperatur über -15 °C liegt. Unterhalb dieser Grenze können Erdwärmepumpen oder elektrische Ersatzsysteme erforderlich sein. Für Campusgebäude wird aus Sicherheitsgründen in der Regel eine nicht-resistive Heizungsunterstützung bevorzugt.
Vertriebspartner sowie EPC-Unternehmen, die den Bildungssektor oder den Markt öffentlicher Institutionen bedienen, können sich an diesem Projekt als an einem skalierbaren Vorbild orientieren. Die Konstruktion ermöglicht die Bereitstellung von Einrichtungen für zwischen 500 und 10.000 oder mehr Nutzern, indem die Anzahl der Sammelleitungen, die Kapazität der Speichertanks sowie die Konfiguration der Pumpen entsprechend angepasst werden.
Soletks – kommerzielle Lösungen für die Erzeugung von Warmwasser durch Solarenergie
Soletks hat geliefert.Konstruierte FlachkollektorenIn diesem Schulprojekt wurde das Modell FPC200-HM eingesetzt. Dieser modulare Kollektor mit einer Fläche von 2,0 m² ist für die Reihenschaltung mehrerer Einheiten konzipiert. Er wurde aufgrund seiner Kombination aus wirtschaftlicher Effizienz pro Einheit, hydraulischer Kompatibilität bei großflächigen Anwendungen sowie hoher struktureller Haltbarkeit für die Installation auf Dächern ausgewählt.
Soletks-Plattenkollektoren für den institutionellen Warmwasserverbrauch
Das modulare Design ermöglicht die Reihenschaltung von Anlagen mit 50 bis 500 oder mehr Einheiten. Es ist optimiert für zentrale Warmwasserversorgungssysteme in Schulen, Krankenhäusern, Hotels und öffentlichen Einrichtungen.
Für größere institutionelle Projekte, bei denen eine maximale Abdeckfläche pro Panel erforderlich ist, steht auch die EFPC-Serie zur Verfügung – diese bietet eine Abdeckfläche von 10 bis 15 m² pro Einheit. Dies wird in unserem Beispiel eindrucksvoll veranschaulicht.kommerzielle solarthermische AnwendungenPortfolio: Soletks ist als direkter Hersteller in Dezhou, Provinz Shandong, tätig und verfügt über die Möglichkeit, Produkte nach individuellen Vorgaben herzustellen, diese mit eigenen Etiketten zu versehen sowie projektbezogene technische Beratungen anzubieten.
Das Unternehmen verfügt für seine Serie an Flachkollektoren über die Zertifizierung „Solar Keymark“ sowie über Zertifizierungen für seine Managementsysteme nach den Standards ISO 9001, ISO 14001 und ISO 45001. Weitere Informationen dazu, wie Soletks institutionelle Kunden bedient, finden Sie unter …Hotel-Solar-WarmwasseranlageFür weitere Informationen zu Projekten siehe unsere Anwendungsunterlagen.
Häufig gestellte Fragen
Wie groß muss eine Sammelleiste sein, um täglich 180 Tonnen Warmwasser bereitzustellen?
Dieses Projekt nutzt eine Fläche von 750 m² an Flachkollektoren, um unter den solaren Bedingungen der Provinz Shandong täglich 180 Tonnen Wasser bei einer Temperatur von 55–60 °C zu erzeugen. Der allgemeine Verhältniswert beträgt etwa 4–5 m² Kollektorfläche pro 1.000 Liter täglicher Wassernachfrage; dieser Wert variiert jedoch abhängig von der Breitegradlage, der durchschnittlichen Sonneneinstrahlung sowie der Kapazität des Ersatzsystems. Der Lieferant sollte eine auf die konkrete Standortlage abgestimmte Berechnung der erforderlichen Kollektorfläche auf Grundlage der TMY-Daten (Typische meteorologische Jahresbedingungen) Ihres Gebiets erstellen.
Was passiert während längeren, bewölkter oder regnerischer Perioden?
Der Notbetrieb der Luftwärmepumpe wird automatisch aktiviert, wenn die Temperatur des Speichers unter den eingestellten Wert fällt und die Solarenergie nicht ausreicht. Unabhängig von den Wetterbedingungen hält das System eine Ausgangstemperatur von 55–60 °C aufrecht. Der Speichervorrat (in diesem Projekt 200 m³) bietet zusätzlichen Zeitraum, bevor die Notsysteme in vollem Umfang eingesetzt werden müssen.
Ist eine Amortisationszeit von 3,5 Jahren für Projekte außerhalb Chinas realistisch?
Die Amortisationszeit hängt in erster Linie vom Kostenniveau der durch die neue Energiequelle ersetzten Energiequelle ab. In diesem Projekt diente Erdgas zu einem Preis von 3,8 CNY/m³ als Referenzwert. Auf Märkten mit höheren Gas- oder Strompreisen kann die Amortisationszeit kürzer ausfallen. Auf Märkten mit subventionierten Energiepreisen oder geringeren Sonneneinstrahlungsbedingungen verlängert sich hingegen die Amortisationszeit. Für die meisten institutionellen Projekte mit einem Tagesbedarf von mehr als 50 Tonnen und ausreichender Sonneneinstrahlung liegt die typische Amortisationszeit in der Gruppe von 3 bis 7 Jahren.
Kann dieses Systemdesign auch auf größere Einrichtungen wie Universitäten oder Krankenhäuser übertragen werden?
Ja. Die Architektur ist von vornherein modulär konzipiert. Die Anzahl der Sammelleiter, die Anzahl der Speichertanks sowie die Leistung der Pumpen steigen proportional zur Nachfrage an. Universitätscampuse, die täglich mehr als 500 Tonnen verarbeiten, wenden dasselbe Prinzip an – allerdings mit größeren Sammelleitern der EFPC-Serie sowie zusätzlichen Speichertanks. In Krankenhausprojekten können höhere Liefertemperaturen (65–70 °C) zur Sterilisierung erforderlich sein; dies beeinflusst wiederum die Größe der Sammelleiter sowie die Ausstattung der Reservesysteme.
Welche Wartungsarbeiten muss die Schule durchführen?
Zu den routinemäßigen Aufgaben gehören die visuelle Inspektion der Kollektorelemente (quartalsweise), die Überprüfung der Glykolkonzentration in geschlossenen Kreisläufen (jährlich), der Austausch der Wasserqualitätsfilter (gemäß Plan), die Wartung der Pumpen (jährlich) sowie die Aktualisierung des Firmwares des Steuersystems (sobald neue Updates verfügbar sind). Alle diese Aufgaben können von allgemeinem Wartungspersonal ohne spezielle Zertifizierungen für Kessel durchgeführt werden – was im Vergleich zur Bedienung von Gaskesseln zu erheblichen Personalersparnissen führt.
Planen Sie Ihr Projekt zur Erzeugung von Warmwasser mithilfe von Solarkollektoren.
Teilen Sie uns die Details zu Ihrer Anlage sowie die tägliche Menge an Warmwasser mit, damit wir Ihnen eine individuelle Systemempfehlung sowie ein Angebot erstellen können.
