Hygienische Brauchwasser Solaranlage ohne Glykol

Solarthermie zur Brauchwassererwärmung

Mit einer Volkssolar Brauchwasseranlage können Sie Ihren Energiebedarf zur Warmwassererzeugung erheblich reduzieren. Im Sommer kann in den meisten Fällen sogar der komplette Warmwasserbedarf durch die Volkssolaranlage abgedeckt werden. Erst wenn in den Übergangsjahreszeiten und im Winter der Brauchwasserbedarf nicht mehr nur durch die Sonne gedeckt werden kann, wird ein externer Wärmeerzeuger (z.B. Öl,/ Gas/ Wärmepumpe oder ein elektrischer Heizstab ) zur Unterstützung hinzu geschaltet.

Im Mittel verbraucht jede Person in Deutschland im Haushalt mit z.B. Duschen, Spülen und Waschen ca. 50-100 Liter Warmwasser pro Tag. Dieser Bedarf lässt sich bereits durch 1 bis 2m² Kollektorfläche und ca. 100 Liter Speichervolumen abdecken.

 

Brauchwasserbedarf Solarthermieanlage

 

Erfüllung der EnEV für Neubauten

Die VolksSolar Brauchwassersysteme bieten eine einfache Möglichkeit für Bauherren, die Anforderungen der neuen EnEV zu erfüllen. Mit dem VolksSolar Brauchwassersystem 6m² erfüllen Sie bereits den nach EnEV geforderten Anteil an erneuerbarer Energien bis zu einer Wohnfläche von 150m ² (durch Erhöhung der Kollektorfläche fast beliebig erweiterbar).

 

Unsere Brauchwassersysteme sind standardmäßig auf einen 2-6 Personenhaushalt ausgelegt und können durch die relativ kleinen Kollektorflächen und durch den besonders effizienten SunExtreme HD Vakuumröhrenkollektor auf nahezu jedem Dach installiert werden. Für Neubauten zur Erfüllung der EnEV ist die Kollektorfläche zudem abhängig von der Wohnfläche (0,04m² Kollektorfläche je m² Wohnfläche). Die Pakete können Ihren Wünschen entsprechend angepasst werden. Sprechen Sie uns an.

Brauchwasserbereitung

Um aus der im Puffer gespeicherten Energie hygienisches Warmwasser zu erzeugen gibt es zwei Alternativen. Zum einen der Einsatz eines Hygienespeichers mit integriertem Wellrohrwärmetauscher, zum anderen eine vollautomatische Frischwasserstation.

Alternative: Hygienespeicher

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Funktionsweise Hygienespeicher

Die heute einfachste Methode zur Brauchwassererwärmung ist der Einsatz eines Hygienespeichers. Dabei wird das kalte Brauchwasser durch einen im Speicher integrierten Wellrohrwärmetauscher geleitet, wobei es sich aufheizt. Das heiße Brauchwasser aus dem Wärmetauscher wird dann mit Hilfe eines mechanischen Mischventils auf Nutztemperatur herunter gemischt (Verbrühschutz).

Vorteile

Der Hauptvorteil der Brauchwassererzeugung mit einem Hygienespeicher ist, dass dabei keine großen Mengen warmes Trinkwasser gespeichert wird und somit eine hygienische Lösung zu einem moderaten Preis geschaffen werden kann. Zudem sind die Betriebskosten relativ niedrig, da keine elektrische Energie für eine weitere Umwälzpumpe aufgewendet werden muss.

Nachteile

Da der Wellrohrwärmetauscher auch ca. 50 Liter warmes Wasser speichert, ist diese Variante der Brauchwassererzeugung nur dann wirklich hygienisch, wenn der Wasserinhalt im Wärmetaucher konstant verbraucht wird und sichergestellt wird (z.B. durch Nachheizen), dass der Puffer eine gewisse Temperatur regelmäßig überschreitet, um Bakterien und Legionellen abzutöten.

Ein weiteres Problem ist die mögliche Verkalkung des Wärmetauschers, da sich ab +55°C Kalk aus dem Trinkwasser löst und sich an der Innenwand des Wärmetauscher ablagert. Durch im Wellrohr entstehende Turbulenzen werden die Ablagungen zwar teilweise, jedoch nicht vollständig gelöst. Desweiteren können durch diese Kalkpartikel die Waserarmaturen zugesetzt werden. Deshalb empfehlen wir diesen Speicher nur, wenn der Kalkgehalt des Brauchwassers eher niedrig ist.

