DE4319109A1 - Method and arrangement for the protection of solar installations against frost - Google Patents

Method and arrangement for the protection of solar installations against frost

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    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/0095—Devices for preventing damage by freezing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24S40/00—Safety or protection arrangements of solar heat collectors; Preventing malfunction of solar heat collectors
    • F24S40/60—Arrangements for draining the working fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
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    • F24S40/00—Safety or protection arrangements of solar heat collectors; Preventing malfunction of solar heat collectors
    • F24S40/70—Preventing freezing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers

Abstract

The invention relates to a method and an arrangement for the protection of solar collectors using water as heat transfer medium against frost. The object of the invention is to avoid an emptying or the freezing-up of a solar installation. This is achieved in that, if the temperature falls below a given level, the water is lowered from the endangered region and at the same time filled with nitrogen or another inert gas. For this purpose, a diaphragm (membrane) container is used which has a chamber for the water and a chamber for the inert gas. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung mit denen Solaranlagen, die mit Wasser als Wärmeübertragungsfluid betrieben werden, vor Einfrierungen geschützt werden.The invention relates to a method and an arrangement with those solar systems that use water as the heat transfer fluid operated, protected against freezing.

Allgemein werden solare Brauch- und/oder Heizwasserbereitungsanlagen mit einem Gemisch aus Wasser und einem Frostschutzmittel betrieben, damit eine Außerbetriebnahme in den Wintermonaten vermieden wird oder bei ganzjähriger Nutzung das Einfrieren der Anlagen bei tiefen Temperaturen zu verhindern. Die Verwendung von Gemischen reduziert jedoch erheblich die Leistung dieser Anlagen, da gegenüber von reinem Wasser der Wärmeübergang geringer ist und damit auch die Wärmekapazität. Aus diesem Grund sowie aus ökologischen Erwägungen (Toxizität der Frostschutzmittel) ist das Betreiben der Solaranlagen mit reinem Wasser günstiger.In general, solar custom and / or Heating water systems with a mixture of water and an antifreeze operated so that a Decommissioning in the winter months is avoided or if used all year round, freeze the systems to prevent low temperatures. The use of Mixtures, however, significantly reduce the performance of these Systems, as compared to pure water the heat transfer is lower and thus also the heat capacity. For this Reason as well as ecological considerations (toxicity of the Antifreeze) is the operation of the solar systems pure water cheaper.

Es wurde aber bereits in der DE-PS 41 23 169 ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem als Wärmeträger Wasser verwendet wird und frostsicher ist. Hierbei wird jedoch bei Unterschreitung einer vorgegebenen Temperatur im Solarkollektor eine frostsichere Flüssigkeit als Ersatz für das Wasser in den Wärmeträgerkreislauf des Solarkollektors gebracht. Damit bestehen die ökologischen Nachteile weiter und die geringere Wärmekapazität wird zumindest zeitweise zugelassen.But there was already a process in DE-PS 41 23 169 proposed in which water is used as the heat transfer medium and is frost-proof. In this case, however, is below a predetermined temperature in the solar collector frost-proof liquid as a replacement for the water in the Bring heat transfer circuit of the solar collector. In order to the ecological disadvantages persist and the lesser Heat capacity is permitted at least temporarily.

Die technische Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren abzuleiten und eine Anordnung zu schaffen, mit deren Hilfe eine Solaranlage mit reinem Wasser betrieben werden kann und dabei die Solarenergie günstiger ausgenutzt, die Ökologie verbessert und die Wartung der Solaranlage vereinfacht wird. The technical object of the invention is a Derive procedures and create an order with whose help operated a solar system with pure water can be used and solar energy more cheaply, the ecology improved and the maintenance of the solar system is simplified.  

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, in dem bei Unterschreitung einer vorgegebenen Temperatur der Wasserkreislauf zwischen dem Solarkollektor und einem Wärmespeicher unterbrochen wird. Das Wasser wird aus dem Solarkollektor soweit abgesenkt bis es einen frostfreien Bereich erreicht. Der wasserfreie Raum im Solarkollektor wird dabei gleichzeitig mit einem Inertgas aufgefüllt.According to the invention this is achieved in that Falling below a predetermined temperature Water cycle between the solar collector and one Heat storage is interrupted. The water is from the Solar collector lowered until it is frost-free Area reached. The water-free space in the solar collector will filled up with an inert gas at the same time.

Steigt die Temperatur im Solarkollektor wieder über den vorgegebenen Wert an, wird das Wasser wieder in den mit dem Inertgas gefüllten Raum gepumpt. Zur Vermeidung von Gaspolstern erfolgt während der Füllung mit Wasser eine Entlüftung.If the temperature in the solar collector rises above the set value, the water is returned to the with the Pumped space filled with inert gas. To avoid Gas cushions occur during the filling with water Venting.

