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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Befüllung einer thermischen Solaranlage mit einer Wärmeträgerflüssigkeit, wobei eine thermische Solaranlage bereitgestellt wird, die einen Wärmeträgerkreislauf hat, in dem mindestens ein Kollektorfeld, zumindest eine Solarpumpe und wenigstens ein Wärmeverbraucher angeordnet sind, wobei die Solaranlage ein mit dem Wärmeträgerkreislauf verbindbares Reservoir aufweist, das mit der Wärmeträgerflüssigkeit befüllt ist, und wobei zumindest ein das Kollektorfeld aufweisender Abschnitt des Wärmeträgerkreislaufs vor dem Befüllen mit der Wärmeträgerflüssigkeit mit Luft oder einem Gemisch aus Luft und einer Flüssigkeit befüllt ist.
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In thermischen Solaranlagen wird eine Wärmeträgerflüssigkeit von mindestens einer Solarpumpe durch ein Kollektorfeld gepumpt, das eine Vielzahl von Kollektoren aufweisen kann. Durch die Sonneneinstrahlung wird die Wärmeträgerflüssigkeit in den Kollektoren erwärmt, um die Wärme an anderer Stelle beispielsweise über einen Wärmetauscher an einen Wärmeverbraucher weiterzugeben. Für den Transport der Wärmeträgerflüssigkeit kann das Kollektorfeld ein weit verzweigtes Rohrnetz haben. Wenn die Solaranlage vor ihrer Erstinbetriebnahme oder nach einer Entleerung, z. B. wegen einer Reparatur, mit der Wärmeträgerflüssigkeit befüllt wird, muss dabei sämtliches Gas entweichen können, denn dort, wo das nicht gelingt, bleibt die Durchströmung zu gering oder sie bleibt ganz aus, so dass sich diese Bereiche überhitzen und lokal sieden können, was zur Abschaltung der Solaranlage führen kann. Außerdem ist es wichtig und oft aufwändig, möglichst schnell alle Luft aus dem oft viele Kubikmeter umfassenden Rohrnetz zu entfernen. Oft gelingt das nur unvollständig, die restliche Luft verschwindet erst langsam, indem sie sich im Wasser löst und Rost bildet. Jeder Kubikmeter eingeschlossene Luft produziert 1,5 Kilogramm Magnetit und jeder Kubikmeter Wasser mit gelöster Luft bildet 53 Gramm Magnetit.
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Vor dem Befüllen mit der Wärmeträgerflüssigkeit sind die aus Stahl bestehenden Rohre des Kollektorfelds mit einem Luft-/Wassergemisch gefüllt und rosten vor sich hin - vor allem in den feuchten und kühlen Monaten von Herbst bis Frühjahr, denn sie waren vor den Schweißarbeiten der Witterung ausgesetzt und wurden während des Anlagenbaus abschnittweise mit Wasser auf Dichtigkeit geprüft. Je nach Baufortschritt können Wochen und Monate vergehen, bis nach Fertigstellung des Kollektorfeldes die Inbetriebnahme erfolgt. Sowohl während dieser Zeit des Wartens auf die Inbetriebnahme als auch nach dem Befüllen mit sauerstoffhaltigem Wasser bildet sich in den Rohren eine Menge Rost (Magnetit), der als Schlamm das Wasser verunreinigt und schlimmstenfalls zu lokalen Verstopfungen in den Kollektoren oder im Filter führen kann. Der Anteil der Rohrinhalte und Rohroberflächen - also auch die Problematik der Rostschlammbildung - wächst überproportional mit der Größe der Solaranlagen.
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Aus der
DE 20 2008 002 236 U1 ist eine Solaranlage bekannt, die ein Kollektorfeld mit vier Kollektor-Teilfeldern aufweist, die jeweils vier Kollektoren haben. Die Kollektor-Teilfelder sind über Vor- und Rücklauleitungen mit einer Solarpumpe und einem Wärmeverbraucher in einen Wärmeträgerkreislauf geschaltet. Zum Entlüften des Kollektorfelds ist zwischen den einzelnen Kollektor-Teilfeldern und der Vorlaufleitung jeweils an einem Hochpunkt ein automatischer Entlüfter angeordnet. Über die Entlüfter kann beim erstmaligen Befüllen der Solaranlage mit der Wärmeträgerflüssigkeit in dem Wärmeträgerkreislauf enthaltene Luft aus diesem entweichen. Die Entlüfter sollen auch Luftblasen, die sich nach dem Befüllen der Anlage durch das Sammeln von Mikroblasen in dem Solarkreislauf bilden, aus dem Kollektorfeld entfernen. Die automatischen Entlüfter sind jedoch relativ aufwändig, wenig zuverlässig und versagen, wenn sich Dampf bildet.
