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Unser Top-Tipp
Das Energy Management System
(EMS)
Kein Öl, kein Gas -
nur die optimale Verwertung von Solarenergie.
Das EnergyManagementSystem (EMS) ermöglicht solares Heizen und Kühlen
365 Tage im Jahr.
Das EMS verbindet Solarkollektoren, Wärmepumpe und Speichertechnik
zu einer faszinierenden Gesamtlösung.
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Kalkschutz:
Ein Solarthema
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Verkalkt der Solarwärmetauscher, geht der Wirkungsgrad in die Knie. Abhilfe schaffen Kalkschutzgeräte, die der Handwerker beim Bau der Solaranlage gleich mit anbieten sollte. Dr. Dietmar Ende, Leiter Forschung und Entwicklung bei Perma-Trade, und Werner Räder, Entwicklungsingenieur bei Perma-Trade, sind Verfasser des Beitrages.
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Während der Kollektortyp auf jeden Fall und das Speicherkonzept vielleicht noch im Fokus des Kunden liegen, bleiben Ubertragungsverluste im Warmwassersolarspeicher meistens völlig unberücksichtigt. Doch bereits dünne Beläge (auch Biofilme) auf den Wärmetauscherelementen sorgen für deutliche Verluste beim Wärmeübergang. In Bild 2 ist der prozentuale Rückgang des Wärmeü bertrag u ngs-Koeffizienten durch unterschiedliche Ablagerungen gezeigt. Beim Erwärmen von Trinkwasser bestehen die Inkrustationen auf den Heizelementen hauptsächlich aus Kalk (CaC03). Bei stark sulfathaltigen Wässern, wie zum Beispiel im Würzburger Raum, finden sich auch Gipsanteile (CaSOJ.
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Wie aus Bild 2 zu entnehmen ist, geht bei einer nur 1 mm starken Kalkablagerung die Effizienz der Wärmeübertragung bereits um zehn Prozent zurück. Bei dickeren Belägen mit geringen Gipsanteilen werden schnell Ubertragungsverluste von 40 Prozent und mehr erreicht. Gar nicht selten kommt es vor, dass das Wärmetauscherelement nach längerer Betriebszeit tief im Kalkschlamm steckt und so nebenbei ein regelrechter Brutreaktor für Bakterien entsteht
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Kalk kostet viel Energie
Für die Praxis bedeutet das eine wesentlich höhere Pumpenlaufzeit bis zum Erreichen der Zieltemperatur, da weniger Wärme pro Zeiteinheit übertragen wird. Noch störender ist aber, dass bei kurzer Sonnenscheindauer oder in den Monaten Mai und September das Wasser sich kaum noch über 50°C erwärmt. Der Heizkessel springt deshalb für die Nacherwärmung des Brauchwassers immer häufiger an.
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Bild 1: Solaranlage mit einem Kalkschutzgerät
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Ursachen der Belagbildung
Wird kalkhaltiges Wasser erwärmt, so nimmt mit steigender Temperatur die Konzentration an Kohlensäure ab. Das so genannte KalkKohlensäure-Gleichgewicht verschiebt sich von der Seite des löslichen Kalks (Calciumhydrogencarbonat) auf die Seite des schwerlöslichen Kalks (Calciumcarbonat). Die Wassertemperatur, oder präziser die Oberflächentemperatur, gilt als Hauptfaktor für die Menge der gebildeten Beläge. Wasserzusammensetzung und Material spielen eine vergleichsweise geringe Rolle. Abbildung 3 zeigt die Zunahme der aufgewachsenen Menge an Calciumcarbonat mit steigender Temperatur. Man erkennt deutlich, wie ab 50°C die Belegung der Oberfläche drastisch zunimmt. Das Calciumcarbonat verwächst dabei in Form von Aragonit zu einer dichten Kruste. Bei 80 oe. wie in einem Solarspeicher nicht unüblich, bildet sich im Vergleich zur Temperaturbegrenzung auf 50°C im gleichen Zeitraum die sechsfache Menge an aufgewachsenem Calciumcarbonat. Der Boiler verkalkt also beim Betrieb mit einer Solaranlage mit der mehrfachen Geschwindigkeit.
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Bild 2: Prozentuale Verringerung des Wärmeübertragungs-Koeffizienten
in Abhängigkeit von der Belagstärke.
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Bild 3:
Kalkbelagbildung in Abhängigkeit von der Oberflächentemperatur.
