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Zuerst war eine Anlage mit einem einzigen großen Boiler und Wärmetauscher geplant gewesen. Es war dann aber günstiger, den Wärmetauscher mit einem zweiten, kleineren Boiler zu kombinieren. Es ergab sich eine Anlage gemäß Bild 6 (am Ende dieses Absatzes), jedoch ohne den Wärmetauscher im großen Boiler B1. Im Ruhezustand ist der Kollektorkreislauf leer, und der Boiler B1 fast voll. Er dient als Ausgleichsgefäß. Das Füllen und die Steuerung des Zweiwegeventils wurden bei Steuerung und Betrieb des offenen Systems mit 2 Boilern beschrieben. Während das Aufladen der Wärmespeicher wie bei einem echten 2-Boiler-System gesteuert werden kann, müssen bei der Nutzung der gespeicherten Wärme wegen des fehlenden zweiten Wärmetauschers andere Regeln gelten. Angenommen, der kleine Boiler B2 ist durch starken Brauchwasserbedarf soweit abgekühlt worden, dass er kälter als B1 ist. Wenn es dann am nächsten Tag keine Sonne gibt, möchte man ihn doch wenigstens auf die Temperatur von B1 bringen. Wenn sich das obere Verbindungsrohr von B2 nach B1 unterhalb des Wasserspiegels befindet, was aus unten erkärten Gründen aber ungünstg ist, braucht man das Zweiwegeventil nur über Nacht in Mittelstellung zu bringen. Es bildet sich ein Schwerkraftumlauf, indem kaltes Wasser in umgekehrter Richtung von B2 über das Zweiwegeventil nach B1 fließt, bis sich die Temperaturen angeglichen haben. Schneller geht es, wenn man während des Pumpbetriebs das Zweiwegeventil in Mittelstellung bringt. Hat das Zweiwegeventil keine Mittelstellung, muss man es hin und herschalten. Die Schaltabstände wählt man gleich der Durchlaufzeit: Wenn das warme Wasser von B1 durch das Rücklaufrohr zum Verzweigungspunkt kommt, wird auf B2 umgeschaltet, bis das dann gepumpte kalte Wasser von B2 zum Verzweigungspunkt kommt. Es wurde nach einer Lösung gesucht, die eine weniger aufwendige Steuerung erfordert. Als weitere Aufgabe war die Durchmischung des großen Boilers zu verbessern. Er sollte nicht nur oben, sondern von unten bis oben gleichmäßig auf hohe Temperatur kommen. |
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Verzweigung des Kollektorrücklaufs
Bevor an die Lösung des zuvor genannten Problems zu denken war, gab es wichtigere Mängel zu beseitigen. Wenn der Kreislauf auf den großen Boiler geschaltet war, gab es laute Plätschergeräusche. Plätschern und Gluckern setzt die Anwesenheit von Luft voraus. Die allgemein vorgeschlagenen Lösungen mit Verzweigungspunkt und Verbindungsrohr unter der Wasseroberfläche sind lautlos. Deshalb wurde zuerst damit experimentiert. Mit katastrophalem Ergebnis: Wenn der große Boiler auf Zimmertemperatur, und der kleine auf über 50 Grad erwärmt war, konnte der kleine über Nacht auf 35 Grad abgekühlt sein.
Zuerst wurde ein Fehler im Zweiwegeventil vermutet. Eine Verbesserung desselben änderte aber nichts. Der Temperaturausgleich musste also über die obere Verbindung stattfinden. Mit Wärmeleitung allein war es nicht zu erklären, dazu ist der verwendete Kunststoffschlauch zu lang.
Es ist schwer vorstellbar, dass durch einen Schlauch mit 20 mm Innendurchmesser ein Schwerkraftumlauf zustandekommen kann, bei dem in der unteren Hälfte kaltes Wasser von B1 nach B2, und in der oberen Hälfte warmes zurückfließen kann. Aber es genügen ja sehr langsame Strömungen.
Wahrscheinlich spielt noch ein dritter Effekt eine Rolle: Die Wärmeausdehnung. Der heiße Boiler kühlt sich wegen der Verluste durch die Isolation ab. Dabei reduziert sich das Volumen, so dass kaltes Wasser von B1 angesaugt wird. Die Wärmekapazität der Boilerwand heizt das Wasser wieder auf, so dass es sich etwas ausdehnt. Warmes Wasser wird zum kalten Boiler gedrückt. Durch Hin-und Herpendeln kann also der Ausgleich beschleunigt werden.
Um bei geringem Verbrauch den Boiler möglichst lange auf hoher Temperatur zu halten, benötigt man auch in der oberen Leitung ein Zweiwegeventil oder einen nach oben offenen Überlauf von B2 nach B1. Bild 7 zeigt die gewählte Lösung mit Überlauf. Wie wurde diesem das Plätschern abgewöhnt?
Ein Überlauf weist einen offenen Wasserspiegel auf. Wenn der Nachschub ausbleibt, muss das Wasser vom höchsten Punkt nach beiden Seiten wegfließen können. Das ist bei einem geschlossenen Rohr nicht möglich, auch wenn es über den Wasserspiegel hinausragt (siehe Flüssigkeiten, Saugheber).
Wie Geräusche entstehen, hängt davon ab, was sich zwischen Überlaufpunkt und dem darunterliegenden Boilerwasserspiegel befindet. Ist nichts dazwischen, erinnert das Getöse an das Füllen einer Badewanne. Spendiert man eine offene Rinne, gibt es ein helleres Plätschern. Mit einem Rohr, das im gesamten Querschnitt von Wasser durchströmt wird und bis unter die Wasseroberfläche eintaucht, erhält man röchelnde Geräusche, weil der offene Überlaufpunkt nach dem Prinzip der Wasserstrahlpumpe Luft einsaugt. Dazu kommt das Blubbern der von der Rohrmündung unter dem Wasserspiegel aufsteigenden Luftblasen.
Abhilfe schafft ein Drosselventil im Rohr zwischen Überlauf und Boiler. Es muss die Saugwirkung durch Gegendruck kompensieren, so dass der Wasserspiegel über den Überlaufpunkt ansteigt und dort zur Luft hin in Ruhe ist. Das folgende Bild zeigt Verzweigung und Überlauf in einem vergrößerten Ausschnitt.
Man nimmt die Anlage zunächst mit voll geöffnetem Drosselventil in Betrieb. Wenn das Zweiwegeventil den kleinen Boiler geschlossen hält, staut sich das vom Kollektor zurückströmende Wasser, bis es den Überlauf überwunden hat und das Rohr zum großen Boiler füllen kann. Es beginnt zu gluckern.
Nun schließt man das Drosselventil langsam, bis die Geräusche aufhören und der Wasserspiegel um 5 bis 10 cm über den Überlaufpunkt ansteigt. Wenn man die Pumpenleistung erhöht, steigt hier der Wasserspiegel, bis der erhöhte Wasserdruck die größere Wassermenge durch das Drosselventil treibt.
Wenn sich die Strömung stark ändert, oder sich das Ventil mit Kalk zusetzt, kann der Wasserspiegel unzulässig weit ansteigen. Deshalb muss das obere Luftrohr selber als Reserveüberlauf zum Boiler ausgebildet sein.
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Stand 30.10.06