Solarthermie-2000 – Teilprogramm 2 - Solar - so heizt man heute

Anlagedaten für Beispielaufgabe
geodät. Höhe Kollektorfeld über Expansionsgefäß: p k,geo = 3 bar (entspricht 30 m)
max. Stillstandstemperatur der Kollektoren: 189 °C
max. zulässige Temperatur des Wärmeträgers:
150 °C (darüber: Verdampf.)
Füllvolumen nur der Kollektoren:
43,2 l
Füllvol. des gesamten Kollektorkreises mit Kollektoren: 113 l
Anlagenvordruck im Kollektorfeld p k,vor (kalt): p k,vor = 1 bar ü
Anlagenenddruck im Kollektorfeld p k,end (warm): p k,end = 3 bar ü
Anlagenvordruck am Expansionsgefäß p 0 (kalt): p 0 = 4 bar ü (p k,vor + p k,geo )
Anlagenenddruck am Expansionsgefäß p e (warm): p e = 6 bar ü (p k,end + p k,geo )
Ansprechdruck Sicherheitsventil unten: 6,6 bar ü (ca. 10% über p e )
Volumendehnung des Füllvolumens Kollektorkreis: 12,7 l (von 10 °C auf 150 °C)
Aufzunehmendes Volumen bei Anlagenenddruck: V ges = 43,2 l + 12,7 l = 55,9 l
Druckfaktor: D f = (p e – p 0 )/(p e + 1) = (6 bar ü – 4 bar ü )/(6 bar ü + 1) = 0,286
Mindestgröße Expansionsgefäß: V n = V ges /D f = 55,9 l/0,286 = 196 l
Gewähltes Expansionsgefäß: 200 l
Für das notwendige Volumen des Expansionsgefäßes ist neben dem Füllvolumen die Wahl
des Anlagenvor- und -enddruckes entscheidend. Je größer die Differenz zwischen diesen
zwei Werten ist, um so kleiner wird das Gefäß. Der Anlagenenddruck wird nach oben begrenzt
durch die Druckfestigkeit der Komponenten im Kollektorkreis und, wie oben erwähnt,
die Temperaturfestigkeit des Wärmeträgers (z.B. max. 150 °C).
Der Anlagenvordruck ist im kalten Zustand der Anlage einzustellen. Da bei Erwärmung des
Wärmeträgers die in ihm gelösten Gase teilweise entweichen und über Luftabscheider oder
Entlüfter abgeführt werden, sinkt der Druck im System wieder. Daher muss der Anlagenvordruck
so oft neu aufgebaut werden, bis nach einiger Zeit der Wärmeträger keine Gase
mehr abgibt. Zum Neuaufbau des Anlagenvordrucks muss im kalten Zustand Wärmeträger
(in der richtigen Konzentration!) nachgespeist werden, was oft nicht beachtet wird. Dieses
wiederholte Nachspeisen kann (theoretisch) durch die Einrechnung einer Wasservorlage bei
der Auslegung des Expansionsgefäßes vermieden werden, wie es auch in der Heizungstechnik
üblich ist. Wir halten es jedoch für sicherer, sich nicht auf die Wasservorlage zu verlassen,
sondern tatsächlich im kalten Zustand den Anlagenvordruck am Manometer zu kontrollieren
und bei Bedarf Wärmeträger zu ergänzen. Die Entlüftung muss stets sehr sorgfältig
vorgenommen werden, damit mit Sicherheit keine Gaspolster im System verbleiben, die die
Zirkulation des Wärmeträgers behindern oder im Extremfall ganz unterbinden können.
Zur Abnahme der Solaranlage kann verlangt werden, dass die Stillstandssicherheit in einem
"scharfen" Test demonstriert wird, in dem z.B. das Kollektorfeld an einem sonnigen Tag
durch Abschalten der Kollektorkreispumpe bewusst Stillstandsbedingungen ausgesetzt wird.
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6.6 Verrohrung, Armaturen, Sicherheitseinrichtungen
Die Rohrleitungswege zwischen Kollektorfeld, Solarspeicher und Wärmeübergabestation
sollte man möglichst kurz halten, um Installationskosten und Wärmeverluste der Solaranla-