Zuerst prüfen, was im Kollektor intern verbunden ist

Eine Reihe von nebeneinander verbundenen Kollektoren ist nicht unbedingt eine echte thermische Reihenschaltung. Manche Kollektoren haben Verteiler mit mehreren parallelen Steigleitungen. Das Verbinden ihrer Verteileranschlüsse kann einen Verteiler über eine Reihe hinweg verlängern, während die Absorberkanäle parallel geschaltet bleiben.

Bevor die Dachanordnung als Serie oder Parallel beschrieben wird, verfolgen Sie den tatsächlichen Flüssigkeitsweg vom Einlass zum Auslass. Fließt der gesamte Zweigstrom zuerst durch den ersten Absorber und dann durch den zweiten, oder teilt er sich zwischen Absorberkanälen auf, die von gemeinsamen Verteilern versorgt werden?

Fordern Sie die hydraulische Zeichnung des genauen Modells an, die genehmigten Einlass- und Auslasspositionen, die Behandlung ungenutzter Anschlüsse und die zulässigen Array-Konfigurationen. Das äußere Erscheinungsbild und die Anzahl der Anschlüsse geben keinen Aufschluss über den internen Kreislauf.

Serien-, Parallel- und kombinierte Anordnungen

Die folgenden Diagramme zeigen nur eine vereinfachte Topologie. Ventile, Sensoren, Ausdehnungsschutz und andere Installationskomponenten sind weggelassen.

Echte Reihe:
Vorlauf --> [Kollektorfeld 1] --> [Kollektorfeld 2] --> [Kollektorfeld 3] --> Rücklauf

Parallel:
Vorlauf --+--> [Kollektorfeld 1] --+--> Rücklauf
         +--> [Kollektorfeld 2] --+
         +--> [Kollektorfeld 3] --+

Parallele Zweige mit kurzen Reihensträngen:
Vorlauf --+--> [K1] --> [K2] --+--> Rücklauf
         +--> [K3] --> [K4] --+
         +--> [K5] --> [K6] --+

Für die allgemeinen hydronischen Prinzipien hinter parallelen Pfaden und Gegenstromrückführung siehe Caleffis Leitfaden zu Verteilungssystemen. Dessen Beispiele für Heizkörper etablieren die Rohrleitungsprinzipien; Solarkollektortemperaturen und Modellgrenzen erfordern separate Prüfungen.

Durchfluss aus dem vorgesehenen Betriebspunkt berechnen

Die Energiebilanz über einen Flüssigkeitskreislauf lautet:

P = Massenstrom x spezifische Wärmekapazität x Temperaturerhöhung

Mit der Leistung in kW, dem Massenstrom in kg/s und der spezifischen Wärmekapazität in kJ/(kg·K) sind die Einheiten konsistent. Für Wasser ergibt sich unter Verwendung der ungefähren Dichte und Wärmekapazität die praktische Screening-Beziehung:

P (kW) = 1,163 x Volumenstrom (m³/h) x Temperaturerhöhung (K)

Betrachten Sie einen fiktiven Auslegungspunkt mit einer Nutzleistung von 20 kW und einer Temperaturerhöhung von 10 K:

Volumenstrom = 20 / (1,163 x 10)
            = ca. 1,72 m³/h

Wenn vier gleiche Abzweige jeweils 5 kW bei gleicher Temperaturerhöhung liefern, führt jeder Abzweig ca. 0,43 m³/h. Die gemeinsame Hauptleitung führt 1,72 m³/h.

Diese Werte zeigen die Energieerhaltung. Sie sind keine empfohlene Durchflusseinstellung für ein SOLETKS-Modell. In der Praxis muss der Planer auch den vom Hersteller zugelassenen Durchflussbereich einhalten und bestätigen, dass die angenommene Nutzleistung unter den vorgeschlagenen Bedingungen erreichbar ist.

