Welches Solar Ausdehnungsgefäß benötige ich für meine Solaranlage ?
Das Ausdehnungsgefäß eines Kollektorkreises hat die Aufgabe, die Ausdehnung der Solarflüssigkeit bei Erwärmung aufzunehmen und auch bei Anlagenstillstand und Dampfbildung im Kollektor ein Ansprechen des Sicherheitsventils zu vermeiden.
Befindet sich die Solaranlage im Stillstand, weil z.B. der Speicher seine Maximaltemperatur erreicht hat und kein Verbrauch stattfindet, kann sich bei weiterer Sonneneinstrahlung in den Kollektoren Dampf bilden. Der Dampfraum entspricht in der Regel dem Kollektorvolumen, dem Volumen der Kollektorverbindungsleitungen sowie dem Volumen eines Teils der Steigleitungen. Um einen solchen Betriebsfall nicht zum Störfall werden zu lassen, wird im Regelwerk die Eigensicherheit der Anlage entsprechend EN 12977 gefordert.
Diese Forderung gilt u. a. dann als erfüllt, wenn das Ausdehnungsgefäß so bemessen ist, dass es sowohl die temperaturbedingte Volumenänderung der Wärmeträgerflüssigkeit als auch das Dampfvolumen aufnehmen kann und ein Ansprechen des Sicherheitsventils vermieden wird. Zur Berechnung des Ausdehnungsgefäßes muss zunächst das Anlagenvolumen (Va) bestimmt werden. Dieses ergibt sich aus der Summe der Inhalte der Kollektoren, der Rohrleitungen, des Wärmetauschers und der Armaturen. Während der Kollektorinhalt und der Inhalt des Wärmetauschers den Unterlagen des Kollektor- bzw Speicherherstellers zu entnehmen sind, kann der Inhalt der Rohrleitungen anhand der untenstehenden Tabelle ermittelt werden.
Das Ausdehnungsvolumen des Dampfes:
Vausd,Dampf ergibt sich aus dem Flüssigkeitsinhalt der Kollektoren VKoll und eines Teils der Anschlussverrohrung VRohr. Wie viel Flüssigkeit der Anschlussverrohrung mit verdampft, hängt vom Kollektortyp und der Rohrführung ab und muss vom Planer von Fall zu Fall ermittelt werden. An dieser Stelle soll nur erwähnt werden, dass in einigen Fällen – wie z.B. Dachheizzentralen mit großen Kollektorflächen und kleinen Speichern selbst im Kleinanlagenbereich eine 100-prozentige Verdampfung des Kollektorkreises nicht ausgeschlossen werden kann. Zu dieser Frage sind speziell die Herstellerunterlagen zu beachten.
Vausd,Dampf = VKoll + VRohr
Der Enddruck der Anlage pe ergibt sich aus dem Nenndruck des Sicherheitsventils abzüglich einer Arbeitsdruckdifferenz von pauschal 0,5 Bar bis zu einem Nenndruck des Sicherheitsventils-von 5 Bar. Darüber beträgt die Arbeitsdruckdifferenz pauschal 10% des Nenndruckes des Sicherheitsventils.
Ein 6-Bar-Sicherheitsventil darf also rechnerisch und in der Praxis bereits bei 5,4 Bar (6 Bar abzüglich 10% von 6 Bar) öffnen. Der Anfangsdruck der Anlage im kalten Zustand (Fülldruck) p0 ergibt sich aus dem statischen Druck zzgl. einer Wasservorlage. Der statische Druck ergibt sich aus der Höhe des Kollektors über dem Ausdehnungsgefäß in Metern, wobei 1 Meter 0,1 Bar entspricht. Die Wasservorlage dient ausschließlich dem Zweck, in der kalten Jahreszeit bei minimalem Anlagenvolumen am höchsten Punkt der Anlage einen Überdruck zu gewährleisten. Sie beträgt bei mitteleuropäischen Wintern 3% des Anlagenvolumens und muss vom Planer für größere Ausdehnungsgefäße in ein Druckäquivalent umgerechnet und zur Verfügung gestellt werden. Sie kann im Kleinanlagenbereich pauschal mit 0,5 bis 0,8 Bar angesetzt werden.
Mit dem errechneten Nennvolumen des Ausdehnungsgefäßes lässt sich dann anhand der Herstellerunterlagen ein Ausdehnungsgefäß auswählen, das mindestens die errechnete Nenngröße hat.
