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

Am Beispiel einer Solaranlage mit 100 m 2 Kollektorfläche und Low-Flow-Betrieb wird die
Problematik gezeigt:
Die Pumpe für den Kollektorkreis soll für einen Volumenstrom von 1,2 m 3 /h entsprechend
einem spezifischen Durchsatz durch das Kollektorfeld von 12 l/(m 2 ∙h) und eine Temperaturfestigkeit
bis 130 °C ausgelegt werden. Aus der Berechnung für den Druckverlust im Kollektorkreis
ergibt sich ein Wert von 8 m für die notwendige Förderhöhe. Die von einem
Pumpenhersteller zur Verfügung gestellte Auslegungssoftware /29/ erstellte eine Liste der
angeblich für diese Betriebsbedingungen geeigneten Pumpen. Die Überprüfung dieser Liste
ergab jedoch sehr schnell, dass ein Teil der vorgeschlagenen Pumpen entweder für Temperaturen
bis 130 °C nicht zugelassen ist oder den geforderten Betriebspunkt (Volumendurchsatz
1,2 m³/h bei 8 m Förderhöhe) überhaupt nicht erreichen kann. Vorgeschlagene Inlinepumpen
liegen im Preis um ein Mehrfaches über den Normalpumpen.
Förderhöhe [m]
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
b
c
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Fördervolumen [m 3 /h]
Abb. 6.12:
a
Pumpenkennl. 1,2,3 Netzkennl. gemessen Netzkennl. berechnet
3
Pumpenkennlinien sowie berechnete und reale Netzkennlinien
mit berechnetem und gemessenem Betriebspunkt
1
2
91
Abb. 6.12 zeigt die
Betriebscharakteristik
der Pumpe, die
von den vorgeschlagenen
am ehesten
den geforderten
Werten entspricht.
Da die Kollektorkreiskennlinie
(Netzkennlinie) sehr
steil verläuft, liegt
ihr Schnittpunkt mit
der Pumpenkennlinie
weit links im
Diagramm (Betriebspunkt
a, Pumpenstufe
2). Dies hat
aber zur Folge, dass
bei einem nur geringen
Überschreiten
des berechneten
Druckverlustes im
realen Betrieb eine (prozentual) große Abweichung vom geforderten Volumenstrom eintritt.
Wird die berechnete Förderhöhe von 8 m im realen Betrieb um nur 0,5 m (ca. 6 %) überschritten,
so läuft der Betriebspunkt auf der Pumpenkennlinie nach links zu erheblich geringeren
Volumenströmen. In unserem Beispiel stellen sich mit 0,7 m 3 /h nur noch knapp 60 %
des geforderten Volumenstromes ein (Betriebspunkt b). Die Leistungsfähigkeit der Solaranlage
sinkt dann durch wachsende thermische Verluste (höhere Arbeitstemperatur des Kollektors)
und verringerte Übertragungsleistung des Wärmetauschers (Verminderung der
Strömungsgeschwindigkeit im Wärmetauscher, dadurch Verschlechterung des inneren
Wärmeübergangs). Bei einer derart steilen Rohrnetzkennlinie kann das Problem durch Umschalten
auf eine höhere Pumpenstufe mit mehr Leistung kaum gelöst werden. Ein Wechsel