DE3021422A1

DE3021422A1 - Ueberwachungseinrichtung von solaranlagen zur direkten brauchwassererwaermung mit von unter dem kaltwasser-netzdruck stehendem brauwasser durchstroemten sonnenkollektoren in verbindung mit einem speichergefaess

Info

Publication number: DE3021422A1
Application number: DE19803021422
Authority: DE
Inventors: Dieter Ing.(grad.) 8000 München Raue
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-06-06
Filing date: 1980-06-06
Publication date: 1981-12-17

Description

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft eine Übenvachungseinrichtung von Solaranlagen entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Das Anwendungsgebiet sind also Solaranlagen, die der direkten, d.h. unmittelbaren Erwärmung von Brauchwasser mittels Sonnenkollektoren dienen. Diese stehen dann ebenso wie das gesamte Brauchwassersystem unter dem üblichen Kaltwasser-Netzdruck.

Bei derartigen Solaranlagen ist es erforderlich, unzulässigen Druck durch Einfrieren bzw. Dampfbildung des Brauchwassers zu vermeiden, durch den die Anlage zerstört würde.

Um die somit sowohl bei Unterkühlung unter den Gefrierpunkt des Wassers, als auch bei überhitzung über den Siedepunkt bestehende Oberdruckgefahr prinzipiell zu verhindern, müssen Solaranlagen zur direkten Brauchwassererwärmung entweder Sonnenkollektoren mit aufwendigen Frost- und Sonnenschutzeinrichtungen erhalten, oder sie müssen jeweils entleert werden. Ersteres bedeutet einen erheblichen Investitionsaufwand, letzteres geschieht bei Gefahr der Annäherung der Wassertemperatur an den Gefrierpunkt meist von Hand, so daß dieser Vorgang häufig zu wiederholen wäre, wenn das Solarstrahlungsangebot möglichst ausgenutzt werden soll. Gegen die Oberdruckgefahr durch Dampfbildung bei Oberschreiten des Siedepunktes des Brauchwassers könnten hilfsweise auch Oberdruckventile eingesetzt werden, die jedoch einen erheblichen Wasserverlust dadurch erzeugen, daß der unter dem Netzdruck stehende Kollektor nicht entleert, sondern durch das nachströmende Kaltwasser nur unter den Siedepunkt abgekühlt werden kann.

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Diese Probleme haben dazugeführt, daß Solaranlagen zur direkten Wassererwärmung bisher üblicherweise nur zur Schwimrabecken-Wassererwärmung, nicht jedoch für unter dem Kaltwasser-Netzdruck stehendes Brauchwasser angewandt werden. So kann temperaturabhängig eine leichte Entleerung der Anlage z.B. durch Abschalten der den Kreislauf aufrecht erhaltenden Umwälzpumpe erfolgen. Außerdem ist die Überhitzung des gesamten Wasserhaushaltes wegen des hohen Wärmespeichervermögens des Schwimmbeckens im Gegensatz zu einer Solaranlage zur Brauchwassererwärmung ausgeschlossen.

Üblicherweise xverden diese Anlagen vielmehr als indirekt wirkende, mit einem Zwischenmedium arbeitende Systeme ausgebildet. Dieses kann z.B. Thermoöl oder ein Wasser-Frostschutzmittel-Gemisch in einem separaten Solarkreislauf mit Wärmetauscher sein. Bei diesen Konzepten ergeben sich jedoch ebenfalls verschiedene Nachteile.

Grundsätzlich verschlechtert sich zunächst einmal der Wirkungsgrad der indirekt, mit Zwischenkreislauf arbeitenden Anlage durch Inkaufnahme der unvermeidbaren Temperaturniveauabsenkung im Wärmetauscher. Thermoöl und Frostschutzmittel bedeuten zusätzliche Investitionskosten, beim ersteren auch für entsprechend resistente Materialien und Dichtungen. Anlagen mit Frostschutzmittelbeimischung werden üblicherweise mit Überdruckventilen gegen Dampfbildung dadurch gesichert, daß die Kollektoren durch Abblasen einer entsprechenden Menge des Strömungsmittels entleert werden. Dieses muß meist von Hand nachgefüllt werden, was unwirtschaftlichen Anlagenstillstand sowie zusätzlichen Material- und Personalaufwand nach sich zieht.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Überwachungseinrichtung der in Frage stehenden Art zu schaffen, die die beschriebenen Unzulänglichkeiten sowohl beim Einsatz direkter als auch indirekt arbeitender Solaranlagen zur Brauchwassererwärmung vermeidet. Dabei soll die Gefahr der Bildung unzulässig hohen Überdrucks durch Einfrieren oder Dampfbildung des Brauchwassers durch temperaturabhängiges, teilweises Entleeren des