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Aus der
DE 10 2014 000 901 A1 ist eine thermische Solaranlage bekannt, bei der die Querschnitte der zwischen den Kollektor-Teilfeldern befindlichen Rohrabschnitte der Solarrücklaufverteilleitung und/oder der Solarvorlaufsammelleitung von einem Kollektor-Teilfeld zum nächsten jeweils derart abgestuft sind und der Volumenstrom der Solarpumpe derart gewählt ist, dass die Strömungsgeschwindigkeiten in den einzelnen Rohrabschnitten ausreichen, um das Sammeln von Gasblasen zu verhindern. Somit werden in der Wärmeträgerflüssigkeit enthaltene Gasblasen zusammen mit dieser aus dem Kollektorfeld abtransportiert. Diese Solaranlage hat sich in der Praxis durch eine wesentliche Arbeitserleichterung bei der Rohrentlüftung bewährt, verhindert aber nicht, dass die Solaranlage vor ihrer Erstbefüllung oft lange Zeit der Korrosion durch feuchte Luft und Wasser ausgesetzt ist.
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Die in
DE 10 2016 010 396 A1 und
DE 10 2019 006 054 A1 beschrieben Solaranlagen nutzen ein Vakuum zur luftfreien automatischen Wiederbefüllung nach einer Stagnation, also nachdem das Kollektorfeld sich siedend entleert hat und nur noch Wärmeträgerflüssigkeitsdampf im Kollektorfeld zurückbleibt, der abgekühlt einen Unterdruck im Kollektorfeld hinterlässt. Diese Vorgehensweise ermöglich aber nur dann eine luftblasenfreie Wiederbefüllung des Kollektorfelds, wenn das Kollektorfeld vor der Stagnation bereits luftblasenfrei mit der Wärmeträgerflüssigkeit befüllt war. Während bei der aus
DE 10 2016 010 396 A1 bekannten Solaranlage der Unterdruck nur dazu genutzt wird, die Anlage wieder luftfrei zu befüllen, und deshalb auch nicht niedriger wird als die statische Höhendifferenz zwischen dem höchsten Punkt im Kollektorfeld und dem Füllstandspegel eines unter atmosphärischem Druck stehenden Auffang- und Vorratsbehälters, geht die aus
DE 10 2019 006 054 A1 bekannten Solaranlage weiter, indem sie das Kollektorfeld nach dem Leersieden mit Absperrvorrichtungen verschließt, so dass sich darin dauerhaft ein sehr niedriger Druck einstellt, sobald die Kondensation in den Rohren einsetzt. Der Unterdruck kann nicht nur vorteilhaft zum Befüllen, sondern auch zum Abschalten der Solaranlage ohne Einfriergefahr genutzt werden. Die aus beiden Offenlegungsschriften bekannten Verfahren sind jedoch für eine Erstbefüllung der Solaranlage nicht geeignet, weil sie die Luftfreiheit des Kollektorfeldes zwar voraussetzen und zum Wiederbefüllen ausnutzen, diese aber selbst nicht herstellen können.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei einer Solaranlage ein blasenfreies Befüllen eines mit Luft oder einem Gemisch aus Luft und Wasser befüllten Wärmeträgerkreislaufs mit einer Wärmeträgerflüssigkeit ermöglicht. Insbesondere soll das Verfahren zum gasfreien Erstbefüllen eines Wärmeträgerkreislaufs einer Solaranlage geeignet sein und einen einfachen Aufbau der Solaranlage ermöglichen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Diese sehen bei einem Verfahren der eingangs genannten Art vor, dass der die Luft enthaltende Abschnitt des Wärmeträgerkreislaufs gegen das Reservoir abgesperrt wird, dass eine Vakuumpumpe bereitgestellt und zum Evakuieren des die Luft enthaltenden Abschnitts mit diesem verbunden wird, und dass danach der evakuierte Abschnitt des Wärmeträgerkreislaufs zum Befüllen mit der im Reservoir befindlichen Wärmeträgerflüssigkeit mit dem Reservoir verbunden wird.
