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Abschalttemperaturdifferenz
Als Temperaturdifferenz bezeichnet man den Unterschied zwischen zwei
gemessenen Temperaturen. Da die Einheit °C nur für Temperaturwerte
infrage kommt, die auf den Nullpunkt der Celsiusskala bezogen sind,
werden Temperaturdifferenz in K (Kelvin) angegeben. In der Solartechnik
spielt vor allem die Temperaturdifferenz zwischen Solarkreis – Vorlauf
und Solarkreis – Rücklauf eine Rolle. Von ihr hängt es ab, ob die Solaranlage
eingeschaltet werden kann ( Einschalt - Temperaturdifferenz ) oder
wieder abgeschaltet werden muss ( Ausschalt - Temperaturdifferenz ).
Die aus den entsprechenden Messwerten gebildete Temperaturdifferenz
ist daher maßgeblich für die Reglung der Anlage.
Absorber
Der Absorber ist der Teil des Sonnenkollektors, der die einfallende Solarstrahlung
absorbiert, sie in thermische Energie umwandelt und der Solarflüssigkeit
zuführt. Er besteht aus einer meist mit einer selektiven Spezialbeschichtung
( siehe Selektive Absorberoberfläche ) versehenen Empfangsfläche aus
Blech, der Platine und aufgelöteten oder direkt in das Blech gepressten
oder gerollten Rohren, die von der Solarflüssigkeit durchflossen werden.
Diese meist aus Kupfer bestehenden Rohre sind in Windungen oder in geraden
Bahnen durch das Blech geführt, um die Wärme von der Platine möglichst
gleichmäßig abzuführen. Die Güte des Absorbers wird durch das Absorptions-Emissionsverhältnis
a/e ausgedrückt, das bei sehr guten Modellen Werte von 10 und größer
erreicht. Unbehandelte Oberflächen erreichen dagegen nur Werte von a/e
= 1.
Anlagennutzungsgrad
Der Anlagennutzungsgrad ist das Verhältnis der von der Solarflüssigkeit
in den Speicher eingetragenen solar erzeugten Energie ( dem jährlich
solaren Energieertrag ) zum jährlichen solaren Energieempfang des Kollektorfeldes.
Mit Hilfe des Anlagenutzungsgrades kann die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems
„Solaranlage“ über einen längeren Zeitraum hinweg
( z.B. ein Jahr ) beschrieben werden.
Anlagenstillstand
Wenn dem Warmwasserspeicher keine Energie entnommen wird z.B. während
der Urlaubszeit, bleibt die Anlage stehen. Kommt es während dieser Stillstandszeiten
zu einer starken Sonneneinstrahlung, verdampft das Wärmeträgermedium
( Stagnation ). Die Solaranlage nimmt bei diesen Stillständen trotz der
hohen Temperaturen und den erhöhten Anlagendruck keinen Schaden, da die
einzelnen Elemente dafür ausgelegt sind.
Ausdehnungsgefäß
Zu den Sicherheitseinrichtungen einer solaren Warmwasserbereitungsanlage
zählt das Ausdehnungsgefäß, ein geschlossener Behälter mit einem meist
durch eine Membran abgetrennten Stickstoffpolster. Es nimmt die beim
Aufheizen auftretende Volumenausdehnung des Solarflüssigkeit auf. Eine
eigensichere Solaranlagen kann realisiert werden, indem das Ausdehnungsgefäß zusätzlich
zur Volumenausdehnung auch den vollständigen Flüssigkeitsinhalt des
Kollektorfeldes aufnehmen kann.
Der Vordruck des Stickstoffpolsters im Ausdehnungsgefäß sollte etwa 0,5
bar mehr als der statische Druck der Wassersäule betragen, damit auch
an der höchsten Stelle des Solarkreises Unterdruck und Lufteintritt verhindert
werden kann.
Das Ausdehnungsgefäß muss so bemessen sein, dass das zusätzliche Volumen
bei einem Anlagenstillstand aufgenommen werden kann.
Betriebsdruck der Solaranlage
Der Druck on der Solaranlage schwankt während des Betriebes zwischen
dem Minimalwert „Vordruck“ und dem Maximalwert „maximaler Betriebsdruck“.
Der Vordruck ist der Druck, der bei der Befüllung der Anlage eingestellt
wurde. Er sollte etwa 0,5 bar mehr als der statische Druck der Wassersäule über
dem Ausdehnungsgefäß betragen, damit auch an der höchsten Stelle des
Solarkreises Unterdruck und Lufteintritt verhindert werden kann. Der
maximal zulässige Betriebsdruck wird erreicht, wenn das Ausdehnungsgefäß vollständig
mit Solarflüssigkeit gefüllt ist, die sich bei der Erwärmung ausgedehnt
hat. Er sollte etwa 0,3 bar geringer sein als der Ansprechdruck des Sicherheitsventils.
