Brauchwasserdurchflossener Wärmetauscher

Zusammenfassung der Gründe des Einsatzes

Im Gegensatz zu den Beispielen der Firma Klöckner im vorigen Kapitel kam es dem Verfasser nicht so sehr auf die Wirtschaftlichkeit als vielmehr auf die Nutzungsdauer ohne Zusatzheizung an. Das führt als erstes zur Wahl eines relativ großen Speichers. Der Platz reichte nur für 1200 Liter, aber auch das bedeutet für einen anspruchslosen 1-Personen- Haushalt, dass das Speicherwasser nur alle 2 Monate ausgetauscht wird. Da kann man wohl nicht mehr von Trinkwasser reden (siehe Gesundheitsrisiko).

Zwischen Boiler und Brauchwasser ist hier also ein Wärmetauscher unverzichtbar. Da lag es nahe, dafür den Wärmetauscher zwischen Kollektor und Boiler einzusparen. Das hat eine Erhöhung des Kollektorwirkungsgrades zur Folge, weil er von nicht ganz so heißem Wasser durchflossen wird. Wenn man auf die Kosten keine Rücksicht nimmt und reichlich Platz hat, läßt sich natürlich auch ein Eingangswärmetauscher so groß dimensionieren, dass nur eine minimale Temperaturdifferenz (1-2 Grad) übrigbleibt.

Dimensionierungsrichtlinien

Die meisten handelsüblichen Boiler mit Rohrwärmetauscher sind so dimensioniert, dass die Wassermenge in einer Viertelstunde von 10 grdC. auf 45 grdC. erwärmt werden kann, wenn durch die Rohrwendel Kesselwasser von 70 grdC. gepumpt wird. Ist ein solcher Wärmetauscher auch in umgekehrter Richtung tauglich? Zuerst wird längeres Duschen betrachtet: Es sei ein mäßiger Durchfluss von 300 L/h angenommen, der von 10 grdC. auf 35 grdC. zu erwärmen ist. Das erfordert 7500 kcal/h oder 8,7 kW.

Aus den Kennwerten eines Boilers mit Wärmetauscher kann man entnehmen oder errechnen, wie groß die Temperaturdifferenz pro Wärmefluß ist. Dieser Wert gilt allerdings nur für die angegebenen Temperaturen. Weiter im obigen Beispiel: Der Verfasser hat einen 200-L- Boiler mit einem Wärmetauscher, der nach Oberflächenberechnung und Katalogangaben gerade auf 1 Grad pro kW kommt. Die Minimaltemperatur des Boilerwassers muss
35 grdC. + 8,7 Grad = 43,7 grdC.
betragen, um den Durchfluss wie gefordert erwärmen zu können.

Die Kurve der Temperaturdifferenz über dem Wärmefluss (in kW) ist stark nichtlinear. Der Wert von 1 Grad pro kW des obigen Beispiels gilt für 50 Grad Differenz und wahrscheinlich auch noch für 20 Grad. Darunter muss man aber Zuschläge machen, weil bei geringer Temperaturdifferenz im Boiler kaum Konvektion stattfindet, und die reine Wärmeleitung wesentlich schlechter ist. Statt der oben angenommenen ca. 9 Grad muss vorsichtshalber 11 Grad eingesetzt werden.

Würde man diesen Wärmetauscher bei 1 kW im Solarkreislauf einsetzen, würde sich nicht eine Temperaturdifferenz von 1 Grad, sondern von 4 bis 6 Grad einstellen. Dort müsste man daher einen wesentlich größeren Typ spendieren.

Schlechter als beim Duschen kommt man in diesem Beispiel beim Füllen einer Badewanne weg: 100 L in 10 Minuten. Und am Anfang, um die Wanne zu erwärmen, mindestens 45 grdC.. Das führt zu einem etwa dreimal so großen Wärmefluss, und somit zu einer Temperaturdifferenz von ca. 27 Grad. Die Mindesttemperatur für den Boiler: 45 + 27 = 72 grdC.

Installationen auf der Brauchwasserseite

Wie im vorigen Kapitel gezeigt, braucht man relativ große Wärmetauscher, wenn man nicht auf Komfort verzichten will. Die Abmessungen bereiten keine Probleme, weil man ja sowieso einen größeren Boiler anstrebt, um die ungleichmäßig anfallende Solarwärme besser puffern zu können.

Berücksichtigen muss man aber die Wassermenge, die in die Rohrwendel passt. Diese Menge kommt fast mit Boilertemperatur aus dem Hahn, wenn längere Zeit nicht gezapft wurde. Danach sinkt die Temperatur schlagartig auf den Wert ab, der von der Wassermenge pro Zeiteinheit und dem Wärmeübergangswiderstand abhängt.

Bei einer Anlage mit nur einem Boiler können im Sommer so hohe Temperaturen vorkommen, dass; man Vorkehrungen gegen Verbrühung treffen muss. Dazu schaltet man zwischen Wärmetauscherausgang und Verbraucher ein termostatgeregeltes Mischventil, das Kaltwasser zumischt. Leider ist dieses so träge, dass es den plötzlichen Temperatursprung nach Verbrauch des Rohrwendelinhalts nicht gleich ausregeln kann.

Eignung verschiedener Ausführungsformen

Emaillierte Boiler haben meistens Wärmetauscher, die auf der Außenseite emailliert sind, aber innen keine Veredelung haben, weil sie üblicherweise vom Kesselwasser der Zentralheizung durchflossen werden. Ähnlich ist es bei anderen Materialkombinationen. Allein Edelstahlwärmetauscher weisen auch innen garantierte Trinkwasserqualität auf.

Verwendet man einen selbstgebauten Boiler oder zweckentfremdete Behälter, kommen separat erhältliche Edelstahl- Wärmetauscher in Frage, oder ein Eigenbau aus großen Kupferrohren. Diese lassen sich allerdings nicht biegen. Man kann es mit drei parallelen dünnen Rohren versuchen.

Die mechanische Ausführung ist für diesen Anwendungsfall zweitrangig. Wegen des Wasserdruckes sind die Nachteile einer liegenden Wendel weniger kritisch: Luft, die sich oben in den Windungen sammelt, und Festkörper, die sich unten ablagern, können herausgespült werden. AKTUALISIERUNG 2.6.93: Das Herausspülen funktioniert nicht zuverlässig. Stehende Wendel verwenden!