Kleine unkonventionelle Solarthermieanlage

03.05.2012

 

Beginn der Installation und des Baugruppentestes

Nach dem erfolgreichen Dichtheitstest habe ich als erstes Modul den Warmeaustauscher mit mechanischem Temperaturregler und Warmwasser Kreislaufpumpe fotografiert.

Zur besseren Ansicht mit Erläuterungen kann das File unter dem Bild heruntergeladen werden. Die Anschlussbeschriftung ist dort bei vergrösserter Abbildung zu lesen.

Der Aufbau ist sehr gedrängt, was den Zusammenbau und die Wartung erschwert. Ich empfehle deshalb etwas mehr Abstand vorzusehen. 

Waermeaustauscher
Waermetauscher.jpg
JPG Bild 657.1 KB
Funktionsplan.zip
Komprimiertes Archiv im ZIP Format 13.4 KB

Ich baue für meinen Kleingarten zur Brauchwassererwärmung im Sommer eine unkonventionelle Solarthermie Anlage.

Übliche Anlagen speichern die Energie als Warmes Brauchwasser in einem Boiler der zur Verminderung der Kalkabscheidung  auf eine Temperatur von maximal 60 Grad Celsius aufgeladen wird. Alle vier Wochen sollte zur Vermeidung von Legionellen eine Erhöhung der Boilerwassertemperatur auf 70 Grad Celsius erfolgen.

Dieses Prinzip nehme ich nicht.

 

Bei mir wird das mit Frostschutzmittel für Autokühler! versehene Wasser das durch den Sonnenkollektor aufgeheizt wird in einem Boiler bis auf über 100°C Grad Celsius erwärmt. Dafür ist normale Solarflüssigkeit nicht geeignet! Sie führt durch polymerisation des Glykols bei den hohen Temperaturen zum verstopfen der Kollektorrohre! 

Durch die hohe Temperatur kann in einem vorhandenen Boiler eine grössere Energiemenge gespeichert werden oder man benötigt nur einen halb so grossen Boiler. Theoretisch kommt man dann nach meiner Erfahrung mit einer konventionellen Anlage mit einem Viertel der Kollektorfläche aus!

Die Anlage besteht aus den Funktionsgruppen:

1. Solarkreislauf mit Sonnenkollektor, Pumpenbaugruppe die Befüllventil, Durchflussmesser, Temperaturanzeige, Sicherheitsbaugruppe, Zuschaltventil  und Umwälzpumpe beinhaltet.

2. Der Boiler mit Einlauf vom Sonnenkollektor, Kreislaufanschluss und Auslauf zum Wärmeaustauscher.

3. Der Gegenstromwärmeaustauscher mit Warmwasserumwälzpumpe, Warmwassermischerventil und Vormischer

4. Der Warmwasserkreislauf mit den Zapfstellen 

5. Der elektronischen Temperaturerfassung und Regeleinrichtung für die Kollektortemperatur, die Boilertemperatur und die Warmwassertemperatur mit Übertemperaturalarm.

Ich wollte einen 100 Liter Elektro Boiler in dem ein zusätzlicher Zirkulationseingang eingebaut wurde verwenden.

Inzwischen habe ich einen besser isolierten 80 L Boiler erhalten der schon einen Eingang hat den ich für die Zirkulationsleitung vom Kollektor verwenden kann.

Über den Zirkulationseingang wird das Warme Kollektorwasser in den Boiler geleitet. Durch die geringere Dichte des Warmen Wassers steigt es nach oben und füllt den Boiler allmählich aus.

Das unten liegende kältere Wasser wird über das Drosselventil, die Schwerkraftbremse (Rückschlagventil) und die Zirkulationspumpe die mit geringster Leistung betrieben werden kann wieder dem Sonnenkollektor zugeführt wo es Wärme aufnehmen kann.

Bei Warmwasserabnahme schliesst das Drei- Wege Ventil (ein Zwei-Wegeventil geht auch ist aber schlechter erhältlich und nicht billiger) und das Warme Boilerwasser wird über den Wärmeaustauscher, das  Wegeventil das Drosselventil mit einer Durchflussmenge von 6 L/min über die Zirkulationspumpe und den Kollektor wieder in den Boiler geführt.

Eine Alternative zum Wegeventil ist der Einsatz einer weiteren Pumpe in reihe mit einem Rückschlagventil. Das hat auch den Vorteil einer schnelleren Reaktion auf eine Warmwasseranforderung.

Eine weitere Idee von mir ist es Edelstahlausgleichbehälter von Hauswasserwerken zu verwenden. Drei Stück übereinander montiert und die Zirkulationsleitung an ein T-Stück zwischen dem untersten und dem darübermontierten angeschlossen. Dazu ist die Blase zu entfernen und statt des oberen Ventils eine Wassertonnenverschraubung aus Messing einzubauen mit denen die Verbindung der Behälter möglich wird. Bei drei 24 L Behältern sollte der Bedarf in einer Laube gedeckt sein.

Die Behälter sind preiswerter als ein Boiler bei EBAY zu bekommen. Sie lassen sich mit Mineralwolle leicht isolieren. 

Ob ein merklicher Druckanstieg bei Boilertemperaturen über 100 °C auftritt muss ich erst sehen, da ich mit der Autokühlerflüssigkeit die einen Siedepunkt von 120 °C bei einer Frostsicherheit bis -30°C haben soll noch keine Erfahrungen vorliegen.

Auf jeden Fall ist ein Druckausgleichbehälter vorgesehen.

Wird warmes Wasser benötigt leite ich das warme Boilerwasser über einen selbstgebauten Gegenstrom-Wärmeaustauscher. Dieser kann sehr klein sein wenn nur zum Geschirrspülen warmes Wasser benötigt wird.

