Sicherheitstechnische Ausrüstung; Stagnation In Solaranlagen - Viessmann VITOSOL 100-FM Planungsanleitung

Planungs- und Betriebshinweise
13.11 Sicherheitstechnische Ausrüstung

Stagnation in Solaranlagen

Alle sicherheitstechnischen Einrichtungen einer Solaranlage müssen
auf den Stagnationsfall ausgelegt sein. Falls bei Einstrahlung auf
das Kollektorfeld eine Wärmeabnahme im System nicht mehr mög-
lich ist, wird die Solarkreispumpe ausgeschaltet und die Solaranlage
geht in Stagnation. Auch länger andauernde Anlagenstillstände,
z. B. durch Defekte oder Fehlbedienung, können nie ausgeschlos-
sen werden. Das führt zu einem Anstieg der Temperatur bis auf die
Kollektormaximaltemperatur. Dabei sind Energiegewinn und -verlust
gleich.
Anforderungen:
■ Die Solaranlage darf durch Stagnation keinen Schaden nehmen.
■ Die Solaranlage darf während der Stagnation keine Gefährdung
darstellen.
■ Die Solaranlage muss nach Beenden der Stagnation wieder
selbsttätig in Betrieb gehen.
■ Kollektoren und Rohrleitungen müssen für die im Stagnationsfall
zu erwartenden Temperaturen ausgelegt sein.
Druck in Solaranlagen bei Vitosol-FM und Vitosol 300-TM
Der eingestellte Druck bei schaltenden Kollektoren verhindert die Bil-
dung von Dampf und in Extremfällen die Ausbreitung in der Solaran-
lage. Auf Schutzeinrichtungen der Ausdehnungsgefäße (Stagnati-
onskühler oder Vorschaltgefäß) kann verzichtet werden. Berechnung
des erforderlichen Drucks siehe Seite 136. Falls der Druck zu nied-
rig eingestellt ist kann eine geringe Menge Dampf entstehen, der
normalerweise in den Kollektoren verbleibt und nicht in die Anlage
gedrückt wird. Schaltende Kollektoren können daher in Anlagen ein-
gesetzt werden, in denen das Kollektorfeld unterhalb des Speicher-
Wassererwärmers sitzt.
Druck in Solaranlagen bei Vitosol-F und Vitosol 200-TM
Der eingestellte Druck stellt ein kontrolliertes Verdampfen des Wär-
meträgermediums sicher. Je nach Kollektortyp/-hydraulik oder
Anschlussvariante der Kollektoren besitzt der Kollektor eine höhere
oder niedrigere Dampfproduktionsleistung DPL. Dies hat Auswirkun-
gen auf die Wahl und Position verschiedener technischer Kompo-
nenten in der Solaranlage. In herkömmlichen Solaranlagen, in denen
sich der entstehende Dampf bis zum Ausdehnungsgefäß ausbreiten
kann, sind zum Schutz der Membrane ein Stagnationskühler oder
Vorschaltgefäß installiert.
Kollektorfeld nicht unterhalb des Speicher-Wassererwärmers positio-
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nieren. Andernfalls kann der bei Anlagenstillstand entstehende
Dampf unkontrolliert in Richtung Speicher-Wassererwärmer aufstei-
gen. Im Speicher-Wassererwärmer wird die Wärme abgegeben, der
Dampf kondensiert und fließt zurück in Richtung Kollektoren. Ein
unkontrollierbarer Anlagenzustand entsteht.
Dampfproduktionsleistung, Druckhaltung und Sicherheitsein-
richtungen
In den Kollektoren werden Temperaturen erreicht, die den Siede-
punkt des Wärmeträgermediums überschreiten. Aus diesem Grund
müssen Solaranlagen entsprechend den einschlägigen Regeln
eigensicher ausgeführt werden.
Bezüglich des Stagnationsverhaltens ist, außer bei schaltenden Kol-
lektoren Vitosol-FM und Vitosol 300-TM, ein niedriger Anlagendruck
vorteilhaft: 1 bar/0,1 MPa (bei Befüllung und einer Temperatur des
Wärmeträgermediums von ca. 20 °C) am Kollektor ist ausreichend.
Eine entscheidende Größe bei der Planung von Druckhaltung und
Sicherheitseinrichtungen ist die Dampfproduktionsleistung (DPL).
Diese gibt die Leistung des Kollektorfelds an, die bei Stagnation in
Form von Dampf an die Rohrleitungen abgegeben wird. Die maxi-
male Dampfproduktionsleistung wird vom Entleerungsverhalten der
Kollektoren und des Felds beeinflusst. Je nach Kollektortyp und hyd-
raulischer Einbindung ist mit unterschiedlichen Dampfproduktions-
leistungen zu rechnen (siehe folgende Abbildung).
VIESMANN
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(Fortsetzung)
A
A Flachkollektor ohne Flüssigkeitssack
DPL = 60 W/m
B Flachkollektor mit Flüssigkeitssack
DPL = 100 W/m
Hinweis
Dampfproduktionsleistung
■ Vitosol 300-TM: 0 W/m
■ Vitosol 200-TM: 60 W/m
Die im Stagnationsbetrieb unter Dampf stehende Rohrleitungslänge
(Dampfreichweite) wird aus dem Gleichgewicht zwischen Dampfpro-
duktionsleistung des Kollektorfelds und den Wärmeverlusten der
Rohrleitung berechnet. Für die Verlustleistung einer mit handelsüb-
lichem Material zu 100 % gedämmten Solarkreisverrohrung aus
Kupferrohr werden folgende Praxiswerte angenommen:
Abmessung
12 x 1/15 x 1/18 x 1
22 x 1/28 x 1,5
■ Dampfreichweite kleiner als die Rohrleitungslängen im Solarkreis
(Vor- und Rücklauf) zwischen Kollektor und Ausdehnungsgefäß:
Der Dampf kann im Stagnationsfall das Ausdehnungsgefäß nicht
erreichen. Für die Auslegung des Ausdehnungsgefäßes muss das
verdrängte Volumen (Kollektorfeld und dampfgefüllte Rohrleitung)
berücksichtigt werden.
■ Dampfreichweite größer als die Rohrleitungslängen im Solarkreis
(Vor- und Rücklauf) zwischen Kollektor und Ausdehnungsgefäß:
Einplanung einer Kühlstrecke (Kühlkörper) zum Schutz der Memb-
ran des Ausdehnungsgefäßes vor thermischer Überlastung (siehe
folgende Abbildungen). In dieser Kühlstrecke kondensiert der
Dampf wieder und bringt das so verflüssigte Wärmeträgermedium
auf eine Temperatur unter 70 °C.
B
2
2
2
2
Wärmeverlust in W/m
25
30
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