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In vorteilhafter Weise kann der mit Luft befüllte Abschnitt des Wärmeträgerkreislaufs hierdurch auf einfache Weise luftfrei allein durch den atmosphärischen Luftdruck der Umgebung mit Wärmeträgerflüssigkeit befüllt werden, also ohne die Hilfe von Flüssigkeitspumpen und ohne dass Ventile zur Entlüftung des Wärmeträgerkreislaufs benötigt werden. Vorteilhaft ist außerdem, dass nach dem Evakuieren des Wärmeträgerkreislaufs oder des Abschnitts des Wärmeträgerkreislaufs dieser an seiner Innenwand vor Korrosion geschützt ist. Hierdurch wird außerdem ein störungsfreier Betrieb der Solaranlage ermöglicht, insbesondere wird vermieden, dass sich Rohre und/oder andere Komponenten der Solaranlage, wie z.B. Filter, mit Schlamm zusetzen. Vor allem aber gewährleistet diese Solaranlage noch viel effizienter als die in
DE 10 2014 000 901 A1 vorgeschlagene, dass in dem weitverzweigten Rohrnetz des Kollektorfeldes im Zuge der Erstinbetriebnahme keine Entlüftungen von Rohren oder Kollektoren vorgenommen werden müssen.
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Die Erfindung setzt voraus, dass zumindest der evakuierte oder zu evakuierende Abschnitt des Wärmeträgerkreislaufs, also die Kollektoren und das verzweigte Rohrnetz des Kollektorfelds sowie die Einbindung der Kollektoren in dieses Rohrnetz, aus vakuumdichten Materialien erstellt und ausnahmslos mit vakuumdichten Verbindungen ausgestattet wird, z. B. aus metallischen Rohren und/oder Schläuchen mit Schweiß-, Hartlöt- und/oder metallisch dichtenden Klemmverbindungen und Kupplungen.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird als Reservoir ein zur Atmosphäre hin offener Vorratsbehälter für die Wärmeträgerflüssigkeit verwendet. Dies ermöglicht eine einfache kostengünstige Ausgestaltung des Reservoirs. Anstelle des drucklosen Vorratsbehälters kann aber auch ein anderes die Wärmeträgerflüssigkeit enthaltendes Reservoir zum Befüllen der vorher evakuierenden Solaranlage dienen, z. B. ein mobiler Tank, der danach von der Solaranlage entfernt werden kann. Ein mobiles Reservoir (z.B. Tankfahrzeug) kann im Falle einer Stagnation des Kollektorfeldes kein zweites Mal zur Aufnahme der Wärmeträgerflüssigkeit verwendet werden. Außerdem kann als Reservoir auch ein Fernwärmenetz mit einer Druckhaltestation verwendet werden. In diesem Fall wird das Kollektorfeld mit der Wärmeträgerflüssigkeit aus dem Fernwärmenetz befüllt. Der dadurch in dem Fernwärmenetzt auftretende Wärmeträgerflüssigkeitsverlust wird dabei durch die Druckhaltestation ausgeglichen.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Wärmeträgerkreislauf zusätzlich zu dem das Kollektorfeld aufweisenden ersten Abschnitt einen damit in Reihe geschalteten zweiten Abschnitt auf, in dem der wenigstens eine Wärmeverbraucher und die zumindest eine Solarpumpe angeordnet sind, wobei der erste Abschnitt des Wärmeträgerkreislaufs gegen den zweiten Abschnitt des Wärmeträgerkreislaufs abgesperrt wird, solange in dem ersten Abschnitt ein Unterdruck herrscht. Dabei erfolgt die Absperrung bevorzugt vakuumdicht, so dass die im zweiten Abschnitt des Wärmeträgerkreislaufs angeordneten Komponenten der Solaranlage, nämlich die Solarpumpe, der Wärmeverbraucher, ggf. eine Vorrichtung zur Druckhaltung, und/oder ein Speicher - kurz alles, was nicht zum ersten Abschnitt des Wärmeträgerkreislaufs bzw. nicht zum Kollektorfeld gehört und sich nur schwer oder gar nicht vakuumdicht und/oder vakuumfest ausführen lässt, nicht vakuumdicht ausgeführt sein müssen.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Reservoir nach dem Befüllen des evakuierten Abschnitts des Wärmeträgerkreislaufs mit der Wärmeträgerflüssigkeit gegen den Wärmeträgerkreislauf abgesperrt, damit das Kollektorfeld den Betriebsdruck des ersten Abschnitts des Wärmeträgerkreislaufs mit dem Wärmeverbraucher annehmen kann, bis die Wärmeträgerflüssigkeit in dem Kollektorfeld so stark erhitzt wird, dass die Möglichkeit des Siedens der Wärmeträgerflüssigkeit besteht oder die Wärmeträgerflüssigkeit siedet. Somit kann im Stagnationszustand im Kollektorfeld verdampfender Wärmeträger, die noch in dem Wärmeträgerkreislauf enthaltene Wärmeträgerflüssigkeit aus dem Wärmeträgerkreislauf in das Reservoir verdrängen.