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Möglichkeiten des Kalkschutzes
Um den Solarspeicher ab dem Härtebereich 2 vor dem Verkalken zu schützen, bieten sich hauptsächlich physikalische Wasserbehandlungsgeräte (PWG) an. Die Dosierung von Polyphosphaten ist wegen deren stark zunehmender Hydrolysegeschwindigkeit bei Temperaturen oberhalb von 60 °C nicht so recht geeignet. Mit Enthärtungsanlagen erkauft man sich die Problemlösung im laufenden Betrieb relativ teuer und wenig umweltfreundlich, zudem darf das Wasser nach der TVO sowieso nur bis 8 °d enthärtet werden und eine Belagbildung bleibt somit nicht aus. Klassische physikalische Wasserbehandlungsgeräte wirken auf die Wasserstruktur ein und bewirken neben einem veränderten Kristallisationsverhalten des Kalks auch dessen verzögerte Ausscheidung. Bei Wärmetausehern vergrößern sich die Wartungsintervalle deutlich, wenn das Wasser für die Behandlung geeignet ist. Bei dauermagnetischen Behandlungsgeräten funktioniert dies stromlos und absolut wartungsfrei.
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Kristallkeimbildner sind am effektivsten
Noch effizienter und auch für die hohen Heizflächenbelastungen an Elektroheizstäben einsetzbar sind die Wasserbehandlungsgeräte der neuen Generation mit erfolgreicher W512-Prüfung oderDVGW-Zeichen, Diese Kristallkeimbildungsmaschinen bilden aus den Wasserinhaltsstoffen selbst eine sehr große Zahl von Kristallkeimbildungszentren. Diese sind in der Lage, das Kalkabscheidepotenzial schnell abzubauen. Die wirksame Oberfläche aller Kristallisationspunkte muss die Fläche der Heizelemente in hohem Maße übersteigen, damit -statistisch gesehen -die Wahrscheinlichkeit für die Ablagerung der Calciumcarbonatmoleküle auf der Heizoberfläche gegen Null geht. Am Markt bieten zur Zeit die Hersteller Biocat, BWT, Honeywell, Judo, OC, PermaTrade, Sterff und Syr entsprechende Geräte an, Das Prinzip der Biomineralisation (Biocat, HoneyweIl, OC) erscheint zum Kalkschutz im geschichteten Solarspeicher aber nur bedingt geeignet, da diese Geräte zwingend in die Zirkulationsleitung eingebaut werden müssen. Die anderen Geräte werden entweder in die Hauptleitung oder nur in den Kaltwasserzulauf des Solarspeichers eingebaut
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Bild 5: Lecker, lecker, was sich so alles in einem Speicher ansammeln kann. Foto: Schmid Energiesysterne, Waldstetten
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Fazit
Soll in einem Gebiet mit mittel hartem Wasser (Härte über 10 Cd) ein Solarspeicher dauerhaft und effizient betrieben werden, so kommt der Kunde an einer Wasserbehandlungsanlage zur Kalksteinverminderung eigentlich nicht vorbei, Mit dauermagnetischen PWG kann stromlos und wartungsfrei die Standzeit des Solarspeichers merklich erhöht werden. Chemiefreie Behandlungsgeräte mit erfolgreicher W512-Prüfung ermöglichen sogar einen langjährig effizienten Betrieb der Solaranlage in einem Hartwassergebiet -ohne wirksamkeitsmindernde Belagbildung auf den Heizelementen, wenn das Gerät nicht im oberen Durchsatzbereich betrieben wird.
Mit der richtigen Wasserbehandlung kann der Installateur die Freude des Kunden an der solaren Brauchwassererwärmung dauerhaft erhalten .
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Bild 4: Bildung von Ablagerungen auf Wärmetauschern mit und ohne Kalkschutzgeräte, zum Beispiel von Perma-Trade.
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Energiequelle Sonne
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für Warmwasserbereitung bzw Raumheizung die fehlende Wärme durch herkömmliche Wärmeerzeuger abgedeckt.
Anlagengröße
Bei einem mittleren Warmwasserverbrauch von 40 I je Person und Tag und einem Deckungsgrad von 60 % werden ca. 1,5 qm Flachkollektor oder 1 qm Röhrenkollektor benötigt. Das Volumen des Warmwasserspeichers sollte bei ca. 80 Itr/Person liegen, damit auch an sonnenarmen Tagen genügend Warmwasser zur Verfügung steht.
Bei heizungsunterstützenden Anlagen benötigt man je qm Kollektorfläche zwischen 80 und 100 I Puffervolumen und mindestens 10 qm Kollektorfläche pro Anlage.
Alles über Solarthermie und die baulichen Voraussetzungen.
Jedes Dach mit einer Ausrichtung zwischen Südosten und Südwesten sowie einer Neigung von 20 bis 60° ist solartechnisch gut nutzbar. Voraussetzung ist, dass die Dachstatik die zusätzliche Belastung aufnehmen kann.
Die Windlast der Solarkollektoren spielt oft eine größere Rolle als deren Gewicht.
Die Fläche sollte beschattungsfrei sein.
Es muss Platz für einen Wärmespeicher vorhanden sein, der die geerntete Sonnenenergie aufnehmen kann.
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