DE202008002236U1

DE202008002236U1 - Thermische Solaranlage mit einem flüssigen Wärmeträgermedium für einen thermischen Kollektor

Info

Publication number: DE202008002236U1
Application number: DE200820002236
Authority: DE
Original assignee: Schueco International KG
Current assignee: Schueco International KG
Priority date: 2008-02-08
Filing date: 2008-02-08
Publication date: 2008-04-17
Anticipated expiration: 2018-02-09

Abstract

Thermische Solaranlage (1),
a. die einen Fluidkreislauf für eine Wärmeträgerflüssigkeit aufweist, in den wenigstens einer oder mehrere Kollektoren (3) geschaltet ist/sind, dem/denen das flüssige Wärmeträgermedium durch wenigstens eine oder mehrere Vorlaufleitung(en) (4) zugeführt und von dem/denen die Warmeträgerflüssigkeit durch wenigstens eine oder mehrere Rücklaufleitungen (5) wieder abgeführt wird,
b. wobei innerhalb des Fluidkreislaufs in montierter Stellung Niveau bzw. Höhenunterschiede bestehen, so dass sich wenigstens einer oder mehrere Hochpunkt(e) ausbilden,
c. wobei wenigsten ein oder mehrere automatische Entlüfter (7) in den Fluidkreislauf geschaltet ist/sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
d. dem wenigstens einen automatischen Entlüfter (7) ein thermischer Verschluss (8) zugeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine thermische Solaranlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zumindest die Kollektoren einer derartigen Solaranlage werden zum Beispiel – aber nicht zwingend – auf einem Dach eines Gebäudes angebracht. Dabei können mehrere Solarkollektoren Seite an Seite miteinander verbunden und hydraulisch nach Art einer Reihen- oder Parallelschaltung oder einer kombinierten Reihen- und Parallelschaltung miteinander verbunden bzw. aneinander angeschlossen sein, wobei ein am Rand des Solarkollektor-Teilfeldes angeordneter Solarkollektor oder auch jeder Solarkollektor mit einem Entlüfter verbunden ist.
Durch eine Vorlaufleitung, die von einem beispielsweise im Keller eines Gebäudes untergebrachten Wärmetauscher, meist einem Warmwasserspeicher, zu dem Solarkollektor führt, wird diesem ein flüssiges Wärmeträgermedium zugeführt, welches in dem Solarkollektor erwärmt wird und durch die Rücklaufleitung zum Wärmetauscher zurück fließt.
Der Vorlaufanschluss des Solarkollektors befindet sich dabei an der beispielsweise auf einem Dach in der schrägen Einbaulage des Solarkollektors untersten, seitlichen Stelle, während sich der Rücklaufanschluss üblicherweise am oberen seitlichen Rand des Solarkollektors befindet.
In die Rücklaufleitung und die Vorlaufleitung können weitere Bau- und Funktionselemente wie ein Entleerungsventil, eine Befüllungsarmatur, ein Absperrhahn, eine Befüllpumpe, ein Luftabscheider, ein Solarregelung usw. geschaltet sein.
Insbesondere bei relativ großen thermischen Solaranlagen, die rein beispielhaft aus 18 Teilfeldern und einer Kollektorfläche von insgesamt 500 m² bestehen können, treten sogenannte Entlüftungsprobeme auf. Eine Ursache dieser Entlüftungsprobleme ist das Entstehen von Mikroblasen in den Solaranlagen, die sich in der Regel an den Hochpunkten der Solaranlage zu Luftblasen zusammenschließen. Mit zunehmender Größe der Luftblasen verringert sich der Volumenstrom des Wärmeträgermediums, wodurch der Abtransport der Luft zusätzlich verhindert wird. Letztendlich kann es u.U. sogar zu einer ungewollten Stagnation der Anlage kommen, die dann zu Entlüften ist.
Neben dem Entlüften von Hand sind auch automatische Entlüfter bekannt.
Automatische Entlüfter bzw. Automatikentlüfter haben den Nachteil, dass hierüber das Wärmeträgermedium verloren gehen kann. Dieses kommt in dem Fall vor, wenn sich die Temperaturen in der Solaranlage so weit erhöhen, dass das an sich flüssige Wärmeträgermedium in einen dampfförmigen Zustand übergeht. Dieser Dampf entweicht dann auch durch den automatischen Entlüfter. Die Anlage muss dann von Zeit zu Zeit neu befüllt werden, was den Wartungsaufwand erhöht.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine thermische Solaranlage zu schaffen, bei welcher der Wartungsaufwand gegenüber dem eingangs beschriebenen Stand der Technik reduziert ist.
Diese Aufgabe löst die Erfindung durch den Gegenstand des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Danach ist dem wenigstens einen automatischen Entlüfter ein thermischer – d.h. thermisch wirkender – Verschluss zugeordnet, und zwar vorzugsweise direkt bzw. unmittelbar vorgeschaltet.
Der thermische Verschluss wird so auf das Wärmeträgermedium eingestellt, dass der Verschluss ab einer Temperatur, die zum Verdampfen des Wärmeträgermediums führt, den automatischen Entlüfter verschließt. Der thermische Verschluss bildet derart ein temperaturabhängiges Ventil, das dieser jedenfalls in der bevorzugten und so nicht bekannten Anordnung, vorzugsweise direkt vor dem Automatiklüfter der Solaranlage angeordnet ist und so in zuverlässiger Weise den Verlust von Solarflüssigkeit verhindert.
Der bei sehr hohen Temperaturen geschlossene Automatiklüfter verhindert aber ebenso das Austreten der Luft, die zur Stagnation der Anlage führt.