Der Wellrohrwärmetauscher ist aus Edelstahl gefertigt und in einem Puffergehäuse aus Schwarzstahl eingesetzt. Durch die unterschiedlichen Metalle muss der Wärmetauscher mit einer Opferanode vor galvanischer Korrosion geschützt werden. Die regelmäßige Kontrolle und ggf. Austausch der Opferanode muss sichergestellt werden.

Alternative: Frischwasserstation

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Funktionsweise Frischwasserstation

Die effektivste und modernste Art zur hygienischen Brauchwassererwärmung ist der Einsatz einer vollautomatischen Frischwasserstation, die nach dem Durchflussprinzip arbeitet. Dazu pumpt eine Pumpe in der Frischwasserstation das heiße Pufferwasser durch einen großen Plattenwärmetauscher aus Edelstahl. Durch die andere Seite des Wärmetausches fließt gleichzeitig das kalte Brauchwasser und erwärmt sich dabei im Durchlaufverfahren. Die eingebaute elektronische oder thermostatische Regelung hält die Brauchwassertemperatur dabei konstant.

Vorteile

Das warme Brauchwasser wird erst dann erzeugt, wenn es benötigt wird. Dies ist die hygienischste Art der Brauchwassererwärmung. Es wird zu keinem Zeitpunkt erwärmtes Wasser gespeichert und somit jegliches Bakterienwachstum von vornherein verhindert.

Durch den großen Plattenwärmetauscher können auch bei geringer Puffertemperatur hohe Zapfleistungen mit konstanter Temperatur erreicht werden. Moderne elektronisch geregelte Frischwasserstationen können selbst mit 50 Grad warmen Pufferwasser noch ausreichend Brauchwasser mit 45 Grad erzeugen, ohne den Puffer dabei zu durchmischen. Dadurch erhöht sich die Schüttleistung eines Puffers und unnötige Brennerstarts können reduziert werden.

Da auf der Primärseite totes kalkfreies Heizungswasser fließt und das Brauchwasserseite nie eine Temperatur von +55°C erreicht, kann kein Kalk aus dem Wasser ausfallen und Verkalkungen herbeiführen. Deshalb ist eine Frischwasserstation bei kalkhaltigem Wasser zu empfehlen.

Nachteile

Die Anschaffungskosten für eine Frischwasserstation sind etwas höher als die eines Hygienespeichers. Es ensteht ein zusätzlicher Strombedarf für Steuerung und Pumpe der Frischwasserstation.

 

Warum keinen Solar-Brauchwasserspeicher einsetzen?

Preiswerte Systeme nutzen meist einen emaillierten Brauchwasserspeicher mit 200-500 Liter Brauchwasserinhalt. Dieser Speicher wird in der Regel über einen Glattrohr Wärmetauscher durch die Heizung und mit einem zweiten Wärmetauscher durch eine Solaranlage aufgeheizt.

Das Brauchwasser wird in diesem Speicher von der Heizung regelmäßig auf 50-60 Grad aufgeheizt. Scheint zusätzlich die Sonne, so erfolgt die Aufheizung bis auf ca. 95 Grad.

Vorteile

Preiswerte Lösung, die sich seit fast 30 Jahren technisch bewährt hat.

Nachteile

Speicherung von warmem Wasser kann zur Bildung gefährlicher Bakterien (Legionellen) führen. Gesundheitsschäden, die durch mit Legionellen infiziertes Wasser auftreten, können seit 2011 in Deutschland zu strafrechtlicher Verfolgung der Anlagenverantwortlichen führen. Um einen hygienisch einwandfreien Brauchwasserspeicher zu betreiben, muss dieser 2x pro Woche auf mindestens +70°C erhitzt werden.

Meist nur schwache Dämmung des Speichert führ in der Summe zu hohen Speicherverlusten.