Blitzschutz
Die Kollektoren sind mit einem Blitzschutz zu versehen, der den VDE –
Richtlinien entspricht und von dazu berechtigtem Fachpersonal zu installieren
ist. Erdkabel mit mindestens 10 mm2 Querschnitt und geeignete Rohrschellen
sind erforderlich.
Brauchwasserbereitung
Ist ein veralteter Begriff, der in der Vergangenheit für die Erwärmung
von Wasser zur Nutzung in Dusche, Badewanne, etc. verwendet wurde. Er
ist in der Literatur jedoch immer noch weit verbreitet.
Bruttowärmeertrag
Der Bruttowärmeertrag eines Solarkollektors in kWh / m²a entspricht der
Wärmeaufnahme der Solarflüssigkeit während eines Jahres. Bruttowärmeerträge
verschiedener Sonnenkollektoren sind nur dann vergleichbar, wenn gleiche
Temperaturverhältnisse ( mittlere Absorbertemperatur und Umgebungstemperatur
) und gleiche Einstrahlungsbedingungen herrschen. Außerdem ist anzugeben,
ob er sich auf die Absorber-, Apertur- oder Bruttofläche des Kollektors
bezieht.
Bypassregelung
Bei langen Rohrleitungen zwischen Kollektor und Speicher kann es beim
Einschalten der Anlage dazu kommen, das der Speicher durch das kalte
Wasser in den Leitungen abgekühlt wird. Um dies zu verhindern, wird ein
Bypassventil und ein Temperaturfühler montiert, die dafür sorgen, dass
der Speicher erst dann beladen wird, wenn die Rohrleitungen warm genug
sind.
Differenzregelung
Wenn die Kollektortemperatur um einen vorgegebenen Wert größer ist (
Einschaltdifferenz ) als die Speichertemperatur wird die Anlage eingeschaltet.
Sinkt die Temperaturdifferenz zwischen Kollektor und Speicher unterhalb
der vorgegebenen Ausschaltdifferenz, so wird die Anlage wieder abgeschaltet.
Durchflussmenge
Die Durchflussmenge ( Volumenstrom ) von Solaranlagen muss zum einen
so hoch gewählt sein, dass die Luft in den Rohleitungen transportiert
wird damit die Anlage entlüftet werden kann und zum anderen so gering,
dass der Wärmeübergang im Kollektor nicht beeinflusst wird.
Eigensicherheit
Nach DIN 4757 T1 sind Solaranlagen „eigensicher“ auszuführen: Anhaltende
Wärmeaufnahme ohne Wärmeverbrauch darf nicht zu einem Störfall führen,
dessen Behebung über den üblichen Bedienungsaufwand hinausgeht. Ein erheblicher
Aufwand liegt z.B. dann vor, wenn aus dem Sicherheitsventil Solarflüssigkeit
abgeblasen wird und der Solarkreislauf vor erneuter Inbetriebnahme zuerst
wieder aufgefüllt werden muss. Eigensicherheit kann durch eine geeignete
Dimensionierung aller Sicherheitseinrichtungen im Solarkreis erreicht
werden.
Einschalttemperaturdifferenz
Als Temperaturdifferenz bezeichnet man den Unterschied zwischen zwei
gemessenen Temperaturen. Da die Einheit °C nur für Temperaturwerte infrage
kommt, die auf den Nullpunkt der Celsiusskala bezogen sind, werden Temperaturdifferenz
in K (Kelvin) angegeben. In der Solartechnik spielt vor allem die Temperaturdifferenz
zwischen Solarkreis – Vorlauf und Solarkreis – Rücklauf eine Rolle. Von
ihr hängt es ab, ob die Solaranlage eingeschaltet werden kann ( Einschalt
- Temperaturdifferenz ) oder wieder abgeschaltet werden muss ( Ausschalt
- Temperaturdifferenz ). Die aus den entsprechenden Messwerten gebildete
Temperaturdifferenz ist daher maßgeblich für die Reglung der Anlage.
Entlüfter
Luft im Solarkreis sammelt sich an den höchstgelegenen Stellen und unterbricht
den Flüssigkeitsumlauf. Zur Entlüftung werden an den kritischen Stellen
des Solarkreislaufes Entlüftungsventile installiert. Automatische Entlüfter
müssen für das verwendete Glykol-Wassergemisch und die Maximaltemperatur
im Solarkreis geeignet sein. Handentlüfter sind weniger störanfällig,
müssen aber von Zeit zur Zeit betätigt werden.