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Vorteilhaft ist, wenn die Vakuumpumpe zum Evakuieren des die Luft enthaltenden Abschnitts des Wärmeträgerkreislaufs an der Solarvorlaufleitung und/oder an der Solarrücklaufleitung angeschlossen wird. Hierdurch kann der das Kollektorfeld aufweisende, die Luft enthaltende Abschnitt des Wärmeträgerkreislaufs auf einfache Weise evakuiert werden. Unter einer Solarvorlaufleitung wird eine Leitung verstanden, welche eine Auslassöffnung des Kollektorfelds mit dem Wärmeverbraucher verbindet. Unter einer Solarrücklaufleitung wird die Leitung verstanden, welche eine Einlassöffnung des Kollektorfelds mit der Solarpumpe verbindet.
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Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung weist das Kollektorfeld mindestens einen Ventilanschluss auf, mittels dem der die Luft enthaltende Abschnitt des Wärmeträgerkreislaufs lösbar mit einem zu dem Ventilanschluss passenden Anschluss der Vakuumpumpe verbindbar ist, wobei mindestens ein Anschluss der Vakuumpumpe zum Evakuieren des die Luft enthaltenden Abschnitts des Wärmeträgerkreislaufs mit dem mindestens einen Ventilanschlüsse verbunden und nach dem Evakuieren von diesem Ventilanschluss getrennt wird. Unter einem Ventilanschluss wird ein Anschluss verstanden, der vakuumdicht gegen das Kollektorfeld abdichtet, wenn der Ventilanschluss vom Anschluss der Vakuumpumpe getrennt ist und der die Vakuumpumpe gasdurchlässig mit dem Kollektorfeld verbindet, wenn der Anschluss der Vakuumpumpe an dem Ventilanschluss angeschlossen ist. Bevorzugt sind die Ventilanschlüsse an der Solarvorlaufleitung und der Solarrücklaufleitung angeordnet. Die Evakuierung der in dem Wärmeträgerkreislauf befindlichen Luft kann dann über die Ventilanschlüsse wahlweise aus der Solarrücklaufleitung oder der Solarvorlaufleitung oder aus beiden zugleich erfolgen, beispielsweise um eine Alternative zu haben, wenn aus einem der beiden Leitungen statt Luft eine Flüssigkeit angesaugt wird. Diese Flüssigkeit kann beispielsweise von einer Dichtigkeits- und/oder Druckprüfung in der Solarrücklaufleitung bzw. Solarvorlaufleitung zurückgeblieben sein.
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An dem Kollektorfeld werden vor der Inbetriebnahme in der Regel Dichtigkeits- und Druckprüfungen durchgeführt, meistens mit derselben Wärmeträgerflüssigkeit, die später im Betrieb im Kollektorfeld verbleibt. Da die Rohre teilweise oft unterirdisch verlegt werden und die Kollektoren sich durchaus nicht alle in einer Ebene, sondern z. B. bei einer Hanglage in ganz verschiedenen Höhen befinden können, kann es möglich sein, dass sich zwischen dem Kollektorfeld und der Vakuumpumpe Pfropfen mit Wärmeträgerflüssigkeit befinden, die es unmöglich machen, die Luft von zentraler Stelle aus zu evakuieren. Eine völlige Entleerung des Kollektorfeldes nach den Dichtigkeits- und Druckprüfungen ist sehr aufwändig. Dann ist es vorteilhaft, wenn die Solaranlage mehrere, an unterschiedlichen Stellen angeordnete Ventilanschlüsse aufweist und wenn die Vakuumpumpe so mobil ist, dass man sie wahl- oder wechselweise an diesen Ventilanschlüsse anschließen kann.