Bei Glykolgemischen ersetzen Sie die Wassereigenschaften durch Dichte und spezifische Wärmekapazität des Fluidlieferanten bei der relevanten Konzentration und Temperatur. Prüfen Sie die Viskosität bei der Berechnung des Druckverlusts, insbesondere beim Kaltstart.

Eine höhere Austrittstemperatur beweist keinen höheren Ertrag

Die Durchflussgleichung hilft, ein häufiges Missverständnis zu erklären. Bei einer angenommenen Leistung von 20 kW ändert sich der berechnete Temperaturanstieg bei einer Reduzierung des Wasserdurchflusses von 1,72 auf 0,86 m³/h von ungefähr 10 K auf 20 K. Die abgegebene Wärmemenge verdoppelt sich dadurch nicht.

Die tatsächliche Kollektorleistung ist nicht unabhängig von Betriebstemperatur und Durchfluss festgelegt. Da eine echte Reihenschaltung das Fluid erwärmt, arbeiten die nachgeschalteten Kollektoren mit wärmeren Eintrittstemperaturen. Deren thermische Leistung muss unter diesen Bedingungen bewertet werden, anstatt sie als gleich der Leistung des ersten Kollektors anzunehmen.

Die Beschaffungsfrage lautet daher: Liefert die Anordnung die geforderte Nutzwärme, während sie innerhalb des zulässigen Betriebsbereichs bleibt? Die Auswahl eines Kreislaufs nur weil der Endaustritt heißer ist, kann zur falschen Antwort führen.

Verwenden Sie modellspezifische thermische Leistungsdaten für den Temperaturbereich des Projekts. Machen Sie aus einem Temperaturanstiegsbeispiel keine Jahresenergieprognose.

Druckabfall: Arbeit entlang eines vollständigen Strömungswegs

Bei einer Reihenschaltung addieren sich die Druckverluste aufeinanderfolgender Komponenten bei gleichem Strömungsdurchsatz. Bei parallelen Zweigen würde die Addition aller Zweigverluste den erforderlichen Pumpendruck überschätzen. Bewerten Sie vollständige Pfade zwischen Pumpendruck- und -saugseite, einschließlich gemeinsamer Rohrleitungen.

Als veranschaulichende Berechnung nehmen Sie an, dass ein Zweig drei echte Reihenkollektoren enthält. Beim ausgewählten Zweigdurchsatz:

Gehen Sie nun von vier hydraulisch gleichwertigen Zweigen aus, jeweils mit 0,43 m³/h, sowie einem weiteren Druckverlust von 13 kPa in gemeinsamen Rohrleitungen und Geräten beim Gesamtdurchfluss von 1,72 m³/h. Die daraus resultierende vorläufige Leistung beträgt:

Gesamtdurchfluss = 4 × 0,43 = 1,72 m³/h
Erforderlicher Differenzdruck = 17 + 13 = 30 kPa
Äquivalente Wassersäule = 30.000 / (1.000 × 9,81) = ungefähr 3,06 m

Dies ist nicht 4 × 17 + 13 kPa. Die Zweige sind parallele Wege, keine sequenziellen Komponenten.

Jede Druckverlustzahl in diesem Beispiel ist erfunden. Ersetzen Sie sie durch Druckverlustkurven für die tatsächlichen Kollektoren, Ventile, Wärmetauscher und Rohrleitungen. Identifizieren Sie den realen begrenzenden Pfad, berücksichtigen Sie die Anforderungen an den hydraulischen Abgleich und wählen Sie eine Pumpe anhand ihrer Betriebskurve aus.

Der maximale Betriebsdruck eines Kollektors ist eine Begrenzung der Behältnisintegrität. Er sagt Ihnen nicht den Druckverlust im Umlauf und kann keine Druckverlustkurve ersetzen.

Rücklaufumkehr hilft, aber die Strömung muss dennoch überprüft werden

Bei direkter Rückführung hat der zuerst versorgte Zweig auch den kürzesten Rückweg. Bei umgekehrter Rückführung hat der erste Versorgungszweig den längsten Rückweg. Dies kann Unterschiede zwischen den gesamten Pfadwiderständen verringern.