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Solarkreislaufes behoben werden und auch das Wiederfüllen und -Inbetriebnehmen automatisch geschehen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kombination der entsprechend ergänzten hydraulischen Schaltung des Solarkreislaufes mit einer vorzugsweise elektrischen Schalteinrichtung und einer üblichen Einrichtung zur Be- und Entlüftung der Solarrohrleitung gelöst. Dabei bildet der übliche, einfache Solarkreislauf mit Vor- und Rücklaufleitung durch vorzugsweisen Einbau zweier Umschaltorgane zwei getrennte Teile. Der untere besteht aus dem Speichergefäß, der Umwälzpumpe, dem Kaltwasser-Anschluß und den beiden Vor- und Rücklaufleitungen bis zu den Umsehaltorganen und läßt sich hier temperaturabhängig nach oben abschließen. Der obere Teil enthält neben den Sonnenkollektoren, einer Rohr-Be- und -Entlüftungseinrichtung und den restlichen Rohrstrecken der Vor- und Rücklaufleitungen diese Umschaltorgane und eine gemeinsame oder zwei Ablaufleitungen, über die er bei Überdruckgefahr zu entleeren ist. Diese Oberdruckgefahr ist durch die Annäherung der Brauchwassertemperatur im Kollektor an den Gefrier- bzw. Siedepunkt des Wassers gekennzeichnet. Sie wird durch einen (Doppel-) oder mehrere (Einfach-) Thermostaten gemessen, die die Umschaltorgane und die Umwälzpumpe steuern. Bei normaler Betriebstemperatur der Solaranlage sind die Umschaltorgane auf Durchgang vom unteren zum oberen Teil des Solarkreislaufes geschaltet und zugleich die Ablaufleitung(en) abgesperrt sowie die Umwälzpumpe eingeschaltet. Bei Annäherung an die gennanten Grenztemperaturen erfolgt das Umschalten auf Absperrung und Entleerung des oberen Teils des Solarkreislaufes und das Abschalten der Umwälzpumpe.

Die Vorteile dieser Lösung bestehen im Vermeiden sämtlicher geschilderter Nachteile, ohne - bei Beachtung der Auslegung auf den Kaltwasser-Netzdruck - mit einem eigenen Nachteil verbunden zu sein. Die Solaranlage zur direkten Brauchwassererwärmung besitzt einen deutlich besseren Wirkungsgrad als eine mit Zwischenkreislauf, -Medium und Wärmetauscher wesentlich aufwendiger ausgerüstete, indirekt arbeitende Solaranlage. Mit

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der erfindungsgemäßen Ausrüstung funktioniert die direkte Solaranlage völlig unabhängig von menschlichen Eingriffen, daher nicht nur investitionskostengünstiger, sondern auch hinsichtlich der Personalkosten für Überwachung, Inbetriebnahme und Störungsbeseitigung. Die Betriebsmitte lverluste beschränken sich auf die unbedeutende Menge bloßen Wassers des oberen Teiles des Solarkreislaufes, das praktisch kostenlos auch öfters ersetzt werden darf, da die Nutzungszeit der Solaranlage dadurch auch auf Zeiten mit nutzbarer Solarstrahlung während der kalten Jahreszeit ausgedehnt werden kann. Vor allem werden aber in der heißen Jahreszeit Betriebsstörungen durch überhitzung ausgeschlossen, die bei einer mit Wasser-Frostschutzmittel-Gemisch arbeitenden üblichen, indirekten Solaranlage dann unvermeidbar sind, wenn bei geringem Brauchwasserbedarf und starker Solarstrahlung das daher normalerweise vorgesehene Überdruckventil das Strömungsmittel abgelassen hat, um den Kollektor zu entleeren. Dies ist umso nachteiliger, als im allgemeinen keine Warneinrichtung die dann vorliegende Betriebsstörung anzeigt und die Solaranlage somit langer als notwendig gerade zur Zeit bester Leistung außer Betrieb ist.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel mit zwei Umschaltorganen, einer gemeinsamen Ablaufleitung und einem Doppelthermostat im Kollektor zeigt Fig. 1. In Fig. 2 ist beispielhaft für Alternativausführungen eine Solaranlage mit vier Absperr-Schaltorganen, zwei Ablaufleitungen und zwei Einfachthermostaten am Kollektor-Ein- und -Austritt dargestellt.

