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Systeme mit mono- oder bivalentem Vorwärmspeicher

Einbindung mit separatem Wärmetauscher

Auslegung auf Volldeckung der Zirkulationsverluste an strahlungsreichen Tagen

Die Einbindung der Zirkulation ist so konzipiert, dass an strahlungsreichen Tagen eine Volldeckung der Zirkulationsverluste erreicht werden kann.

Separater Wärmetauscher bei monovalentem Vorwärmspeicher

Zur solaren Deckung der Zirkulationsverluste wird ein separater Wärmetauscher eingebaut, der immer dann vom Zirkulationsrücklauf durchströmt wird, wenn die Temperatur im Pufferspeicher oben höher ist als im Zirkulationsrücklauf (T1 > T2). Gleichzeitig schaltet die Pufferspeicherentladepumpe P7 ein. Der primärseitige (pufferseitige) Rücklauf des Wärmetauschers muss in einen höheren Pufferspeicherbereich eingespeist werden als der Rücklauf des Trinkwasserwärmetauschers.

Separater Wärmetauscher bei bivalentem Vorwärmspeicher

Ausführungshinweise

  • Das Umschaltventil V2 sollte dicht am Zirkulations-Wärmetauscher sein, damit in Zeiten ohne solare Zirkulationsdeckung (Normalfall) die nicht durchströmten Rohrleitungen möglichst kurz sind (Wasserhygiene). Aus hygienischen Gründen ist eine zeitgesteuerte Öffnung des Umschaltventils in Richtung Wärmetauscher empfehlenswert (z. B. einmal am Tag 1 min lang auf, wenn P6 eingeschaltet ist, ohne dass die Pumpe P7 einschaltet).
  • Der Zirkulationswärmetauscher sollte eine niedrige mittlere logarithmische Temperaturdifferenz (maximal 5 K, besser: 3 K) haben. Je niedriger diese Temperaturdifferenz ist, desto häufiger und länger kann Zirkulationsenergie über Solarwärme gedeckt werden.
  • Der Wärmetauscher darf den Zirkulationsvolumenstrom nicht zu stark beeinflussen, weil sonst weit von dem Speicher entfernt liegende Zapfstellen evtl. nicht mehr ausreichend angeströmt werden und die Temperatur im Zirkulationsrücklauf unter den zugelassenen Minimalwert von 55 °C absinken kann. Kann man den Zirkulationsvolumenstrom messen, so kann man aus der Kennlinie der Zirkulationspumpe und dem Zirkulationsvolumenstrom den Druckabfall im Zirkulationsnetz bestimmen. Der zusätzliche Druckabfall von Wärmetauscher, Umschaltventil und Zusatzverrohrung sollte maximal 10 % des normalen Druckabfalls im Netz betragen.
  • Kann der Zirkulations-Volumenstrom nicht gemessen werden, kann man als Faustregel festhalten, dass der Druckabfall im Zirkulationswärmetauscher 150 mbar nicht überschreiten sollte. Wird bei diesem Wert die Rücklauftemperatur der Zirkulation zu niedrig, muss man die Zirkulationspumpe durch eine stärkere ersetzen.
  • Auf das Umschaltventil V2 und den zugehörigen Bypass im Trinkwassernetz kann verzichtet werden, wenn die Druckverluste des Zirkulations-Wärmetauschers deutlich niedriger sind als oben angegeben, und der zusätzliche Stromverbrauch der Pumpe P6 trotz der dann permanenten Durchströmung des Wärmetauschers gering ist. Außerdem sollte der Wärmetauscher sehr gut gedämmt sein. Vorteil ist, dass in Zeiten ohne solare Zirkulationsdeckung keine Trinkwasserstagnation in nicht durchströmten Leitungen auftritt (Wasserhygiene).
  • Solare Zirkulationsdeckung ein 1)
    • V2 in Stellung Durchgang zum Wärmetauscher und Pumpe P7 ein,
      • wenn T2 – T1 > 6 K
    • P7 ein nur,
      • wenn P6 an
  • Solare Zirkulationsdeckung aus 1)
    • V2 in Stellung Durchgang zum Bereitschaftsspeicher und Pumpe P7 aus,
      • wenn T2 – T1 < 4 K1)
    1) Einstellwerte beispielhaft für WT mit mittlerem logarithmischen Delta T von 3 K
  • Die geringen Temperaturdifferenzen erfordern hohe Fühlergenauigkeiten, weshalb die Regelfühler sorgfältig montiert werden müssen (Tauchfühler in Speicher und Rohrleitung, Wärmeleitpaste; keine Anlegefühler).
  • Bei Volldeckung der solaren Zirkulationsverluste an strahlungsreichen Tagen kann man das Solarsystem um etwa den Faktor 2 bis 3 gegenüber einem System zur Trinkwasservorwärmung vergrößern.
  • Zur Dimensionierung der Zirkulationseinbindung sollte ein Simulationsprogramm benutzt werden, da es unmöglich ist, die Auswirkungen aller speziellen Bedingungen auf ein einzelnes System in verallgemeinernden Regeln zusammenzufassen.
  • Um ein zu starkes Verkalken des Zirkulations-Wärmetauschers zu vermeiden, wird eine Rücklaufbeimischung auf der Pufferspeicherseite installiert, die die Temperatur im WT begrenzt (V3). Der zugehörige Temperaturfühler kann am WT-Ausgang auf der Trinkwasserseite oder auch im Einlauf der Pufferseite montiert werden. Eine Montage auf der Primärseite führt dort zu klar definierten Maximaltemperaturen, aber zu nicht eindeutigen Warmwassertemperaturen. Bei der von uns empfohlenen Montage auf der Trinkwasserseite wird direkt auf die gewünschte Warmwassertemperatur geregelt.

Vorteile

  • Eine Volldeckung der Zirkulationsverluste ist an strahlungsreichen Tagen möglich.
  • Das Kaltwasser wird nicht mit dem Zirkulationsrücklauf vermischt, was niedrige Eintrittstemperaturen in den Wärmetauscher zur Trinkwassererwärmung ermöglicht.
  • Die Anbindung der Zirkulation mit einem separaten Wärmetauscher ist zwar aufwändiger als die Anbindung an den Vorwärmspeicher mit einem Umschaltventil im Zirkulationsrücklauf, aufgrund der einfacheren Regelung gegenüber einer Volldeckung mit Umschaltventil ist diese Variante jedoch empfehlenswerter. Außerdem besteht keine Gefahr von Fehlströmungen durch nicht dicht schließende Ventile.

Fazit

Wegen der hydraulischen Trennung von Kaltwasser und Zirkulationsrücklauf bevorzugen wir die Anbindung mit separatem Wärmetauscher. Dies gilt besonders für solche Anlagen, mit denen an strahlungsreichen Tagen der Energiebedarf der Zirkulation zu 100 % solar gedeckt werden soll. Bei Anlagen, die selbst an strahlungsreichen Tagen nur auf eine Teildeckung der Zirkulationsverluste ausgelegt sind, kann die Anbindung mit einem Umschaltventil im Zirkulationsrücklauf sinnvoller sein, vorausgesetzt, die Anlage wird kontinuierlich überwacht (wegen Möglichkeit nicht dicht schließender Ventile).

Weiterführende Links

Anlagen mit Vorwärmspeicher und separatem Wärmetauscher sind uns nicht bekannt.

Berichte und Fachbeiträge mit detaillierten Informationen

Die Inhalte dieser Seite sind im Rahmen der Projekte "Solarthermie-2000" und "Solarthermie2000plus" von der ZfS – Rationelle Energietechnik GmbH erarbeitet worden.

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