Die Anlage sieht dazu einen Membranbehälter vor, der zwei Kammern aufweist. Eine erste Kammer ist gefüllt mit Wasser und die zweite Kammer mit dem Inertgas. Auf der Wasserseite des Membranbehälters ist eine Pumpe vorgeschaltet.The system provides a membrane container, the two Has chambers. A first chamber is filled with water and the second chamber with the inert gas. On the water side A pump is installed upstream of the membrane container.

An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt dazu die Figur, eine Anordnung einer Solaranlage.The invention is illustrated in more detail using an exemplary embodiment explained. It shows the figure, an arrangement of a Solar system.

Dem Solarkollektor K ist ein Membranbehälter MG zugeordnet. Dieser Membranbehälter MG weist eine Inertgaskammer AA, vorgeordnet ist eine Entleerungspumpe P2 und eine Fülleitung A. Die Abnehmerleitungen, Vorlauf VL und Rücklauf RL, sind über Dreiwegeventile M1; M2 an den Solarkollektor K eingebunden, wobei die Vorlaufleitung VL zum Solarkollektor K vor einer Umwälzpumpe P1 geführt ist und die Rücklaufleitung RL geht vom Solarkollektor K und einer mit Magnetventil M3 versehenen Kurzschlußleitung ab. Die Fülleitung A führt an ein Dreiwegeventil M5, den ein Magnetventil M4 nachgeordnet ist. Die Inertgasleitung führt von Inertgaskammer BB zum oberen Teil des Solarkollektors K und weist am oberen Teil eine Entlüftung E auf. A membrane container MG is assigned to the solar collector K. This membrane container MG has an inert gas chamber AA, upstream is a drain pump P2 and a filling line A. The customer lines, flow VL and return RL, are via three-way valves M1; M2 to the solar collector K involved, the flow line VL to the solar collector K is guided in front of a circulation pump P1 and the return line RL goes from solar collector K and one with solenoid valve M3 provided short-circuit line. The filling line A leads a three-way valve M5, which is followed by a solenoid valve M4 is. The inert gas line leads from inert gas chamber BB to upper part of the solar collector K and points to the upper part a vent E on.  

Bei ausreichender Einstrahlung sind die Dreiwegeventile M1 und M2 geöffnet, während die Magnetventile M3 und M4 geschlossen sind. Es arbeitet nur die Umwälzpumpe P1. Der Membranbehälter MG ist überwiegend mit Inertgas, das vorzugsweise Stickstoff ist, gefüllt. Damit wird die Solarenergie direkt zum Abnehmer gepumpt. Ist keine Einstrahlung und dabei Frostgefahr, wird der Wasserspiegel bis zur Kennlinie N ins Gebäudeinnere abgesenkt. Es sind dabei die Dreiwegeventile M1 und M2 geschlossen, während die Magnetventile M3 und M4 geöffnet sind. Das Dreiwegeventil M5 ist gegenüber der Fülleitung A geschlossen. Die Entleerungspumpe P2 pumpt nunmehr das Wasser aus dem Solarkollektor K in die Wasserkammer AA, wobei das Inertgas gleichzeitig aus der Inertgaskammer BB über die Inertgasleitung L in den Solarkollektor K gedrückt wird.If there is sufficient radiation, the three-way valves are M1 and M2 opened, while the solenoid valves M3 and M4 are closed. Only the P1 circulation pump works. Of the Membrane container MG is predominantly with inert gas is preferably nitrogen. With that the Solar energy pumped directly to the customer. Is not Irradiation and risk of frost, the water level lowered to the characteristic curve N inside the building. There are the three-way valves M1 and M2 closed, while the Solenoid valves M3 and M4 are open. The three-way valve M5 is closed to the filling line A. The Drain pump P2 now pumps the water out of the Solar collector K in the water chamber AA, the inert gas simultaneously from the inert gas chamber BB via the Inert gas line L is pressed into the solar collector K.

