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KLEIN -
Paket für bestehende Anlagen Profi-Paket für Komplettsanierung
mit Projektierung
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1.200 Euro schon ab ca. 6.500 Euro je nach Ausführung
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Die
Solaranlage als SOLAR-Heizung mit normalem
Heizungswasser , wird mit normalem Heizungswasser betrieben und auch direkt
in den vorhandenen Heizungswasser-Kreislauf eingespeist, somit ist auch
automatisch die Produktion von WARM-Wasser
gewährleistet..
Der Solarkreislauf hat keinen eigenen Kreislauf, sondern wird hydraulisch wie
ein Heizkreis betrieben, lediglich mit dem Unterschied, dass er keine Energie
verbraucht, sondern diese abgibt. Heizungswasser hat neben einer bedeutend
höheren Wärmespeicherkapazität; auch eine bessere Wärmeabgabe, als ein
Glykolgemisch und schon dadurch kann ein höherer Solarertrag erzielt werden
Weiterhin ist Wasser dünnflüssiger und kann somit mit weniger
elektrischem Aufwand durch dünnere Leitungen gepumpt werden. Auch die Kosten
für aufwändige Wärmetauscherkonstruktionen (intern im Puffer oder extern)
entfallen ganz, sowie auch das Solar Ausdehnungsgefäß und nicht zuletzt
Glykol selbst sind hier nicht nötig. Alleine durch den Verzicht auf Glykol
und somit auf jegliche Wärmetauscher wird ein höherer Ertrag erzielt.
Welche
Auswirkungen hat Glykol
Glykolgemische,
welche Frostschutz bis -30 Grad bieten, haben bei 40 °C eine 12 % geringere
Wärmekapazität, die 3,8-fache Zähigkeit (Viskosität), eine 38 % geringere
Wärmeleitfähigkeit, nur ein Viertel der Reynoldzahl
(weshalb diese Kollektoren überwiegend bei ungünstigerer, laminarer
Strömung arbeiten müssen), einen 25 % geringeren
Wärmeübertragungskoeffizienten und einen um 42 % (bei turbulenter Strömung)
bis 385 % (bei laminarer Strömung) höheren Druckverlust
als Wasser besitzt.
Zu
tieferen Temperaturen hin werden die Verhältnisse immer ungünstiger. Da die
meisten Solaranlagen (Flachkollektoren) mit Glykol arbeiten müssen, werden
diese Tatsachen gerne verschwiegen. Somit sollte man sich auch fragen, was die
Zahlen der Kollektor Leistungstests ohne Frostschutzmittelkorrektur
eigentlich wert sind.
Jeder
kann sich selbst ganz schnell davon überzeugen, wie wesentlich die
Unterschiede jedoch tatsächlich sind. Wenn man einmal einen beliebigen
Plattenwärmetauscher mit den Auslegungsprogrammen diverser Hersteller ehrlich
ausrechnet, wobei einmal Wasser gegen Wasser und zum Vergleich Wasser gegen
Frostschutzmittel zu tauschen ist, stellt man fest, dass im Übergangsbereich
zwischen laminarer und turbulenter Strömung mit
Frostschutzmittel etwa die 3-fache Plattenanzahl notwendig ist, um das
gleiche Wärmetauschergebnis zu erzielen.
Genau
diese Strömungsverhältnisse herrschen aber auch in den Kollektoren. Mit
Frostschutzmittel werden Kollektoren überwiegend laminar
durchströmt, mit Wasser ist die Strömung überwiegend turbulent. Nahezu alle
Solarertrags-Simulationsprogramme ignorieren die physikalische Abbildung
dieser Zusammenhänge durch Anwendung einfacherer Modelle vollständig. Das
geradezu regelmäßige Verfehlen der vorhergesagten Jahreserträge bei
Solaranlagen mit Frostschutzmitteln, was man in der Literatur über
Großanlagen am besten verfolgen kann, hat vermutlich hier eine systematische
Ursache. Das Rechenergebnis ganz ohne Plattenwärmetauscher, wie bei
Wassersystemen, sollte nicht mehr zu übertreffen sein.