Frostschutzmittel
Um die Anlage vor Frostschäden zu schützen, ist es notwendig, dem Wasser
Frostschutzmittel zuzusetzen.
Globalstrahlung
Die Globalstrahlung setzt sich aus direkter und indirekter ( diffuser
) Sonnenstrahlung zusammen.
Kollektor
Im Kollektor ( Sammler ) wird die Sonnenenergie eingefangen und über
den Absorber an das Wärmeträgermedium übertragen.
Kollektorertrag
Der voraussichtliche Kollektorertrag kann mit Computerprogrammen für
bestimmte Standart-Anwendungsfälle ermittelt werden. Die Kollektorerträge
der auf dem Markt befindlichen Modelle liegen meist zwischen 400 und
500 kWh / m²a. Der Kollektorertrag liefert allerdings keine unmittelbare
Aussage über die Güte des Kollektors wie der Wirkungsgrad nach
DIN 4757 – 4, da viele weitere Einflussfaktoren ( Speichergröße, Regelparameter,
Solarstrahlungsangebot, Verbrauchsgewohnheiten ) den Kollektorertrag
mitbestimmen. Meist ist es erforderlich, mehrere Kollektoreinheiten zu
einem Kollektorfeld zusammenzuschließen. Sind Kollektoren so miteinander
verbunden, dass die Solarflüssigkeit sie alle nacheinander durchströmt,
nennt man dies eine Reihenschaltung. Sind Kollektoren so verbunden, dass
sich die Solarflüssigkeit gleichmäßig auf die einzelnen Kollektoren aufteilt,
spricht man von Parallelschaltung.
Eine Reihenschaltung hat einen niedrigen Gesamtvolumenstrom, einen relativ
hohen Druckverlust und eine höhere Vorlauftemperatur bei insgesamt niedrigerem
Kollektorwirkungsgrad zur Folge. Bei Parallelschaltung ergibt sich ein
hoher Gesamtvolumenstrom, ein relativ geringem Druckverlust und eine
niedrigere Vorlauftemperatur bei insgesamt höherem Kollektorswirkungsgrad.
Kleine Kollektorfelder werden meist in Parallelschaltung ausgeführt.
Legionellen ( DVGW )
Legionellen sind Bakterien, die bei unsachgemäß geplanten oder installierten
Warmwassersystemen das Trinkwasser verunreinigen können. Eine Gefährdung
durch Legionellen geht von einer fachgerecht installierten Solarwärmeanlage
nicht aus.
Nachheizung
Während längerer Schlechtwetterperioden und in den Wintermonaten ist
zur Sicherstellung des Warmwasserbedarfs eine konventionelle Zusatzheizung
erforderlich, die den jeweils benötigten Trinkwasservorrat auf Solltemperatur
hält. Meist lässt sich die vorhandene Zentralheizung für die Nachheizfunktion
verwenden indem der Solarspeicher an einen vorhandenen Speicherladekreis
angeschlossen wird. Hierzu ist eine Umwälzpumpe
( Nachheizpumpe, Speicherladepumpe ) erforderlich. Anderenfalls kann
ein Gas – Durchlauferhitzer oder auch ein elektrischer Einschraubheizstab
verwendet werden.
Nennweite
Die Nennweite ist eine Kenngröße, die bei Rohrleitungssystemen als kennzeichnendes
Merkmal zueinander gehörender Teile, z.B. Rohre, Rohrverbindungen, Formstücke
und Armaturen benutzt wird. Die Nennweite hat keine Einheit und darf
nicht als Maßeintragung verwendet werden. Die Nennweiten entsprechen
annähernd den lichten Durchmessern der Rohrleitungsteile. Je nach den
Wandstärken können die lichten Durchmesser sich aber von der Nennweite
unterscheiden.
Raumheizung
Unter diesem Begriffen werden in der Solartechnik Solaranlagen zusammengefasst,
welche in der Regel Heizungsunterstützung neben der Wassererwärmung (noch
einmal klar: = warmes Wasser für die Dusche, etc.) auch die Raumheizung
unterstützen.
Rohrleitungen des Solarkreislaufs
Der Solarkreislauf sollt grundsätzlich mit Kupferrohren ausgeführt werden.
Bei der Wahl des Querschnitts der Kupferrohre sind mehrere Gesichtspunkte
gleichzeitig zu beachten: Kleine Querschnitte verursachen durch ihre
verminderte Oberfläche geringere Wärmeverluste, bieten dem Wärmeträgen
aber einen höheren Strömungswiderstand. Die Rohrweite sollte so bemessen
sein, dass Geschwindigkeiten zwischen 0,5 und maximal 1,0 m/s erreicht
werden und der spezifische Druckverlust je m installierte Rohrlänge DPL
Werte von etwa 4 mbar/m nicht überschreitet.