Solarthermie ohne Glykol

Vorteile einer glykolfreien Volkssolaranlage

Die Volkssolar Brauchwasser Anlage wird ohne chemischen Frostschutz (Glykol) nur mit Wasser betrieben. Durch den Verzicht auf Glykol hat die Solarflüssigkeit einen deutlich höhere Wärmespeicherkapazität und Wärmeleitfähigkeit. Der Solarkollektor kann in diesem System ohne Wärmetauscher direkt an den Pufferspeicher angeschlossen werden. Schon allein dadurch kann ein merklich höherer Solarertrag erzielt werden. Zudem ist Wasser dünnflüssiger als ein Wasser-Glykolgemisch und kann mit geringerem elektrischem Aufwand durch dünnere Leitungen gepumpt werden. Auch die Kosten für aufwändige Wärmetauscherkonstruktionen (intern im Puffer oder extern) entfallen komplett (siehe Auswirkung von Glykol auf Solaranlagen). Die glykolfreie Solaranlage ist zudem wartungsarm, eigensicher und weniger störanfälliger als eine Solarthermieanlage, die mit Glykol betrieben wird.

Funktionsweise im Detail

Sobald die Temperatur am Kollektor-Sensor (1) um einen definierten Wert z.B. 8°C über der am Puffer-Sensor (2) liegt, startet die Solarpumpe. Diese wird vom Solarregler "drehzahlgeregelt" mit dem Ziel eine festgelegte Temperatur, z.B. 60° im oberen Teil des Puffers zu erreichen. Der Pufferspeicher sollte prinzipiell erst einmal im oberen Bereich aufgeheizt werden, um eine nutzbare Temperatur zu erzeugen. Hat der Puffer oben den Sollwert erreicht, wird die Solarernte durch ein Dreiwegeventil in die Puffermitte geleitet, um auch diesen Bereich auf Temperatur zu bringen. Die Regelung der vom Kollektor kommenden Fördertemperatur erfolgt durch die drehzahlgesteuerte Solarpumpe. Je niedriger die Fördertemperatur und je höher die Durchflussmenge dabei ist, desto höher fällt der Ertrag in kWh aus.

Es entsteht eine schnellere Erwärmung des nutzbaren Teils des Puffers und zusätzliche Brennerstarts der Heizung für Warmwasserbereitung werden vermieden, was zu einer Erhöhung des Gesamtertrages führt. Erst wenn der Puffer in der Mitte auch z.B. 60°C erreicht, vermindert sich die Drehzahl der Pumpe. das geförderte Wasser wird heißer und lädt den gesamten Puffer bis auf die eingestellte Maximaltemperatur (z.B. 95°C). Dann schaltet der Solarregler die Pumpe ab und die Anlage geht in Stillstand (Stagnation).

Anstelle eines Dreiwegeventils kann der Puffer auch bauseitig mit einem externen Einschichtungsrohr ausgestattet werden, welches senkrecht neben dem Puffer montiert wird. Dieses Rohr kann z.B. aus DN35 mm Kupferrohr einfach weichgelötet werden und sollte damit idealerweise mindestens 3 Dimensionen über der Rohrstärke vom Solarvorlaufrohr sein, damit sich die Fließgeschwindigkeit beim Eintritt in das Rohr reduziert und sich das Wasser somit selbständig temperaturmäßig in den jeweiligen Pufferbereich einschichten kann. Bei einem solchen Schichtrohr sollte besonders auf eine ausreichende Wärmedämmung geachtet werden. Schichtrohre bieten wir lötfertig als Komplettpaket in unserem Shop an.

Funktionsweise Solarthermie ohne Glykol

Um den Wirkungsgrad der Anlage zu verbessern, sollte der Puffer zusätzlich zur standardmäßigen Dämmung z. B. mit einer Lage alukaschierter Steinwolle umwickelt werden. Dabei müssen auch die Stöße der Dämmung abgedichtet werden (z.B. mit Aluklebeband), um Kaminzugeffekte unter der Dämmung zu vermeiden. Alle Abgänge vom Puffer sollten mit einem Thermosyphon (Leitung geht min.100mm nach unten) versehen werden, damit sich nicht das komplette Rohrnetz durch Mikrozirkulation erhitzt und somit unnötige Pufferwärmeverluste entstehen. Weitere Informationen zum Thermosyphon. Besser noch ist es, den Puffer nach Fertigstellung komplett mit einer Leichtbauwand "einzuhausen". Über eine Tür werden dann alle Hohlräume mit Dämmmaterial gefüllt.