Ein weiterer Vorteil aber ist, dass neben der Kosteneinsparung bei der
Investition, bei diesem System die Stagnation im Sommer keine große Rolle spielt
und von der Anlage „eigensicher“ beherrscht wird, da kein Glykol durch
Übertemperatur zerstört werden kann, schadet diese Übertemperatur auch nicht
der Solarflüssigkeit. Wenn die Temperatur im Sommer über z.B. 90 Grad steigt,
schaltet der Solarregler die Solarpumpe ab, um Speicher und alle
Heizungskomponenten vor Übertemperatur zu schützen. In den Sammelrohren der
Kollektoren steigt dann die Temperatur schnell an und der erste
Wassertropfen, der zu Dampf wird, dehnt sich um den Faktor 1600 aus und startet
damit, das restliche Wasser aus dem Kollektor nach unten in den Puffer zu
drücken. Dort wird diese Wassermenge vom Ausdehnungsgefäß aufgenommen und bei
Abkühlung der Kollektoren in der Nacht automatisch wieder vom
Ausdehnungsgefäß in die Kollektoren zurückgedrückt. Da Übertemperatur im
Sommer bei diesem Konzept nicht schädlich ist, kann die Solaranlage bei
Bedarf, auch später sehr leicht durch zusätzliche Kollektoren aufgerüstet
werden, ohne den Rest der Anlage vergrößern zu müssen und ohne sich Gedanken
machen zu müssen, was mit der Überkapazität im Sommer passiert. Allerdings
funktioniert dieses System nur mit Vakuum-Röhrenkollektoren, da hier nur
wenige Liter Wasser in einem geraden Sammelrohr vollständig durch
Dampfüberdruck in den Puffer zurückgedrückt werden, ohne dass in
irgendwelchen Ecken des Kollektors Restwasser übrig bleibt und zu
Dampfschlägen führen kann, wenn der Kollektor dann später bei längerem
Stillstand eine Endtemperatur von über 200 Grad erreichen kann.
Um den Kollektor im Winter frostfrei zu halten und um somit Frostschäden zu
verhindern, startet der Solarregler die Solarpumpe immer dann, sobald die
Kollektortemperatur unter einen bestimmten Wert fällt und stoppt die Pumpe
wenn ein etwas höherer Wert erreicht ist. Vor allem in sehr kalten
Winternächten ist dies wichtig. Allerdings ist der Auskühleffekt der
Kollektoren gering, da das Sammelrohr im Kollektor und die auf dem Dach
liegenden Leitungen sehr gut isoliert sind. Sowohl der Energieaufwand aus dem
Puffer als auch der elektrische Aufwand für die Pumpe beim Frostschutz sind
so gering, dass sie in der Energiebilanz der Anlage kaum in Erscheinung
treten.
Puffer:
Der Puffer wird bauseitig mit einem externen Einschichtungsrohr ausgestattet,
welches senkrecht neben dem Puffer montiert wird. Dieses Rohr kann z.B. aus
DN 38 Kupfer oder größer einfach weich gelötet werden und sollte idealerweise mindestens 2 Dimensionen über der Rohrstärke
vom Heizungsrücklaufrohr sein, damit sich die Fließgeschwindigkeit beim
Eintritt in das Rohr reduziert und sich das Wasser somit selbständig, unter
Ausnutzung der Physik, temperaturmäßig in den
jeweiligen Pufferbereich einschichten kann. Dieses Rohr muss sehr gut gedämmt
werden.
Zusätzliches Ausdehnungsgefäß für den Puffer:
Dies wird benötigt, um die Wasserausdehnung zwischen kalt und heiß des
Pufferinhalts aufzunehmen. Das Ausdehnungsgefäß muss auch die Wassermenge der
Sammelrohre des Kollektors und eines Teils der oberen Leitung bei einem
Stillstand (Stagnation) aufnehmen.
Funktionsbeschreibung
der Anlage:
Sobald die Temperatur am Sensor (1) am Kollektor um z. B. 7° über dem Sensor
(3) im Puffer unten ist, startet die Solarpumpe. Diese wird vom Solarregler „Drehzahlgeregelt“ und versucht z.B. 55° (Durchschnittsvorlauftempertur vom Heizkreis) am Kollektor
zu erreichen und zu halten. Das warme Medium vom Kollektor wird nach unten in
das Einschichtungsrohr am Puffer geleitet. Jetzt kommt der Vorteil des
Einschichtungsrohrs zum Tragen. Das kalte Wasser in der Leitung vom Kollektor
bis zum Puffer, das beim Starten der Solarpumpe noch in der Leitung vorhanden
ist, wird automatisch in den unteren Teil im Puffer geleitet. Sobald
die Temperatur aus dem Kollektor steigt, wird der Puffer über das
Einschichtungsrohr automatisch immer weiter oben erwärmt. Der untere
Teil bleibt kalt und kann abends, bei weniger Sonnenschein auch noch
aufgeheizt werden. Dadurch entsteht eine längere Wirkzeit der Kollektoren,
welches zusätzlich den Gesamtertrag erhöht. Um die Effizienz der Anlage
weiter zu steigern, sollte optional ein 3-Wege-Umschaltventil (B) eingebaut
werden. Vorteil hierdurch: Sobald der Kollektor eine höhere Temperatur
aufweist als der Sensor (4) wird der Heizungsrücklauf direkt zu den
Kollektoren geleitet. So wird der Kollektorvorlauf am Eingang vom Einschichtungsrohr
nicht mit dem Rücklauf vermischt und es steht eine höhere Temperatur für die
Rücklaufanhebung zur Verfügung. Ist die Temperatur am Sensor (2) am Puffer
oben höher als die Temperatur am Sensor (4) am Heizungsrücklauf,
schaltet das 3-Wegeumschaltventil (A) und leitet den Heizungsrücklauf
in den Puffer. Das warme Wasser im oberen Teil des Puffers wird somit in den
Heizkessel geleitet und verhindert bzw. verzögert somit einen Brennerstart.