Gemäß Fig. 1 besteht der Solarkreislauf aus einem unteren Teil (1) mit Speichergefäß (2), Umwälzpumpe C3) und Kaltwasser-Anschlußleitung (10), der sich durch die Umschaltorgane (8) vom oberen Teil (4) mit den Sonnenkollektoren (5), dem Doppelthermostat (7), der Ablaufleitung (6) und der Rohr-Be- und -Entlüftungseinrichtung (9) absperren läßt.

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Claims

302H22 RAUE HELENE-MAYER-RINS 12/11 8OOO MÖNCHEN 4O TeL. 089/3516104 Patentansprüche:

1. ) Überwachungseinrichtung von Solaranlagen zur direkten Brauchwassererwärmung mit von unter dem Kaltwasser-Netzdruck stehendem Brauchwasser durchströmten Sonnenkollektoren in Verbindung mit einem Speichergefäß, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Kombination einer hydraulischen Schaltung, bestehend aus einem unteren Teil CD eines Solarkreislaufes mit einem Speichergefäß (2) und einer Umwälzpumpe (3) und einem oberen Teil (4) eines Solarkreislaufes mit Sonnenkollektoren (5) und ein oder zwei Ablaufleitungen C6), einer vorzugsweise elektrischen Schalteinrichtung, bestehend aus einem oder mehreren Thermostaten (7) und zwei oder mehreren (Um)schaltorganen (8), und einer Rohr-Be- und -Entlüftungseinrichtung (9) bei normaler Temperatur flüssigen Wassers die automatische Füllung des gesamten Solarkreislaufes über eine Kaltwasser-Anschlußleitung (10) und die Einschaltung der Umwälzpumpe (3) bzw. bei Überdruckgefahr durch Einfrieren oder Dampfbildung die Entleerung des oberen Teils (4) des Solarkreislaufes und die Abschaltung der Umwälzpumpe (3) bewirkt wird.

2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die in den Sonnenkollektoren (S) oder in deren unmittelbarer Nähe eingebauten Thermostate (7) bei normaler Temperatur zwischen dem Gefrierpunkt und dem Siedepunkt des unter dem Kaltwasser-Netzdruck stehenden Brauchwassers mittels der (Um)schaltorgane (8) den Durchgang vom unteren Teil (1) zum oberen Teil (4) des Solarkreislaufes offen, die Ablaufleitungen(en) (6) geschlossen und die Umwälzpumpe (3) eingeschaltet halten sowie die Rohr-Be- und -Entlüftungseinrichtung (9) durch Entlüftung das Füllen des oberen Teils (4) des Solarkreislaufes ermöglicht.

3. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermostate (7) bei Annäherung der Temperatur des Brauchwassers an dessen Gefrier- oder Siedepunkt eine Änderung dergestalt bewirken, daß mittels der (Um)schaltorgane (8) der Durchgang vom unteren Teil (1) zum oberen Teil (4) des Solarkreislaufes abgeschlossen ist, die Ablaufleitungen(en) (6) geöffnet und die Umwälz-

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pumpe (3) abgeschaltet sind sowie die Rohr-Be- und -Entlüftungseinrichtung (9) durch Belüften das Entleeren des oberen Teils (4) des Solarkreislaufes ermöglicht.