Übertemperatur im Sommer

Zu hohe Temperaturen schaden der Volkssolaranlage nicht, da kein Glykol durch Übertemperatur zerstört werden kann. Wenn die Temperatur im Puffer über z.B. 95 Grad steigt, schaltet der Solarregler die Solarpumpe ab, um Speicher und alle anderen Komponenten vor Übertemperatur zu schützen. Im Sammelrohr des Kollektors steigt die Temperatur schnell an und der erste Wassertropfen, der verdampft, dehnt sich um den Faktor 1500 aus. Dieser Dampf drückt das restliche Wasser aus dem Kollektor in den Puffer. Dort wird diese Wassermenge (ca. 2 Liter pro Kollektor) vom Ausdehnungsgefäß aufgenommen und bei Abkühlung der Kollektoren automatisch wieder vom Ausdehnungsgefäß in die Kollektoren zurückgedrückt. Diesen Vorgang bezeichnet als "SteamBack" Technologie. SteamBack ist in Europa bei Röhrenkollektoren mit über 50% Marktanteil und in Deutschland mit über 100.000 Systemen die marktführende Technik.

Frostschutz im Winter

Die Frostschutzfunktion wird automatisch vom Solarregler übernommen. Wenn die Temperatur am Kollektorsensor eine eingestellte Schwelle unterschreitet, startet die Solarpumpe. Die Kollektoren werden dann mit dem ca. 20°C warmem Wasser aus der in der Haushülle liegenden Solarrücklaufleitung durchflutet und somit Frostfrei gehalten. Durch die extrem gute Isolierung und den geringen Flüssigkeitsinhalt der Kollektoren (~2 Liter pro 5m² Kollektorfläche) reicht diese geringer Wärmemenge für den Frostschutz aus. Der Aufwand an Wärmeenergie sowie die erforderliche elektrische Energie für den Betrieb der Solarpumpe sind bei dieser Variante des Frostschutz sehr gering.

Die Dämmung der Solarleitung im Außenbereich sollte besonders sorgfältig durchgeführt werden und in jedem Fall mit Reinaluminiumband (im Paket enthalten) vor UV-Strahlung und Vogelfraß geschützt werden. Eine beschädigte Dämmung im Außenbereich kann zum Einfrieren und zur Beschädigung der Leitungen und Verschraubungen führen.

Frostschutz bei Stromausfall

Falls im Winter bei tiefen Minustemperaturen der Strom ausfallen sollte und die Pumpe deshalb keinen Frostschutz sicherstellen kann, öffnet das optional eingebaute Zonenventil (im Plan gelb eingezeichnet) durch Wegfallen der Spannung automatisch. Fällt die Stromzufuhr aus, weil bspw. die Sicherung ausgelöst wird, öffnet die Rückholfeder das Zonenventil und es beginnt eine gewollte Schwerkraftzirkulation. Die Schwerkraftbremse der Solarpumpe wird umgangen und das wärmere Wasser aus der Haushülle steigt in die Kollektoren. Dies stellt sicher, dass bei einem Stromausfall selbst bei Abwesenheit der Bewohner die Anlage nicht einfrieren kann.

Das 3-Wege-Zonenventil wird parallel mit der Regelung strommäßig versorgt. In die Stromversorgungsleitung sollte ein Schalter (Lichtschalter) eingebaut werden, damit das Zonenventil bei Plus-Außentemperaturen z.B. im Sommer vom Stromnetz getrennt ist. Es soll möglichst wenig elektrische Energie verschwendet werden. Wird dieses Zonenventil im Sommer vom Stromnetz getrennt, muss der Kugelhahn oberhalb vom Zonenventil geschlossen werden, um ungewollte Schwerkraftzirkulation zu vermeiden.

Achtung! Bei Ausfall (z.B. Defekt der Solar-Pumpe) ist keine Frostschutzfunktion aktiv. In diesem Fall muss das Zonenventil durch den Schalter per Hand vom Stromnetz getrennt werden, damit die Schwerkraftzirkulation entsteht.

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