Dieses ist jedoch nicht weiter problematisch, da die Anlage in diesem Fall zu einer sogenannten kontrollierten Stagnation führt. Der Effekt der kontrollierten Stagnation ist der, dass die Anlage quasi automatisch sich selbst herunterregelt, die hohen Temperaturen des Wärmeträgermediums abkühlen, und zwar so weit, bis der thermische Verschluss vor dem Automatikventil wieder öffnet. Die Anlage fährt dann mit einem geringeren Temperaturniveau wieder an, so dass die Luft aus der Anlage entweichen kann.
Damit kann die Anlage automatisch entlüftet werden. Am Entlüfter direkt entstehen keine belastende Spitzentemperaturen durch Dampfaustritt. Die Lebensdauer des Entlüfters wird dadurch um ein Vielfaches erhöht. Bei Stagnation bleibt die Anlage mit (offenem) Automatiklüfter (Dampf-) dicht. Es kann kein Medium in Form von Dampf austreten. Austritt von Dampf wird bei Stagnation der Solaranlage unterbunden. Komplexe Anlagen können in Verbindung mit einer automatischen Entlüftung permanent entlüftet werden ohne Verluste der Solarflüssigkeit bei Dampfbildung. Insgesamt ergibt sich eine erhebliche Reduzierung des Wartungsaufwands.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigt:
1 eine Prinzipskizze, welche den Aufbau einer Solaranlage vereinfacht veranschaulicht; und
2 einen thermischen Verschluss.
1 zeigt eine thermische Solaranlage 1, die einen Fluidkreislauf aufweist, in den wenigstens eines oder mehrere Teilfelder 2 geschaltet sind, die wiederum jeweils we nigstens einen oder vorzugsweise mehrere Kollektoren 3 aufweisen. Hier sind die Teilfelder 2 im Fluidkreislauf parallel zueinander geschaltet und die Kollektoren 3 innerhalb jedes Teilfeldes 2 in Reihe.
Der beispielhafte Aufbau der 1 weist vier Teilfelder 2 auf, die wiederum je vier Kollektoren 3 aufweisen. Eine erfindungsgemäße Solaranlage weist wenigstens einen oder mehrere Kollektor(en) 3 auf und wenigstens eines oder mehrere Teilfelder 2.
Das flüssige Wärmeträgermedium wird durch wenigstens eine oder mehrere Vorlaufleitungen 4 den Teilfeldern 2 mit den Kollektoren 3 zugeführt und über wenigstens eine oder mehrere Rücklaufleitungen 5 wieder von diesen abgeführt.
Das in den Kollektoren erwärmte Wärmeträgermedium wird über die Rücklaufleitungen 5 einem hier nicht dargestellten Wärmetauscher wie z.B. einem Warmwasserspeicher zugeführt. Nach Abgabe der Wärme im Wärmetauscher schließt sich der Kreislauf, indem das Wärmeträgermedium wieder über den Vorlauf den Kollektoren 3 zugeführt wird.
In der vereinfachten Prinzipskizze sind an sich bekannte – hier aber nicht relevante – Funktionselemente wie Ausgleichsbehälter, Entleerungsventile, Befüllungsarmaturen, Absperrhähne, Solarregler, Wärmetauscher usw. nicht dargestellt.
Luftblasen, die sich z.B. durch das Sammeln von Mikroblasen in der Anlage bilden, werden vorteilhafterweise an den Hochpunkten 6 der Anlage entlüftet. Dazu ist vorzugsweise an dem/den Hochpunkt(en) ein automatischer Entlüfter 7 angeordnet, dem – vorzugsweise direkt – ein thermischer Verschluss vorgeschaltet ist.
2 zeigt eine Prinzipskizze eines thermischen Verschlusses 8, das auch als thermisches Ventil betrachtet werden kann. Thermische Ventile sind an sich bekannt.
Der thermische Verschluss wird vorzugsweise über Klemmverschraubungen 9 und 10 in die Rücklaufleitung 5 geschaltet. Es weist einen hier winklig dazu ausgerichteten Anschluss 11 für den automatischen Entlüfter 7 auf.
Dem Anschluss 11 kann ein Verschlussventil 12 vorgeschaltet sein, welches über Dehnkörper 13, die von dem Wärmeträgermedium umströmt werden, gesteuert ist.
Bei zunehmender Temperatur vergrößern sich die Dehnkörper 13 und verschließen dadurch das Ventil 12. Nimmt die Temperatur des Wärmeträgermediums hingegen wieder ab, so verkleinern sich die Dehnkörper 13 mit der Folge, dass sich das Ventil 12 wieder öffnet.
Mit dem thermischen Verschluss 7 entlüftet die Anlage kontinuierlich und automatisch bis zu einer über die Auslegung des Dehnungskörpers einstellbaren Temperatur (z.B. 80°C). Steigt die Temperatur des Wärmeträgermediums darüber hinaus an, schließt das Ventil. Der Entlüfter ist dann nicht in Funktion. Vorteilhaft wird der Entlüfter 7 nicht mit sehr hohen Temperaturen belastet, wodurch der Entlüfter ebenfalls geschont wird und sich seine Lebensdauer erhöht. Die Anlage ist dann luftdicht und kann kontrolliert in Stagnation fahren. Nach dem Abkühlen der Anlage unter die über den Dehnkörper eingestellten Temperatur ist das Medium wieder flüssig und der Entlüfter 7 kann seine Arbeit durch das Öffnen des Ventils wieder aufnehmen. Der thermische Verschluss vor dem automatischen Entlüfter 7 erleichtert die Inbetriebnahme der Anlage und auch deren Wartung, da die Anlage nicht ständig nachentlüftet werden muss und da nur noch ein geringer oder kein Verlust des Wärmeträgermediums über entweichenden Dampf erfolgt. Der Wartungsaufwand wird zudem reduziert, da die Wartung über bekannte Handentlüfter entfällt.
Es liegt selbstverständlich auch im Rahmen der Erfindung, dass der wenigstens eine thermische Solarkollektor an anderer Stelle als auf einem Dach eines Gebäudes, beispielsweise auf hierzu vorgesehen Gestelle oder an einer Fassade, angeordnet sein kann.
Die Begriffe Vorlauf und Rücklauf sind nicht einschränkend zu verstehen, Sie beziehen sich auf die hier zur Figurenbeschreibung gegebene Definition.

