Solarkreisleitung unterdimensioniert

[alpenland]

Sehr geehrte Damen und Herren,

Nachdem ich mich zuvor viele Monate mit Heizungen und Solaranlagen auseinandergesetzt hatte,

habe ich mir im letzten Jahr von einem Viessmann Partner die alte Ölheizung durch einen Gasbrennwertkessel Vitodens 300W plus Solaranlage zur Heizungsunterstützung ersetzen lassen.

Die Solaranlage hat 3 Röhrenkollektoren Vitosol 300-T SP3B (insgesamt 9m2 Kollektorfläche) und belädt (aufgrund der Kellerhöhe von 1,98m) einen 300Liter Warmwasserspeicher Vitocell 100-CUVA (Solar Divicon) und einen 750Liter Heizwasserpufferspeicher Vitocell 100-E. Für jeden Speicher gibt es eine eigenständige Solarkreispumpe (Pumpenstrang P10) wobei der Heizwasserpufferspeicher über einen Solarkreis-Plattenwärmetauscher (habe leider keine bezeichnung gefunden) und eine Umwwälzpumpe beladen wird. Gesteuert wird die Anlage von einer Vitosolic 200 (SD4).

Leider hat der Fachbetrieb nur ein Solar-Edelstahlwellrohr mit DN16 (ca. 12 Meter) eingebaut, obwohl ich extra bei Auftragsvergabe darauf hingewiesen habe, dass die Leitung groß genug dimensioniert werden.

Bei 100% Pumpenansteuerung ergibt sich in beiden Kreisen nun ein Durchfluss von nur ca. 7 Liter/Minute (ich gehe davon aus, dass beim Pumpenstrang P10 der Druchflussmesser am unteren Ende des Rings in der Mitte abgelesen wird).

In den Technischen Unterlagen zu den Kollektoren habe ich jedoch gelesen, dass der Durchfluss bei dieser Kollektorfläche bei 9-12 Liter/Minute liegen sollte. Für diesen Durchfluss sollte man gemäß Planungshandbuch Solarthermie selbst bei Cu-Rohr mit geringerem Widerstand eigentlich DN20 verwenden. Außerdem ist entgegen der Montageanleitung am Kollektor der Vorlauf unten und der Rücklauf oben montiert. Der Heizungsbauer meint, beides hätte keinerlei negative Auswirkungen.

Meine Frage: Gibt es wirklich keine Nachteile? Ich erwarte einen höheren Strombedarf (größerer Durchflusswiderstand=>mehr Pumpenleistung sowie eine geringere Lebensdauer durch höhere thermische Belastung aller Komponenten [um die Wärmemenge vom Dach zu transportieren ist physikalisch gesehen bei gleichem Durchfluss eine höhere Spreizung und damit höhere Vorlauftemperatur nötig(?)]). Während sich der erhöhte Strombedarf in der Praxis ev. nicht so gravierend ist, frage ich mich, wer mir garantiert, dass die Lebensdauer der restlichen Komponenten nicht reduziert? Die Ursache dürfte nach z.B. 5 Jahren schwer nachzuweisen sein.

Ich habe aufgrund meiner beruflichen Erfahrungen im Industrieanlagenbau extra mehr Geld für hochwertige und langlebige Komponenten ausgegeben, es wäre schade, wenn ich dies bereuen würde.

Vielen Dank für Ihre Mühe!

Mit freundlichen Grüßen

GP

[Franky]

Man kann es nicht so pauschal beantworten, was am Ende besser ist. Solaranlagen werden relativ grob in zwei Verfahren eingeteilt: High Flow und Low Flow. Bei einer High Flow-Anlage gibts eine relativ hohe Fliessgeschwindigjkeit, was dazu führt, dass die Solarflüssigkeit verhältnismässig schnell durch den Kollektor gepumpt wird und somit weniger Wärme aufnimmt. Je nachdem, wie die Wärmeübergabe am Pufferspeicher erfolgt, kann das gut oder eher ineffektiv sein. Die Pumpe braucht hier natürlich mehr Energie, Dieser nachteil konnte aber durch immer bessere Pumpen so gut wie egalisiert werden.
Eine Low Flow-Anlage hat eine ziemlich geringe Fliessgeschwindigkeit. Die Solarflüssigkeit verleibt länger im Kollektor und kann dadurch sehr viel Wärme aufnehmen. Dieses Verfahren bietet sich an, wenn die Kollektoren vielleicht nicht den idealen Neigungswinkel bzw. Stellrichtung (Süden/südwesten) aufweisen.
Sicherlich ist die Thermische Belastung insbesondere beim Low Flow nicht zu unterschätzen. Allerdings sind die Komponenten für sehr hohe temperaturen ausgelegt. Es sollte hier also kaum einen Unterschied machen.
Ob der Vorlauf nun unten oder oben montiert wird, ist bei einer Solaranlage eher als nebensächlich zu betrachten. Das Konvektionsprinzip fällt hier nicht ins Gewicht, da die Leitungen eh in Serpentinen-(Horizontaler Aufbau) oder aber auch in einer Berg-und Tal-lage(VertikalBau) verlaufen.
Nun wäre die Frage, ob deine Solaranlage eher optimal ausgerichtet ist oder ob hier nicht vielleicht ein paar Nachteile durch die relativ geringe Durchflussgeschwindigkeit kompensiert werden sollen ?