Rückflussverhinderung
Rückflussverhinderer werden in Rohrleitungssystemen eingesetzt, wenn
eine Umkehr der Strömungsrichtung unter bestimmten Betriebsbedingungen
vorkommen kann und nicht erwünscht ist. In Solaranlagen wird auf diese
Weise verhindert, dass sich der Speicher bei ausgeschalteter Umwälzpumpe
durch freie Konvektion der Solarflüssigkeit über die Kollektoren entlädt.
In die Kaltwasserleitung wird ein Rückflussverhinderer eingebaut, damit
erwärmtes Wasser nicht infolge der Wärmedehnung aus dem Speicher in die
Kaltwasserleitung gedrückt werden kann.
Schwerkraftbremse
Die Schwerkraftbremse soll die Eigenzirkulation der Anlage und somit
die Abkühlung des Speichers durch den Kollektor verhindern.
Sicherheitsventil
Das Sicherheitsventil bläst Solarflüssigkeit in den Auffangbehälter ab,
wenn infolge einer Störung der Betriebsdruck in der Solaranlage den Ansprechdruck überschreitet.
Es sollte nach Möglichkeit ein Ventil mit einem Ansprechdruck von 5 bar
gewählt werden, sofern das druckempfindlichste Bauteil des Solarkreislaufs
dann noch geschützt ist.
Simulationsprogramm
Solaranlagen werden inzwischen immer häufiger mit Hilfe von Simulationsprogrammen
am Computer geplant. Die meisten Kollektorhersteller haben daher ein
Computerprogramm in ihrem Sortiment, das die Leistungsdaten ihrer Produkte
oft bereits enthält.
Solarer Deckungsgrad
Der solarer Deckungsgrad gibt an, wie viel Prozent der zur Warmwasserzubereitung
erforderlichen Energie durch die Solaranlage im Jahresmittel gedeckt
werden kann. Er entspricht dem Verhältnis des jährlichen solaren Energieertrags
zum Energiebedarf für die Warmwasserbereitung und die Deckung der Solarspeicherverluste
sowie gegebenenfalls der Verluste eines Zirkulationssystems. Wirtschaftlich
sinnvoll ist ein Kompromiss zwischen solarer Verbrauchsdeckung und Anlagenkosten.
Bei den derzeitigen Anlagekosten und Energiepreisen sollten Solaranlagen
zur Warmwasserbereitung für Einfamilienhäuser mit einem solaren Deckungsgrad
von ca. 30 – 50 % ausgelegt werden.
Solarer Energiegewinn
Der solare Energiegewinn oder auch Ertrag Q, ist die Energie, die im
Solarspeicher von der Solarflüssigkeit an das Trinkwasser abgegeben wird.
Solarkonstante
Bezeichnet die senkrecht auf eine Fläche außerhalb der Atmosphäre treffende
Solarstrahlung
( s = 1,37 kW/m² ). Im Weltraum ist die Sonnenstrahlung nahezu konstant;
auf der Erde schwankt sie im Laufe der Tages – und Jahreszeiten und variiert
je nach Breitengrad und Witterung. Der maximale Wert auf der Erde liegt
zwischen etwa 0,8 und 1,0 kW/m². Im Jahresmittel beträgt die Sonneneinstrahlung
in Deutschland je nach Region zwischen ca. 50 und 1100 kwh/m².
Solarkreislauf
Der Solarkreislauf transportiert die in den Kollektoren absorbierte Energie
in den Solarspeicher.
Er umfasst im einzelnen:
• Die Solarflüssigkeit, die die Energie vom Kollektor zum Speicher transportiert,
• die Rohrleitungen, die die Kollektoren auf dem Dach und
• den meist im Keller untergebrachten Speicher verbinden,
• die Umwälzpumpe, die die Solarflüssigkeit im Kreislauf führt,
• alle Armaturen und Einbauten zum Befüllen, Entleeren und Entlüften,
• sowie die Sicherheitseinrichtungen Ausdehnungsgefäß und Sicherheitsventil.
Die von den Kollektoren kommende erwärmte Solarflüssigkeit nennt man
den Vorlauf. Die vom Speicher zu den Kollektoren zurückströmende kältere
Flüssigkeit ist der Rücklauf.