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Vorteilhaft ist, wenn mindestens ein Ventilanschluss an einem Hochpunkt des Kollektorfelds angeordnet ist. Der Ventilanschluss ist dann an einer exponierten Stelle des Kollektorfelds vorgesehen, an der er gut zugänglich ist.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird als Wärmeträgerflüssigkeit Wasser verwendet, weil Wasser chemisch-physikalisch stabil ist und einen niedrigen Dampfdruck hat. Im Unterschied dazu haben Glykole, die oft als Frostschutzzusatz verwendet werden, einen hohen Dampfdruck und ein Gemisch aus Wasser und Glykol ist chemisch-physikalisch nicht stabil und kann durch Ausgasung bei der Evakuierung irreversibel verändert werden.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines besonderen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
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Es zeigt:
- 1 ein Blockschaltbild einer thermischen Solaranlage.
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Bei einem Verfahren zur Befüllung einer thermischen Solaranlage mit einer Wärmeträgerflüssigkeit, wird eine thermische Solaranlage bereitgestellt, die in 1 im Ganzen mit 1 gezeichnet wird. Die Solaranlage 1 hat einen Wärmeträgerkreislauf, in dem ein Kollektorfeld 2, eine Solarpumpe 3 und ein Wärmeverbraucher 4 angeordnet sind.
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Das Kollektorfeld 2 ist in der Zeichnung nur schematisch wiedergegeben und weist eine Mehrzahl von der Sonne zugewandten thermischen Kollektoren 5 und ein mit diesen verbundenes Rohrleitungssystem auf. Jeder Kollektor 5 hat jeweils einen Einlass 6 und einen Auslass 7 für die Wärmeträgerflüssigkeit. Die Einlässe 6 der Kollektoren 5 sind jeweils mit einer gemeinsamen Solarrücklaufleitung 8 und die Auslässe 7 sind mit einer gemeinsamen Solarvorlaufleitung 9 des Rohrleitungssystems verbunden.
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Der Wärmeverbraucher 4 ist in der Zeichnung nur schematisch dargestellt und hat eine Eintrittsöffnung 10 und eine Austrittsöffnung 11 für die Wärmeträgerflüssigkeit. Bei Bedarf kann der Wärmeverbraucher 4 einen in der Zeichnung nicht näher dargestellten Wärmetauscher aufweisen, der an der Solarvorlaufleitung 9 und der Solarrücklaufleitung 8 angeschlossen ist und von der Wärmeträgerflüssigkeit durchströmt wird. Der Wärmeverbraucher 4 kann auch einen Wärmespeicher aufweisen.
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Wie in 1 zu sehen ist, verbindet die Solarvorlaufleitung 9 die Auslässe 7 der Kollektoren 5 mit der Einlassöffnung 10 des Wärmeverbrauchers 4. Die Austrittsöffnung 11 des Wärmeverbrauchers 4 ist über die Solarrücklaufleitung 8 mit den Einlässen 6 der Kollektoren 5 verbunden. Zum Fördern der Wärmeträgerflüssigkeit ist in der Solarrücklaufleitung 8 die Solarpumpe 3 angeordnet. Somit ist ein Solarkreislauf gebildet, der von den Auslässen 7 der Kollektoren 5 über die Solarvorlaufleitung 9, den Wärmeverbraucher 4 zur Solarpumpe 3 und von dieser über die Solarrücklaufleitung 8 und die Kollektoren 5 zurück zur Solarvorlaufleitung 9 verläuft.
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Die Solaranlage 1 weist ein zu der sie umgebenden Atmosphäre hin offenes Reservoir 12 auf, das als zur Atmosphäre hin offener Auffang- und Vorratsbehälter ausgestaltet ist und über eine erste Verbindungsleitung 13 mit der Solarvorlaufleitung 9 und über eine zweite Verbindungsleitung 14 mit einem zwischen der Solarpumpe 3 und den Einlässen der Kollektoren 5 befindlichen Abschnitt der Solarrücklaufleitung 8 verbunden ist. In der ersten Verbindungsleitung 13 ist eine erste Absperreinrichtung 15 und in der zweiten Verbindungsleitung 14 ist eine zweite Absperreinrichtung 16 angeordnet. Mit Hilfe der ersten und zweiten Absperreinrichtung 15, 16 kann das Kollektorfeld 2 vakuumdicht gegen das Reservoir 12 abgesperrt werden.