[alpenland]

Hallo Franky,

vielen Dank für die ausführliche Antwort! Bei der konkreten Anlage handelt es sich genau genommen um eine Matched Flow Anlage, weil die beiden Solarkreispumpen drehzahlgeregelt sind. Die Kollektoren haben eine eher westliche Ausrichtung, die einzelnen Röhren wurden aber nach Süden angestellt. Außerdem ist die Kollektorfläche eigentlich zu viel groß ausgelegt, weshalb in der Regel zuviel Solarenergie zur Verfügung stehen wird (womit LowFlow kaum benötigt wird). Mein Problem ist, dass ein echter HighFlow-Betrieb hydraulisch nicht möglich ist, d.h. ich die bei etwas stärkerer Sonneneinstrahlung die Energie nicht vom Dach in den Keller bekomme. Nach meinen Recherchen verbessert sich die Gesamtenergieausbeute durch eine möglichst geringe Vorlauftemperatur (weniger Verluste am Solarkreis); durch die eingesetzten Hocheffizienzpumpen wird bei korrekter Auslegung der zusätzlich aufgewendete Strom für die höhere Pumpenleistung mehr als ausgeglichen, wie du auch schon schreibst.
Klar sind die Komponenten auch für die höheren Temperaturen ausgelegt, dennoch denke ich, dass gerade Solarflüssigkeit, Dichtungen, Dämmung und Pumpen (hier kommt noch die höhere mechanische Belastung dazu) dadurch schneller altern.

DIe Röhrenkollektoren (SP3B) arbeiten nach dem Heatpipe-Prinzip und damit doch durch Konvektion, das heißt auch, dass rein theoretisch die Oberseite des Wärmetauschers (im Sammler des Kollektors) wärmer ist als die Unterseite. Wie weit sich Ober- und Unterseite des Sammlers unterscheiden, weiß ich natürlich nicht aber ich denke mir, dass Viessmann sich bei der Montageanleitung etwas gedacht hat. Regelungstechnisch ist es in jedem Fall sehr ungünstig, weil der Kollektorfüher da sitzt, wo der kalte Rücklauf zum Kollektor kommt. Ich stelle schon jetzt fest, dass die an der Steuerung angezeigte Temperatur durchaus 15° bis 25° geringer ist als die Temperatur der Vorlaufleitung. D.h. die Regelung reduziert die Drehzahl viel zu früh. Während die schlechte Regelung definitiv den Wirkungsgrad der Gesamtanlage reduziert, kann ich das bei den vertauschten VL/RL Anschlüssen nicht beurteilen (Unterschied zwischen Theorie und Praxis 🙂 ).


Viel Text, meine hauptsächliche Frage bleibt: Welche Konsequenzen hat es langfristig, wenn die von Viessmann empfohlene Durchflussmenge nicht erreicht wird? Die unnötigerweise höhere Pumpenleistung durch die geringere Nennweite (Effekt bei High-Flow größer) dürfte unbestritten sein? Der Rohrleitungsverlust unterscheidet sich laut Tabellen zumindest deutlich. Bei 100% sind es immer noch ca. 40W, wenn man mit der halben Leistung auskommen würde, macht sich das bei den Laufzeiten durchaus bemerkbar.

Gruß,

Georg

[Hansi_Buentgens · Accepted solution]

Hallo alpenland,

nach eingehender Prüfung der Daten, bin ich zu dem Ergebnis gekommen, dass die Anlage nicht unterdimensionert ist. Wir geben einen Mindestvolumenstrom von 25 l/(h*m²) vor. Das ergibt bei 9 m² Kollektorfläche einen Mindestvolumenstrom von 225 l/h, sprich 3,75 l/min. Da es sich um den Mindestvolumenstrom handelt, haben wir nach oben noch Luft. Wir empfehlen Strömungsgeschwindigkeiten zwischen 0,4 und 0,7 m/s nach VDI 6002-1. Dies lässt sich bei einer DN16 Rohrleitung mit einem Volumenstrom von 300 - 500 l/h (5 - 8,33 l/min) realisieren.

Bei 9-12 l/min wird die empfohlene maximale Durchflussgeschwindigkeit von 0,7 m/s überschritten.

Den Ausführungen von @Franky kann ich nur zustimmen.

Es hängt stark von den Gegebenheiten vor Ort ab, für welche Betriebsweise man sich entscheidet und dies muss dein Heizungsfachbetrieb beurteilen.

Eine kleine Anmerkung zu den Betriebsweisen:

• Low-Flow: Betrieb mit Volumenströmen bis zu 30 l/(h*m²)
• High-Flow: Betrieb mit Volumenströmen ab 30 l/(h*m²)

Es gibt auch noch den Match-flow-Betrieb mit variablen Volumeströmen. Mit Viessmann-Kollektoren sind alle Betriebsweisen möglich.

Beste Grüße °jo

[Franky]

Ich bin grade etwas verwundert. Sitzt der Kollektorfühler tatsächlich am Rücklauf ? Das ist für mich eher widersinnig.