1: Solaranlage
2: Teilfeld
3: Kollektor
4: Vorlauf
5: Rücklauf
6: Hochlage
7: Automatischer Entlüfter
8: Thermischer Verschluss
9: Klemmverschraubung
10: Klemmverschraubung
11: Anschluss
12: Verschlussventil
13: Dehnkörper

Claims

Thermische Solaranlage (1), a. die einen Fluidkreislauf für eine Wärmeträgerflüssigkeit aufweist, in den wenigstens einer oder mehrere Kollektoren (3) geschaltet ist/sind, dem/denen das flüssige Wärmeträgermedium durch wenigstens eine oder mehrere Vorlaufleitung(en) (4) zugeführt und von dem/denen die Warmeträgerflüssigkeit durch wenigstens eine oder mehrere Rücklaufleitungen (5) wieder abgeführt wird, b. wobei innerhalb des Fluidkreislaufs in montierter Stellung Niveau bzw. Höhenunterschiede bestehen, so dass sich wenigstens einer oder mehrere Hochpunkt(e) ausbilden, c. wobei wenigsten ein oder mehrere automatische Entlüfter (7) in den Fluidkreislauf geschaltet ist/sind, dadurch gekennzeichnet, dass d. dem wenigstens einen automatischen Entlüfter (7) ein thermischer Verschluss (8) zugeordnet ist.
Solaranlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem wenigstens einen oder an wenigstens einem der Hochpunkte jeweils einer der automatischen Entlüfter (7) angeordnet ist, dem jeweils einer der thermischen Verschlüsse (8) zugeordnet ist.
Solaranlage (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Verschluss (8) dem Entlüfter (7) vorgeschaltet ist.
Solaranlage (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der thermischen Verschlüsse (8) jeweils einer der Entlüfter vorgeschaltet ist.
Solaranlage (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der thermischen Verschlüsse (8) direkt jeweils einer der Entlüfter vorgeschaltet ist.
Solaranlage (1) nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine thermische Verschluss so auf das Wärmeträgermedium eingestellt ist, dass der Verschluss ab einer Temperatur, die zum Verdampfen des Wärmeträgermediums führt, den automatischen Entlüfter verschließt.
Solaranlage (1) nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine thermische Verschluss über Klemmverschraubungen (9 und 10) in die Rücklaufleitung (5) geschaltet ist.
Solaranlage (1) nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine thermische Verschluss einen Anschluss (11) für den automatischen Entlüfter (7) aufweist.
Solaranlage (1) nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Anschluss (11) ein Verschlussventil (12) vorgeschaltet ist, welches über Dehnkörper (13), die von dem Wärmeträgermedium umströmt werden, gesteuert ist.
Solaranlage (1) nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kreislauf ferner ein Wärmetauscher geschaltet ist.