Der Vordruck des Ausdehnungsgefäßes muss bei der Inbetriebnahme im abgekoppelten Zustand auf den Fülldruck der Anlage angepasst werden und entspricht damit exakt dem statischen Druck. Eine Anlage auf einem 10 Meter hohen Gebäude wird also mit 1,5 bis 1,8 Bar befüllt und auch der Vordruck des Ausdehnungsgefäßes muss 1,0 Bar betragen.
Das Ausdehnungsgefäß ist so anzuordnen, dass es vor hohen Dauertemperaturen geschützt ist. Der Einbau der
Ausdehnungsgefäße muss daher unbedingt im Solarrücklauf (kalte Seite) erfolgen. Außerdem kann die Installation eines Vorschaltgefäßes erforderlich sein. Da ein Vorschaltgefäß die Aufgabe hat, Wärme aufzunehmen und an die Umgebung abzugeben, darf es grundsätzlich keine Wärmedämmung erhalten. Ein Vorschaltgefäß ist immer dann erforderlich, wenn die Kollektoren mehr Dampf erzeugen, als in den angrenzenden Rohrleitungen bis zur Solarstation wieder kondensieren kann.
Pauschal gilt: Der Einsatz von Vorschaltgefäßen zum Schutz des Ausdehnungsgefäßes ist für jede Solaranlage zu empfehlen, deren Ausdehnungsgefäße nur für Temperaturen bis 100 Grad zugelassen sind.. Besonders trifft dies aber auch zu bei Anlagen mit sehr kurzen Leitungswegen und/oder sehr geringen Leitungsquerschnitten, oder bei großen Kollektorflächen bzw. Kollektoren mit großem Inhalt)
Ein Vorschaltgefäß von 5 Litern ist in der Regel bei Anlagen unter 20 Quadratmeter Kollektorfläche ausreichend.
Tabelle des Leitungsvolumens / Gängige Rohrabmessungen und Leitungsvolumen ergibt Liter/m
Außendurchmesser 12mm x 0,7mm ergibt 0,088 l proMeter
Außendurchmesser 15mm x 0,8mm ergibt 0,141 l proMeter
Außendurchmesser 15mm x 1,0mm ergibt 0,131 l proMeter
Außendurchmesser 18mm x 1,0mm ergibt 0,201 l proMeter
Außendurchmesser 22mm x 1,0mm ergibt 0,314 l proMeter
Außendurchmesser 28mm x 1,0mm ergibt 0,531 l proMeter
Was ist bei der Auswahl eines Solargefäßes zu beachten ?
Prinzipiell kann ein Solargefäß immer nur zu klein nie zu groß sein.
Die maximale Temperaturbeständigkeit der Membrane sollte so hoch wie möglich sein. Einfache Heizungs Ausdehnungsgefäße sind nicht geeignet.
Wenn der angegebene Arbeitsdruck des Ausdehnungsgefäßes hoch ist, deutet dies auf eine dicke Wandung des Kessels und auf eine stabilere Membrane hin,die einer Belastung voraussichtlich sehr viel länger standhält als eine dünne Wandung mit dünner Membrane und einem niedrigen erlaubten Höchstdruck.
Es gibt zwei Hauptbauformen der Solar Ausdehnungsgefäße.
Bei der einfachen Version ist die EPDM / BUTYL Mebrane mittig im Gefäß zwischen den beiden Kesselhalbschalen eingeklemmt.. Auf der einen Seite der Membrane befindet sich die Luft/Stickstoff und auf der anderen Seite die Solarflüssigkeit. Die Membrane kann nicht ausgetauscht werden. Diese Bautypen erkannt man optisch am Mittelwulst und am fehlenden Montage- Flansch.
Vorteil dieser Bauform:
Einfache und preiswerte Bauweise mit wenig EDPM Material für die Membrane und eingespartem Flansch.
Bei der zweiten Version befindet sich die Solarflüssigkeit komplett in der Membrane und die Luft/Stickstoff im Metallgehäuse.
Vorteil dieser Bauform:
- Die Solarflüssigkeit kommt nicht mit der Metallwand in Kontakt und somit kann das Gehäuse nicht korrodieren.
- Die Mebrane ist auswechselbar und somit erhöht sich die Lebensdauer des Ausdehnungsgefäßes.
Sehr gute Ausdehnungsgefäße ab ca. 100 Liter haben ein eingebautes Manometer wo der Vordruck jeder Zeit abgelesen werden kann.
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