Solarkreisumwälzpumpe
Als Solarpumpe kann eine gewöhnliche Umwälzpumpe für die Heiztechnik
gewählt werden. Sie sollte allerdings mehrere Leistungsstufenaufweisen,
um eine bessere Anpassung an den Solarkreislauf zu ermöglichen. Um die
Leistung der Solarpumpe richtig auszulegen, ist die Kenntnis des Gesamtdruckverlustes
des Solarkreislaufes notwendig. Nur wenn die Solarpumpe optimal auf den
Kreislauf abgestimmt ist, kann der herstellerseits geforderte Nenndurchsatz
der Sonnenkollektoren eingehalten werden und die veranschlagten solaren
Energiegewinne erreicht werden.
Solarkreiswärmetauscher
Zwischen dem Solarkreis und dem Trinkwasser im Speicher muss durch den
Solarwärmetauscher eine vollständige Trennung geschaffen werden, da der
Wärmeträger durch Zusätze gegen Frost zu schützen ist. Ein für Solaranlagen
geeigneter Wärmetauscher zeichnet sich durch gute Übertragungseigenschaften
schon bei sehr niedrigen Temperaturdifferenzen zwischen Speicherwasser
und Wärmeträger aus.
Solarregler
Die Funktion der Solaranlage wird in Abhängigkeit von charakteristischen
Temperaturmesswerten unter Berücksichtigung vorgegebener Sollwerte vollautomatisch
geregelt. Maßgeblich für das Ein – und Ausschalten der Solarkreis – Umwälzpumpe
ist die Temperaturdifferenz zwischen Vor – und Rücklauf des Solarkreises.
Als charakteristische Größen verwendet man die Differenz zwischen der
Absorbertemperatur und der Temperatur der Speicherflüssigkeit in Höhe
des Solarkreiswärmetauschers, welche mit entsprechenden Thermostaten
ermittelt werden. Die meisten Solarregler sind mit zusätzlichen Thermostaten
ausgestattet, die je nach Ausführung die Funktionen des Überhitzungsschutzes
und der Nachheizung sowie tageszeitabhängige Vorgänge übernehmen. Neuerdings
ist auch eine temperaturabhängige Steuerung des umlaufenden Volumenstroms
der Solarflüssigkeit möglich.
Solarspeicher
Da das Energieangebot der Sonne zeitlich meist nicht mit der Wärmenachfrage
zusammenfällt, ist der Einsatz eines Warmwasserspeichers unumgänglich.
Der Speicher sollte eine gewisse Warmwassermenge vorrätig halten, um
das Strahlungsangebot auch längerer Schönwetterperioden speichern zu
können. Der Speicher muss neben dem Kollektoranschluss den Anschluss
einer Nachheizung ermöglichen ( bivalenter Speicher ). Deshalb sind konventionelle
Warmwasserspeicher als Solarspeicher nicht geeignet. Gute Solarspeicher
zeichnen sich durch Korrosionsbeständigkeit, geringe Wärmeverluste und
eine gute Temperaturschichtung aus.
Solarstrahlung
Man unterscheidet verschiedene Strahlungsarten.
Von den Bestandteilen der Erdatmosphäre ungehindert auf den Boden trifft
die Direktstrahlung. Die Diffusstrahlung entsteht in der Atmosphäre,
wenn die Solarstrahlung an den Lichtmolekülen, Schutzpartikeln und Wassertröpfchen
gestreut wird. Sie wird als Helligkeit des Himmels wahrgenommen. Die
von der Umgebung auf deine Empfangsfläche geworfenen direkte und diffuse
Sonnenstrahlung wird als reflektierte Solarstrahlung bezeichnet. Die
Globalstrahlung ist die Summe aus direkter, diffuser und reflektierter
Sonnenstrahlung auf eine horizontale Fläche. Anhand des Schattenwurfs
von Gegenständen lässt sich sehr gut der Anteil der direkten Solarstrahlung
an der Globalenstrahlung erkennen ( auf die beschattete Fläche trifft
nur die reflektierte und diffuse Strahlung ).
Solarstrahlungsangebot
Die Menge der eingestrahlten Sonnenenergie hängt sehr stark vom Neigungswinkel
und von der Orientierung der Empfangsfläche ab. Wenn die Sonnenstrahlen
senkrecht auf die Fläche einfallen, ist die Strahlungsintensität am höchsten.
Daher sollten Sonnenkollektoren nach Süden orientiert und so geneigt
werden, dass die Sonnenstrahlen möglichst häufig senkrecht auf die Kollektorfläche
treffen. Die Solarstrahlung auf die horizontale Fläche beträgt je Quadratmeter
und Tage im Mittel ca. 2 800 Wh. Im Juli können Werte von rund 5 000
Wh/m² je Tag erreicht werden, im Dezember oft nur ca. 500 Wh/m²d. Im
gesamten Jahr werden ca. 1 000 kWh/m² Solarenergie gemessen.