Ich will auch noch warmes Wasser zum Duschen bereitstellen und habe deshalb eine Kaskade von zwei in Reihe geschalteten Gegenstrom-Wärmeaustauscher die U-Förmig angeordnet sind aufgebaut (siehe das erste Bild).

Durch Verschraubungen kann der Wärmeaustauscher schnell ausgebaut und auseinandergenommen werden falls er entkalkt werden soll. Eine weitere Möglichkeit ist es über Ventile einen Kreislauf über die Innenrohre des Wärmeaustauschers zu ermöglichen in den Zitronensäure zum entkalken eingespeist wird die nach erfolgter Entkalkung über ein weiteres Ventil abgelassen werden kann. Nach der Entkalkung ist das Innenrohr mit frischem Wasser gut zu spülen! 

Wie oft entkalkt werden muss kann ich noch nicht einschätzen. Ich denke eine Saison sollte er aber zu betreiben sein, das ist aber auch vom Kalkgehalt des Wassers abhängig.

Ausserdem habe ich vor dem Wärmeaustauscher einen Vormischer angeordnet.

Das warme Wasser wird mit einer Zirkulationspumpe über den Wärmeaustauscher die Zapfstellen und den Vormischer geführt.

In den Vormischer wird auch das kalte Wasser zugeführt das mit dem kreisenden Warmwasser gemischt über den Wärmeaustauscher auf Solltemperatur gebracht wird. Bei Erreichen der Solltemperatur auf der Sekundärseite des Wärmeaustauschers wird der Wasserstrom auf der Primärseite des Wärmeaustauschers unterbrochen.

Sollte der Sonnenkollektor noch Energie liefern können und die Boilertemperatur noch nicht oder nicht mehr seine Endtemperatur erreicht haben wird der Wasserstrom zum aufladen der Boilerthemperatur weitergeführt.

 

Eine weitere Vereinfachung und Verbilligung der Anlage ist möglich wenn der Sonnenkollektor mit dem Boiler als Schwerkraftsystem ausgeführt ist. Dabei muss der Boiler sich oberhalb des Sonnenkollektors befinden.

Im oberen Teil des Boilers sind zwei Austauscherrohre einzubauen durch die das Frischwasser geführt wird . Der sonstige Aufbau kann wie die Vorher vorgeschlagenen Systheme erfolgen.

Die Energiebeladung des Boilers erfolgt durch das erwärmte Wasser das im Kollektor nach oben steigt und das im Boiler befindliche kalte Wasser nach unten zum Eingang des Sonnenkollektors drängt.

Das durch den im oberen Teil des Boilers befindlichen Wärmeaustauschers fliessende Wasser bringt das ihn umgebende Wasser durch den Dichteunterschied zwischen warmen und kaltem Wasser zum absinken das dann im Kollektor wieder erwärmt wird.

Die Verrohrung vom Sonnenkollektor zum Boiler sollte mit dem Durchmesser der Kollektoranschlüsse erfolgen um den Strömungswiderstand gering zu halten.

 

Der Aufbau der Anlage erfolgt mit leicht erhältliche Kupferfittingen und Kupferrohren. Die gesamte Anlage ist weich zu löten!

Ein Aufbau mit Phosphorkupferlot verringert die Lebensdauer der Anlage nach Aussage des Kupferinstituts sehr stark und ist nur bei Gasverrohrungen zu empfehlen! 

Die Fittinge sind Teilweise so zu verändern das das Rohr zum Beispiel beim Wärmeaustauscher für das Innenrohr an den T-Stücken völlig durchgeschoben werden kann.

Am besten lassen sich die Reduzier-T-Stücke modifizieren die nur kleine Dellen als Einsteckbegrenzung aufweisen. Ich habe diese auf einem  Amboss mit Runddorn vorsichtig weggeklopft.

Gedrehte Fittinge sind auszufeilen.

Es sollte auch klar sein das die gesamte Anlage zur Vermeidung von Wärmeverlusten gut mit hitzebeständiegem Isolierstoff, am besten auf Mineralwollebasis wegen der möglichen hohen Temperaturen, 

gedämmt werden muss.

Für die Verrohrung gibt es fertige Isolierungen zur nachträglichen Dämmung.

Die Unterlagen des Systems werden nach und nach vervollständigt!

Eine Prinzipzeichnung mit der Angabe von nötigen Einstellwerten kommt noch.

Der Betrieb ist durch die hohe erreichbare Temperatur des Boilerwassers nicht ungefährlich!

Ich empfehle vor den fertiggestellten, verrohrten Modulen einen Spritzschutz aus Alublech anzubringen oder die Module in wärmegedämmten Gehäusen unterzubringen um bei Undichtigkeiten Verbrühungen zu vermeiden. 

An den Aufbau sollte sich nur derjenige heranmachen der die auftretenden Gefahren einschätzen kann, die Anlage versteht und die nötigen Einstellungen für einen sicheren Betrieb selbstständig vornehmen kann.

Eine Verantwortung für auftretenden Schäden durch Fehleinstellungen oder andere Gefahren kann ich nicht übernehmen.  

SolaranlageGraal.zip
Komprimiertes Archiv im ZIP Format 31.9 KB

Um auch bei längeren Sonnenpausen warmes Wasser zu haben ist jetzt noch ein Boiler in den Sekundärkreis integriert.

Dazu habe ich das Austauschermodul noch einmal etwas umgestaltet.

Der Austauscher sitzt dabei im Keller und der Boiler befindet sich im Raum darüber. Deshalb wird für den Boiler keine zusätzliche Pumpe benötigt. Die Energiebeladung des Boilers erfolgt aus dem Solarkreis über den Wärmeaustauscher nach dem Schwerkraftprinzip.

 

Heisswasserspeicher
Heisswasserspeicher