Jeder vermiedene Brennerstart bedeutet Heizöl- bzw. Gaseinsparung. Beim
Aufheizen vom Warmwasser mit dem Brenner (z.B. Legionellenschutzprogramm)
kann es vorkommen, dass die Rücklauftemperatur aus dem Brauchwasserspeicher
dann höher ist, als der Puffer oben. In diesem Fall schließt das
3-Wegeumschaltventil (A) und das Warmwasser wird direkt vom Heizkessel
erwärmt.
Frostschutzfunktion:
Diese Funktion wird automatisch vom Solarregler übernommen. Wenn die
Kollektortemperatur am Sensor (1) unter einen gewissen Sollwert fällt,
startet der Solarregler die Frostschutzfunktion, und die Solarpumpe
läuft. Das dann sehr kalte Wasser vom Kollektor strömt durch das
Einschichtungsrohr automatisch in den unteren Bereich vom Puffer und kühlt
nicht die obere heiße Zone des Puffers ab. Der Rücklauf wird von ganz unten
im Puffer entnommen. Diese vorhandene Energie reicht, um die Kollektoren
frostfrei zu halten, da hier nur wenige Liter Wasser (z.B. typischerweise 2
Liter pro 5 Mtr². Solarkollektorfläche) frostfrei
gehalten werden müssen. Die dabei aufgewandte Energie an Wärme und an
elektrischer Energie für die Pumpe ist relativ gering. Es ist wichtig, dass
dieses kalte Wasser vom Kollektor nicht oben in den Puffer geleitet wird, da
sonst der obere Bereich vom Puffer unnötigerweise abgekühlt wird und dann
wieder einen unnötigen Brennerstart verursacht. Frostschutzmäßig ist die
Schwachstelle des Systems nicht der Kollektor, sondern die
Verbindungsleitungen von der Dachdurchführung zu den Kollektoren und zwischen
den Kollektoren. Die Isolierung muss deshalb hier sehr sorgfältig durchgeführt
werden.
Frostschutz bei Stromausfall:
Wenn im Winter bei tiefer Minustemperatur der Strom ausfallen sollte
und die Pumpe deshalb keinen Frostschutz sicherstellen kann, ist für diesen
Fall das 2-Wege-Zonenventil (im Plan gelb gezeichnet) eingebaut. Wenn
Spannung anliegt ist es ständig geschlossen und öffnet bei Stromausfall.
Fällt die Stromzufuhr der Regelung aus, z.B. Sicherung hat ausgelöst, öffnet
die Rückholfeder das Zonenventil und es beginnt eine gewollte
Schwerkraftzirkulation. Das warme Wasser vom Einschichtungsrohr oben wird
oberhalb der Solarstation automatisch in den Solarrücklauf geleitet. Somit
wird die Schwerkraftbremse der Solarpumpe umgangen. Das kalte Wasser vom
Solar-Vorlauf strömt wieder in den kalten Puffer unten. Das 2-Wege-Zonenventil
wird parallel mit der Regelung strommäßig versorgt. In die
Stromversorgungsleitung sollte ein Schalter (Lichtschalter) eingebaut werden,
damit das Zonenventil bei Plus-Außentemperaturen z.B. im Sommer vom Stromnetz
getrennt ist. Es soll möglichst wenig elektrische Energie verschwendet
werden. Wird dieses Zonenventil im Sommer vom Stromnetz getrennt, muss der
Kugelhahn oberhalb vom Zonenventil geschlossen werden um ungewollte
Schwerkraftzirkulation zu vermeiden.
Die Hydraulik für dieses System ist lediglich ein Beispiel und wurde
von erfahrenen Solarspezialisten für konventionelle Öl/Gas- Brenner
ohne Brennwerttechnologie und Holzheizungen erstellt. Ist eine moderne
Brennwerttechnikheizung installiert, muß der
Vorlauf solar erwärmt werden, um den Vorteilen dieser Technik
entgegenzukommen. Es kann durch geringfügige Modifikation auch in fast jede
andere bestehende Heizungsanlage integriert werden. Anstelle des meist
vorhandenen Warmwasserspeichers kann eine Frischwasserstation eingebaut
werden. Alternativ kann Warmwasser auch über einen Hygiene Puffer mit innenliegendem Wellrohr-Tauscher aufbereitet werden. Die
Puffergröße wie auch die Kollektorfläche können je nach Anforderung
dimensioniert werden.
Achtung! Beim Ausfall (z.B. Defekt der Solar-Pumpe) ist keine
Frostschutzfunktion aktiv. In diesem Fall muss das Zonenventil durch den
Schalter per Hand vom Stromnetz getrennt werden, damit die
Schwerkraftzirkulation entsteht.
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