Solarthermie
Bezeichnung für die Umwandlung von Sonnenstrahlung in direkt nutzbare
Wärme mit Hilfe von Kollektoren. Im allgemeinen wird die gewonnene Energie
zur Erwärmung von Brauchwasser und zur Raumheizung benutzt.
Speichermaximaltemperatur
Der Solarregler überprüft die Überschreitung der eingestellten Speichermaximaltemperatur.
Erreicht das Wasser im Speicher diese Temperatur, so wird die Beladung
abgeschaltet.
Speichernotabschaltung
Manche Regeloptionen beladen den Speicher über die eingestellte Speichermaximaltemperatur
hinaus. Um den Speicher vor Schäden durch zu hohe Temperaturen zu schützen
( z.B. Temperaturfestigkeit der Isolierung ) werden diese Regeloptionen
abgeschaltet, wenn der Speicher die Speichernotabschalttemperatur erreicht
( 90°C ... 95°C ).
Stillstandsfall
Wenn der Solarkreislauf keine Energie aus dem Kollektorfeld abführt,
erwärmen sich die Absorberplatinen des Kollektorfeldes bis zu derjenigen
Temperatur, bei der die Wärmeverluste an die Umgebung ebenso groß sind
wie der Energiegewinn aus solarer Strahlung. Weil dieser Zustand insbesondere
dann eintritt, wenn die Umwälzpumpe des Solarkreises ausfällt, nennt
man ihn Anlagenstillstand. Solaranlagen müssen so ausgelegt sein, dass
ein Stillstandsfall nicht zu einem Störfall führt, dessen Behebung über
den üblichen Bedienungsaufwand hinausgeht. Die bei Stillstand erreichte
Absorbertemperatur ( Stillstandstemperatur ) kann bei effizienten Kollektoren
höher als 200°C sein.
Stillstandssicherheit
Eigensicher ausgeführte Solaranlagen werden auch als stillstandssicher
bezeichnet, da auch bei Erreichen der Stillstandstemperatur des Sonnenkollektors
der maximal zulässige Betriebsdruck nicht überschritten wird.
Stillstandstemperatur
Wenn die im Kollektor erzeugte Wärme nicht mehr weitergeleitet wird erwärmt
sich das Wärmeträgermedium innerhalb des Absorbers auf die Kollektorstillstandstemperatur.
Temperaturdifferenz
Als Temperaturdifferenz bezeichnet man den Unterschied zwischen zwei
gemessenen Temperaturen. Da die Einheit °C nur für Temperaturwerte infrage
kommt, die auf den Nullpunkt der Celsiusskala bezogen sind, werden Temperaturdifferenz
in K (Kelvin) angegeben. In der Solartechnik spielt vor allem die Temperaturdifferenz
zwischen Solarkreis – Vorlauf und Solarkreis – Rücklauf eine Rolle. Von
ihr hängt es ab, ob die Solaranlage eingeschaltet werden kann ( Einschalt
- Temperaturdifferenz ) oder wieder abgeschaltet werden muss ( Ausschalt
- Temperaturdifferenz ). Die aus den entsprechenden Messwerten gebildete
Temperaturdifferenz ist daher maßgeblich für die Reglung der Anlage.
Temperaturfühler
Temperaturfühler dienen zur Ermittlung der charakteristischen Istwerte,
die zur Regelung der Solaranlage vom Regler benötigt werden. Meist werden
temperaturabhängige Widerstände verwendet, z.B. Pt 1 000. Zur Regelung
des Solarkreises müssen die Temperaturen der Solarflüssigkeit am Austritt
aus dem Kollektorfeld und die Temperatur des Trinkwassers in Höhe des
Solarkreiswärmetauschers im Speicher erfasst werden. Zur Nachheizung
wird zusätzlich die Temperatur des Warmwassers an der Entnahmestelle
gemessen.
Temperaturschichtung im Solarspeicher
Ein guter Solarspeicher zeichnet sich durch eine ausgeprägte Temperaturschichtung über
die Höhe aus. Oben befindet sich das wärmste, unten das kälteste Wasser.
Die Schichtung stellt sich auf natürliche Weise ein, da erwärmtes Wasser
leichter wird und nach oben stiegt ( Thermosiphon – Effekt ). Aus einem
geschichteten Speicher wird Warmwasser aus dem oberen Bereich entnommen
und Kaltwasser unten zugeführt. Die Warmwasserleitung sollte vom Boden
her in den Speicher führen, um Verluste durch Wärmebrücken im heißen
Kopfteil und um unerwünschte Zirkulationsströmungen in der Leitung zu
vermeiden.