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Zwischen einer ersten Verzweigungsstelle, an der das vom Reservoir 12 entfernte Ende der ersten Verbindungsleitung 13 mit der Solarvorlaufleitung 9 verbunden ist und der Eintrittsöffnung 10 des Wärmeverbrauchers 4 ist in der Solarvorlaufleitung 9 eine dritte Absperreinrichtung 17 angeordnet. Zwischen einer zweiten Verzweigungsstelle, an der das vom Reservoir 12 entfernte Ende der zweiten Verbindungsleitung 14 mit der Solarrücklaufleitung 8 verbunden ist und der Solarpumpe 3 ist in der Solarrücklaufleitung 8 eine vierte Absperreinrichtung 18 angeordnet. Mit Hilfe der dritten und vierten Absperreinrichtung 17, 18 kann das Kollektorfeld 2 vakuumdicht gegen den Wärmeverbraucher 4 abgesperrt werden. Die Solarpumpe 3 befindet sich in der Solarrücklaufleitung 8 zwischen der Austrittsöffnung 11 des Wärmeverbrauchers 4 und der zweiten Verzweigungsstelle.
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An der Solarvorlaufleitung 9 sind ein erster Ventilanschluss 19 und ein zweiter Ventilanschluss 20 vorgesehen. Der erste Ventilanschluss 19 befindet sich an einer von den Kollektoren 5 entfernten Stelle der Solarvorlaufleitung 9. Der zweite Ventilanschluss 20 ist an einem Hochpunkt der Solarvorlaufleitung 9 benachbart zum Kollektorfeld 2 angeordnet. Ein dritter Ventilanschluss 21 ist an der Solarrücklaufleitung 8 vorgesehen.
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Zum Evakuieren der Kollektoren 5 sowie des zwischen diesen und den Absperreinrichtungen 15, 16, 17, 18 befindlichen Teils des Rohrleitungssystems des Kollektorfelds 2 weist die Solaranlage eine mobile Vakuumpumpe 22 auf, die mit dem ersten zweiten und/oder dritten Ventilanschluss 19, 20, 21 verbindbar ist.
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Die Ventilanschlüsse 19, 20, 21 sind derart ausgestaltet, dass sie die Solarvorlaufleitung 9 bzw. die Solarrücklaufleitung 8 vakuumdicht gegen die die Solaranlage 1 umgebende Atmosphäre absperren, wenn sie nicht mit einem Anschluss der Vakuumpumpe 21 verbunden sind. Die Kollektoren 5 sowie der zwischen diesen und den Absperreinrichtungen 15, 16, 17, 18 bzw. den Ventilanschlüssen 19, 20 befindliche Teil des Rohrleitungssystems des Kollektorfelds 2 ist vakuumdicht ausgestaltet, nämlich aus metallischen Rohren und/oder Schläuchen mit Schweiß-, Hartlöt- und/oder metallisch dichtenden Klemmverbindungen und Kupplungen.
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Die Solaranlage 1 hat außerdem eine in der Zeichnung nur schematisch dargestellte Steuerung 23, die mit der Solarpumpe 3 und Sensoren 24 (Temperaturfühler, Drucksensor, Füllstandsensor) in Steuerverbindung steht. Die Absperreinrichtungen 15, 16, 17, 18 sind jeweils als Motorventil ausgestaltet, deren Stellmotor jeweils über die Steuerung 23 ansteuerbar ist.