Erfolgt nun wieder eine ausreichende Einstrahlung auf den Solarkollektor K, bleiben zunächst noch die Dreiwegeventile M1 und M2 geschlossen und die Magnetventile M3 und M4 geöffnet. Das Dreiwegeventil M5 ist in Richtung der Fülleitung A und Magnetventil M4 geöffnet. Somit wird nunmehr das Wasser mittels Umwälzpumpe P1 aus der Wasserkammer AA in den Solarkollektor K gepumpt, wobei gleichzeitig das Inertgas zurück in die Inertgaskammer BB gedrückt wird. Nach der Beendigung des Füllvorganges erfolgt eine letzte Entlüftung über die Entlüftung E. Nun werden die Magnetventile M3 und M4 geschlossen und die Dreiwegeventile M1 und M2 geöffnet.Now there is sufficient radiation on the Solar collector K, initially remain the three-way valves M1 and M2 closed and the solenoid valves M3 and M4 open. The three-way valve M5 is in the direction of Fill line A and solenoid valve M4 open. So now the water by means of circulation pump P1 from the water chamber AA in pumped the solar collector K, at the same time the inert gas is pushed back into the inert gas chamber BB. After A final venting takes place at the end of the filling process via the vent E. Now the solenoid valves M3 and M4 closed and the three-way valves M1 and M2 opened.

BezugszeichenlisteReference list

AA Wasserkammer
BB Inertgaskammer
MG Membranbehälter
M1; M2; M5 Dreiwegeventil
K Solarkollektor
M3; M4 Magnetventil
P1 Umwälzpumpe
P2 Entleerungspumpe
A Fülleitung
L Inertgasleitung
E EntlüftungAA water chamber
BB inert gas chamber
MG membrane container
M1; M2; M5 three-way valve
K solar collector
M3; M4 solenoid valve
P1 circulation pump
P2 drain pump
A filling line
L inert gas line
E venting

Claims (10)

1. Verfahren zur Frostschutzsicherung von Solaranlagen bei denen Wasser als Wärmeübertrager verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einfriergefahr das Wasser aus dem gefährdeten Bereich abgesenkt wird, der geleerte Teil der Solaranlage mit einem Inertgas gefüllt wird, wobei nach Beendigung der Einfriergefahr das Wasser wieder in den mit Gas gefüllten Teil der Solaranlage gepumpt wird.1. A method for frost protection of solar systems in which water is used as a heat exchanger, characterized in that when there is a risk of freezing, the water is lowered from the endangered area, the emptied part of the solar system is filled with an inert gas, the water being in again after the end of the risk of freezing the part of the solar system filled with gas is pumped. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach der erneuten Füllung mit Wasser eine Entlüftung erfolgt.2. The method according to claim 1, characterized in that after refilling with water, ventilation takes place. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Füllung mit dem Inertgas eine Druckentlastung des Wassers vorgenommen wird.3. The method according to claim 1, characterized in that during the filling with the inert gas, a pressure relief of the Water is made. 4. Anordnung zur Frostschutzsicherung von Solaranlagen bei denen Wasser als Wärmeübertrager verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Nebenkreislauf ein Membranbehälter (MG) eingebunden ist, der eine Teilung aufweist, wobei der eine Teil eine Inertgaskammer (BB) und der andere Teil eine Wasserkammer (AA) ist.4. Arrangement for frost protection of solar systems where water is used as a heat exchanger, characterized, that in a secondary circuit a membrane container (MG) is involved, which has a division, the one Part of an inert gas chamber (BB) and the other part one Water chamber (AA) is. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Leerung des Solarkollektors (K) eine Entleerungspumpe (P2) vor der Wasserkammer (AA) des Membranbehälters (MG) eingebunden ist.5. Arrangement according to claim 4, characterized in that for the emptying of the solar collector (K) a drain pump (P2) in front of the water chamber (AA) of the membrane container (MG) is involved. 6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ausgangsseitig aus der Wasserkammer (AA) des Membranbehälters (MG) eine Fülleitung(A) über ein Dreiwegeventil (M5) zu einer Umwälzpumpe (P1) geführt ist. 6. Arrangement according to claim 4, characterized in that on the output side from the water chamber (AA) of the membrane container (MG) a filling line (A) via a three-way valve (M5) to one Circulation pump (P1) is guided.   7. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Inertgaskammer (BB) eine Inertgasleitung (L) zum oberen Teil des Solarkollektors (K) geführt ist.7. Arrangement according to claim 4, characterized in that the inert gas chamber (BB) an inert gas line (L) to the top Part of the solar collector (K) is guided. 8. Anordnung nach Anspruch 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Teil der Inertgasleitung (L) eine Entlüftung (E) angeordnet ist.8. Arrangement according to claim 4 and 7, characterized in that a vent at the upper part of the inert gas line (L) (E) is arranged. 9. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Inertgas vorzugsweise Stickstoff ist.9. Arrangement according to claim 4, characterized in that the Inert gas is preferably nitrogen. 10. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Inertgas in einem separaten Behälter gelagert ist.10. The arrangement according to claim 4, characterized in that the inert gas is stored in a separate container.
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