Thermosphon – Prinzip
Aus dem Dichteunterschied zwischen wärmeren und kälterem Wasser erfährt
das leichtere warme Wasser einen Auftrieb und stiegt nach oben. Dieser
Effekt wird von guten Solarspeichern durch Einbauten unterstützt, um
schon nach kurzer Betriebszeit der Solaranlage ausreichend erwärmtes
Trinkwasser im oberen Speicherbereich zu erhalten.
Thermostatisches Mischventil
Wegen der hohen Maximaltemperatur des Speichers ist zum Schutz gegen
Verbrühungen beim Zapfen ein Mischventil erforderlich. Es wird zwischen
Kaltwasserzuleitung und Warmwasserentnahmeleitung installiert. Durch
thermostatisch geregeltes Zumischen von Kaltwasser wird die Maximaltemperatur
des gezapften Wassers auf einen einstellbaren Wert begrenzt.
Überhitzungsschutz
Wenn während einer länger anhaltenden Schönwetterperiode keine Energie
aus dem Solarspeicher entnommen wird, kann die Speichertemperatur auf
den maximal zulässigen Wert steigen. In diesem Fall muss die Solarkreis
– Umwälzpumpe abgeschaltet werden. In Folge steigt die Absorbertemperatur
bis zur Stillstandstemperatur und ein Teil der Solarflüssigkeit verdampft.
Um diesen nicht erwünschten Betriebszustand nach Möglichkeit zu vermeiden,
ist es empfehlenswert, durch einen zusätzlichen Überhitzungsschutz dafür
zu sorgen, dass der Solarspeicher in solchen Fällen die Maximaltemperatur
gar nicht erst erreicht. Zum Beispiel lässt sich überschüssige Energie
in kritischen Betriebsphasen über den Nachheizkreis an den Brennraum
des Heizkessels und den Heizungsabzug abführen. Falls ein geeigneter
Wärmeverbraucher an die Heizung angeschlossen ist, kann auch dieser über
den Nachheizkreis versorgt werden.
Verkalkung
Das Trinkwasser im Solarspeicher erreicht in den Sommermonaten oft Betriebstemperaturen über
50°C. Dies hat zu Folge, dass die gelösten Kalziumverbindungen verstärkt
ausfallen und an den heißesten Stellen feste Ablagerungen bilden, die
den Wärmedurchgang behindern. Kalkschichten auf dem Solarkreiswärmetauscher
können den Anlagenwirkungsgrad erheblich mindern. Man kann diesen Effekt
entgegenwirken durch
• den Einbau einer Entkalkungsanlage,
• die Verwendung von Glattrohr – oder Plattenwärmetauschern, die weniger
anfällig gegen Kalkansatz sind als Rippenrohre oder
• konstruktive Lösungen, die einen leichten Ausbau des Wärmetauschers
zur Entkalkung ermöglichen.
Vorrangschaltung
Die Regler konventioneller Heizungsanlagen sind meist so konzipiert,
dass die angeschlossenen Warmwasserbereitung mit einer Vorrangschaltung
versehen ist. Wenn die Warmwassertemperatur im Bereitschaftsspeicher
unter den Sollwert abgesunken ist und die Speicherladepumpe arbeitet,
wird er Heizkreis nicht versorgt, damit eine schnelle Erwärmung des Warmwassers
erfolgen kann. Die Vorrangschaltung wird auch wirksam, wenn an den Speicherladekreis
eines Heizkessels ein Solarspeicher angeschlossen ist, der bei Bedarf
konventionell nachgeladen werden soll.
Warmwasserzirkulation
Zur Erhöhung des Komforts ist oft ein Zirkulationssystem installiert,
das mittels einer Umwälzpumpe Warmwasser an den Zapfstellen vorbei zurück
in den Speicher führt. An den Zapfstellen steht im Bedarfsfall sofort
warmes Wasser zur Verfügung, auch wenn die Entfernung zwischen Speicher
und Zapfstelle sehr groß ist. Der Betrieb des Zirkulationssystems verursacht
aber erhebliche Wärmeverluste, die zu einem beträchtlich erhöhten Energiebedarf
führen.
Warmwasserbedarf
Eine wesentliche Größe zur Dimensionierung der Solaranlage ist der mittlere
tägliche Warmwasserbedarf des Kunden. Sinnvoll ist eine Verbrauchsmessung,
etwa über einen Warmwasserzähler. Alternativ kann der Bedarf auch durch
Befragung des Kunden und ergänzend durch Bedarfstabellen ermittelt werden.
