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Solarertrag verbessern

23.10.2008 | Rubrik: Aktuell

Die Betriebsbedingungen und hydraulischen Verhältnisse in Kollektorkreisläufen von thermischen Solaranlagen verlangen Regel- und Sicherheitskomponenten, um sowohl die Solarwärme effizient zu nutzen als auch einen sicheren Betrieb zu gewährleisten. Am Beispiel eines Abgleichventils für den hydraulischen Abgleich von Solarkollektorfeldern soll diese Thematik näher erläutert werden. Die Durchströmung eines parallel geschalteten Kollektorfeldes mit beispielsweise drei oder fünf Solarkollektoren ist direkt mit der Hydraulik eines Rohrnetzes mit angeschlossenen Heizkörpern oder Flächenheizsystemen vergleichbar: Hydraulisch ungünstige Kollektoren erfahren somit genau wie der ungünstig gelegene Heizkörper einen geringeren Durchsatz.


„Hydraulisch ungünstig“ gilt auch für Solarkollektoren

Was sich beim Heizkörper durch zu geringe Wärmeabgabe schnell bemerkbar macht, wirkt sich beim Kollektor als Ertragsminderung aus. Die hydraulische Verschaltung nach dem Tichelmann- Prinzip allein ist dabei jedoch nicht immer ausreichend. Ein zusätzlicher Abgleich durch Regelventile ist dann erforderlich, wenn die Druckverluste in den Kollektoren gegenüber den Druckverlusten in den Anschlussleitungen zu gering sind. Die dazu eingesetzten Durchfluss- Regulierventile werden in unmittelbarer Nähe der Kollektoranschlüsse installiert.

Durchflussregulierung für parallel geschaltete Kollektoren

Mit der Entwicklung von Armaturen für die Funktionsbereiche Abgleichen, Regeln, Mischen und Entlüften, die speziell für Anwendungen in der Solarthermie konzipiert sind, befasst sich das Unternehmen Taconova GmbH. Ein Beispiel ist die Weiterentwicklung des Abgleichventils „Setter Bypass SD“ für den hydraulischen Abgleich parallel geschalteter Solarkollektoren. Bislang wurde die Parallelschaltung nur wenig praktiziert, da für die auftretenden hohen Temperaturen keine geeigneten Durchflussregler verfügbar waren, die zumindest kurzzeitig Stillstandstemperaturen von über 160 °C standhalten. Durch die Parallelschaltung sollen in jedem Kollektor annähernd gleiche Durchflussmengen und Druckverluste erreicht werden, um das Energieeinsparpotential durch Solarnutzung größtmöglich ausschöpfen zu können. Erhältlich sind diese Armaturen in Bypass- oder Inline- Ausführung; für diesen Anwendungsfall empfiehlt sich jedoch wegen höherer Temperaturbeständigkeit die Verwendung der Bypass- Varianten statt Inline- Durchflussmessern.


Solar- Abgleichventil hält auch Dampf aus

Die extremen Temperaturwechsel in Solarwärmeanlagen erfordern, dass die einzelnen Komponenten diesen Betriebsbedingungen dauerhaft standhalten. Dies betrifft besonders die Komponenten, die zusätzlich der Witterung ausgesetzt sind, Beispielweise den am Kollektoranschluss zu montierenden Durchflussregler. Die Temperaturbereich ist dabei ein wesentlicher Einflussfaktor, da dieser zwischen -20 °C und bis über 200 °C bis zum Anlagenstillstand pendelt. Der Stillstand sollte zwar vermieden werden, da es sich dabei im Grunde um einen Störfall handelt, in der Praxis ist dieser jedoch kaum vermeidbar. Dieser Zustand tritt ein, wenn der Solarspeicher geladen ist, jedoch keine Wärme entnommen wird. Bei fortwährender Sonneneinstrahlung verdampft das Medium und gibt dabei Wärme an die Umgebung des Kollektors ab, so dass sich die Temperatur des Kollektorsystems nicht mehr weiter erhöht.


Im Dauertest geprüft

Der für den Einsatz in Solarwärmeanlagen konzipierte „Setter Bypass SD Solar HAT“ ist für eine Dauertemperatur von 185 °C und kurzzeitig bis 195 °C beständig. Bei dieser Hochtemperatur- Ausführung empfiehlt der Hersteller, den Messkörper nach der Einregulierung abzunehmen und durch ein mitgeliefertes Verschlussset zu ersetzen, um die Dauerbelastbarkeit bis zur maximale zulässigen Betriebstemperatur zu gewährleisten. Bei parallel geschalteten Kollektoren wird innerhalb der Dachverrohrung je Kollektor ein „Setter“ Abgleichventil (i.d.R. rücklaufseitig) am Anschluss des Kollektors eingesetzt, um für jeden Kollektor exakt die richtige Durchflussmenge einstellen zu können. Das Abgleichventil wurde durch das Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik (ITW) der Universität Stuttgart einem Dauertest unterzogen. Durch ein Langzeit- Prüfverfahren sollt die Dauertemperaturbeständigkeit geprüft und damit die Einsetzbarkeit für die thermischen Beanspruchungen in unmittelbarer Nähe der Solarkollektoren ermittelt werden. Dazu wurde die Armatur während 1000 Stunden einer Prüftemperatur von konstant über 200 °C bei einem Dampfdruck von 16 bar ausgesetzt.


Durchflussmessung im Bypass

Der als Bypass angeordnete Messkörper arbeitet nach dem Schwebekörper- Prinzip und wird nur dann durchströmt, wenn zum Ablesen und Einstellen der Durchflussmenge der orangerote Bügel gedrückt gehalten wird. Der Messkörper kann durch in der Armatur integrierte Selbstschließende Ventile unter Betriebsdruck abgenommen werden. Für Wartungsarbeiten kann der Messkörper nach Abkühlung der Anlage wieder aufgesetzt werden, um die Durchflussmenge zu kontrollieren und ggf. nachzujustieren.

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