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Bei der Montage des Kollektorfelds 2 werden zunächst die Kollektoren 5 bereitgestellt und an den dafür vorgesehenen Stellen positioniert. Außerdem werden metallische Rohrleitungen, die Absperreinrichtungen 15, 16, 17, 18 und die Ventilanschlüsse 19, 20, 21 bereitgestellt und zu dem Rohrleitungssystem miteinander verbunden, vorzugsweise mit Hilfe von Schweiß- oder Lötverbindungen. Nach der Montage einzelner Abschnitte des Kollektorfelds 2 werden an diesen vor der Inbetriebnahme der Solaranlage 1 jeweils Dichtigkeitsprüfungen durchgeführt, bei denen der betreffende Abschnitt entweder mit Druckluft oder mit der Wärmeträgerflüssigkeit befüllt wird. Wenn die Dichtigkeitsprüfung erfolgreich ist, wird die Flüssigkeit wieder abgelassen oder mit Druckluft ausgeblasen, wobei sich die Rohrleitungen mit Luft füllen. In der Regel verbleibt dabei jedoch ein gewisser Teil der Flüssigkeit in der Anlage zurück, weil ein vollständiges Entleeren des entsprechenden Abschnitts des Kollektorfelds bei einem großen Kollektorfeld in der Praxis nicht möglich oder zumindest sehr aufwändig ist.
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Nach Beendigung der Montage werden das Reservoir 12, der Wärmeverbraucher 4, die zwischen dem Wärmeverbraucher 4 und den Absperreinrichtungen 15, 16 befindlichen Abschnitte der Verbindungsleitungen 13, 14, die Rohrleitungen zwischen dem Wärmeverbraucher 4 und den Absperreinrichtungen 17, 18 und die Solarpumpe 3 mit Wärmeträgerflüssigkeit befüllt. Die Absperreinrichtungen 15, 16, 17, 18 werden geschlossen, um das Kollektorfeld 2 vakuumdicht gegen den Wärmeverbraucher 4, die Solarpumpe 3 und das Reservoir 12 abzusperren.
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Außerdem wird die Vakuumpumpe 22 mit mindestens einem der Ventilanschlüsse 19, 20, 21 verbunden und zum Evakuieren des Kollektorfelds 2 solange eingeschaltet, bis der Druck im Kollektorfeld 2 bei der im Kollektorfeld 2 herrschenden Temperatur auf den Verdampfungsdruck des noch in den Rohrleitungen befindlichen Wassers gefallen ist. Das Kollektorfeld ist nun fast luftfrei. Die Prozedur des Evakuierens erfolgt am besten bei möglichst niedrigem Verdampfungsdruck, also z. B. bei Nacht, wenn die Temperatur im Kollektorfeld 2 am niedrigsten ist.
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In einem weiteren Verfahrensschritt wird der Anschluss der Vakuumpumpe 22 von dem mindestens einen Ventilanschluss 19, 20, 21 getrennt und die Vakuumpumpe 22 wird abgeschaltet. Die erste Absperreinrichtung 15 und die zweite Absperreinrichtung 16 werden geöffnet, so dass die im Reservoir 12 befindliche Wärmeträgerflüssigkeit ohne die Hilfe einer Pumpe nur durch den atmosphärischen Druck im Reservoir in das Kollektorfeld 2 gedrückt wird, bis das gesamte Kollektorfeld 2 luftfrei mit der Wärmeträgerflüssigkeit befüllt ist. Danach werden die Absperreinrichtungen 15, 16 geschlossen, die Absperreinrichtungen 17, 18 geöffnet und die Solarpumpe 3 wird eingeschaltet. Die Solaranlage 1 ist nun betriebsbereit.
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Erwähnt werden soll noch, dass die Absperreinrichtungen 15, 16 beim Auftreten einer Stagnation, bei der die Wärmeträgerflüssigkeit in den Kollektoren 5 zu sieden beginnt, wieder geöffnet und die Absperreinrichtungen 17, 18 geschlossen werden, damit Wärmeträgerflüssigkeit aus dem Kollektorfeld 2 in das Reservoir 12 strömt. Die Solarpumpe 3 wird während der Stagnation abgeschaltet. Danach werden die Absperreinrichtungen 15, 16 geschlossen, bis die Kollektoren 5 bis auf eine unterhalb des Siedepunkts der Wärmeträgerflüssigkeit liegende Temperatur abgekühlt sind, d.h. bis die Stagnation beendet ist. Danach werden die Absperreinrichtungen 15, 16 wieder geöffnet, damit die Wärmeträgerflüssigkeit durch den dann im Kollektorfeld 2 herrschenden Unterdruck angesaugt wird und aus dem Reservoir 12 in das Kollektorfeld 2 zurückfließt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202008002236 U1 [0004]
- DE 102014000901 A1 [0005, 0009]
- DE 102016010396 A1 [0006]
- DE 102019006054 A1 [0006]