Gleich aussehende Rohrlängen garantieren keinen gleichen Durchfluss. Abzweige können sich in der Anzahl der Kollektoren, Armaturen, Rohrdurchmessern, Ventileinstellungen oder eingeschlossener Luft unterscheiden. Caleffis Einführung in den hydraulischen Abgleich erklärt, warum der Abzweigwiderstand die natürliche Durchflussverteilung bestimmt.

Bieten Sie eine praktische Möglichkeit, die Durchflüsse in den Abzweigen zu messen und einzustellen. Dokumentieren Sie sowohl den Abzweig- als auch den Gesamtdurchfluss während der Inbetriebnahme; ein korrekter Gesamtwert kann eine unterversorgte Reihe verbergen.

Vier Abzweige mit Werten von 0,70, 0,50, 0,30 und 0,22 m³/h ergeben beispielsweise immer noch eine Summe von 1,72 m³/h. Dieser Gesamtwert allein zeigt nicht, dass die vier vorgesehenen gleichen Abzweige abgeglichen sind.

Dachhöhe, geschlossene Kreisläufe und Drainback-Systeme

In einem vollständig gefüllten, geschlossenen Umwälzkreislauf heben sich die statischen Drücke nach oben und unten weitgehend auf. Die Umwälzpumpe wird hauptsächlich zur Überwindung des Kreislaufwiderstands während des Betriebs ausgelegt. Die Gebäudehöhe beeinflusst dennoch den Fülldruck, die Auslegung des Ausdehnungsgefäßes, den Druck am höchsten Punkt und die Druckgrenzen der Komponenten.

Ein Drainback-System hat eine andere Startbedingung: Die Pumpe muss zunächst Flüssigkeit in den erhöhten Kreislauf heben. Rohrgefälle, Entleerbarkeit und Startbetrieb erfordern eine explizite Auslegung. Caleffis „Leitfaden für solarthermische Kombisysteme“ erklärt, wie sich die Zirkulationsbedingung ändert, während sich der Kreislauf füllt und ein Siphon entsteht.

Wenden Sie keine Berechnung für eine geschlossene Pumpe auf eine Drainback-Anordnung an, ohne Start und Entleerung zu bewerten.

Eine Checkliste zur Designprüfung für EPC-Käufer

Bevor Sie die Anordnung genehmigen, besorgen Sie sich ein Paket, das diese Fragen beantwortet:

1. Wie ist der genaue interne Flüssigkeitsweg des ausgewählten Kollektors?

2. Welche Anschlussdiagramme und maximalen Reihengrößen genehmigt der Hersteller?

3. Wie sind Auslegungsdurchfluss, Temperaturerhöhung und Flüssigkeitseigenschaften?

4. Welche Druckverluste gelten beim Kaltstart und im Normalbetrieb?

5. Wie werden Zweigdurchflüsse ausgeglichen und gemessen?

6. Welche Rohre führen den Gesamtdurchfluss und welche führen den Zweigdurchfluss?

7. Wie werden Wärmeausdehnung, Frostgefahr und lastfreie Bedingungen berücksichtigt?

8. Wo kann das System befüllt, entlüftet, entleert und gewartet werden?

9. Welche Inbetriebnahmemessungen bestätigen die Auslegungsannahmen?

Die Absperrung für Wartungsarbeiten muss den erforderlichen Ausdehnungs- und Sicherheitsschutz gewährleisten. Die endgültige Zeichnung sollte ein technisches Installationsdokument sein, das alle Schutzkomponenten und modellspezifischen Anforderungen enthält.

Für die umfassendere Last- und Speicherberechnung siehe die Der SOLETKS kommerzielle Solar-Warmwasser-Dimensionierungsleitfaden. Die Wartungsanleitung kann dabei helfen, die Aufzeichnungen zu definieren, die nach der Übergabe nützlich bleiben.

Häufig gestellte Fragen