Die im Tagesmittel zur Erwärmung des Trinkwassers erforderliche Energiemenge
kann aus der mittleren täglichen Warmwassermenge berechnet werden. Falls
ein Zirkulationssystem für Warmwasserentnahmeleitung notwendig ist, erhöht
sich der Energiebedarf erheblich. Durch Festlegung des solaren Deckungsgrads
bestimmen Kunde und Planer, welcher Anteil des Energiebedarfs zur Trinkwassererwärmung
solar gedeckt werden soll.
Wärmebedarf
Der Begriff kann in zwei Zusammenhängen genutzt werden.
Wärmebedarf (Raumheizung): Unter dem Begriff Wärmebedarf versteht man
im Sinne der Raumheizung den nach DIN 4701 zu ermittelnden Bedarf zur
Beheizung von Räumen, etc.
Wärmebedarf (Warmwasser): Unter dem Begriff Wärmebedarf versteht man
im Sinne der Wasserwärmung für Dusche, Bad, etc. den Bedarf an Energie
oder Leistung zur Erhitzung einer bestimmten Menge von Trinkwasser für
diese Zwecke.
Wärmedämmung
Maßnahme zur Reduktion unerwünschter Wärmeverluste von Maschinen, Apparaten
und Rohrleitungen an die Umgebung. Meist verwendet man Platten und Schalen
aus Kunststoffschäumen oder organische bzw. mineralische Materialien,
die einen hohen Volumenanteil Luft einschließen. In Solaranlagen werden
die rückwärtigen und seitlichen Flächen der Kollektoren, die Rohrleitungen
des Solarkreislaufs und der Solarspeicher wärmegedämmt. Für die Dämmstärken
der Rohrleitungen des Solarkreislaufs gelten Anforderungen der Heizungsanlagen
– Verordnung. Die Güte dieser Maßnahmen hat einen entscheidenden Einfluss
auf den jährlichen Energiegewinn einer Anlage.
Wärmetauscher
Apparat zur Übertragung der in einem Fluid mitgeführten thermischen Energie
auf ein zweites Medium. In Solaranlagen werden Wärmetauscher benötigt,
um die Wärme vom Solarkreis an das im Speicher befindliche Trinkwasser
zu übertragen und um das Warmwasser auf Solltemperatur zu halten. Dabei
finden meist Wendel aus Glattrohren oder außen berippten Kupferrohren
Verwendung. Dieser heute noch überwiegend verwendete Begriff für Apparate
zur Wärmeübertragung soll zukünftig durch den Begriff „Wärmeübertrager“
ersetzt werden. Begründet wird diese Forderung mit dem Argument, dass
im „Wärmetauscher“ nichts getauscht oder ausgetauscht wird. Vielmehr
wird stets Wärme von einem Medium auf ein anderes „übertragen“.
Wärmeträgermedium
Flüssigkeiten oder Luft, die die Aufgabe haben, Wärme vom Kollektor zum
Speicher zu transportieren. In Solaranlagen kommt meist ein Gemisch aus
Wasser und Frostschutzmittel zum Einsatz, damit der Kollektor im Winter
nicht einfrieren kann.
Wärmeträger
Flüssigkeiten, die als Medium des Wärmetransports verwendet werden, nennt
man allgemein Wärmeträger. In Solaranlagen verwendet man meist ein frostsicheres
Gemisch von Wasser und Propyleneglykol als Wärmeträger, um die in den
Kollektoren produzierte Wärme zum Solarspeicher zu transportieren.
Wärmeverlustfaktor
Der Wärmeverlustfaktor kA ( in W/K ) ist das Produkt aus dem Wärmedurchgangskoeffizienten
k des Speichers und dessen Oberfläche. Multipliziert man den kA – Wert
mit der Temperaturdifferenz zwischen Speicherinnerem und Speicherumgebung,
so erhält man die Verlustleistung des Wärmespeichers. Im kA – Wert sind
bereits die Wärmeverluste durch Wärmelecks and den Anschlüssen usw. enthalten.
Gut wärmegedämmte Solarspeicher weisen, je nach Größe, kA – Werte zwischen
1,5 und 2 W/K auf.
Wirkungsgrad des Sonnenkollektors
Der Wirkungsgrad n eines Kollektors gibt an, welcher Anteil der auf die
Absorberfläche des Kollektors auftreffenden Globalstrahlung in eine nutzbare
Wärmeleitung umgesetzt werden kann. Der Wirkungsgrad ist keine Konstante,
sonder abhängig von dem Betriebszustand des Kollektors, der sich durch
die Strahlungsleistung, die Temperatur des Absorbers und die der Umgebung
vollständig beschreiben lässt. |
