DE4319109A1 - Verfahren und Anordnung zur Frostschutzsicherung von Solaranlagen - Google Patents

Verfahren und Anordnung zur Frostschutzsicherung von Solaranlagen

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DE4319109A1
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Frank Dr Goebel
Detlef Dr Schneider
Ingo Dr Kraft
Andreas Thies
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VEAG Vereinigte Energiewerke AG
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VEAG Vereinigte Energiewerke AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • 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
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • 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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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung mit denen Solaranlagen, die mit Wasser als Wärmeübertragungsfluid betrieben werden, vor Einfrierungen geschützt werden.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt dazu die Figur, eine Anordnung einer Solaranlage.
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.
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.
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.
Bezugszeichenliste
AA Wasserkammer
BB Inertgaskammer
MG Membranbehälter
M1; M2; M5 Dreiwegeventil
K Solarkollektor
M3; M4 Magnetventil
P1 Umwälzpumpe
P2 Entleerungspumpe
A Fülleitung
L Inertgasleitung
E Entlüftung

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.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach der erneuten Füllung mit Wasser eine Entlüftung erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Füllung mit dem Inertgas eine Druckentlastung des Wassers vorgenommen wird.
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.
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.
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.
7. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Inertgaskammer (BB) eine Inertgasleitung (L) zum oberen Teil des Solarkollektors (K) geführt ist.
8. Anordnung nach Anspruch 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Teil der Inertgasleitung (L) eine Entlüftung (E) angeordnet ist.
9. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Inertgas vorzugsweise Stickstoff ist.
10. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Inertgas in einem separaten Behälter gelagert ist.
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