Flachkollektoren: 100°C Speichertemperatur gefährlich? Optimale Solarwärme-Nutzung
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Speicher ist kein Schnellkochtopf!
Zu dieser Frage würden Sie bei weniger warmen Wetter vermutlich unterschiedliche Antworten bekommen. Einigkeit würde darin bestehen, dass die Temperatur auf jeden Fall deutlich unter 100 Grad liegen sollte!
Es macht keinen wesentlichen Unterschied, ob das Wasser jetzt 70,80 oder 90 Grad warm ist. Sie haben bei sonnigem Wetter und einem 1200 Liter Speicher ohnehin Überschüsse.
Die relativ hohe Abkühlung kann verschiedene Ursachen haben. Unter Umständen kühlt die Steuerung aus Sicherheitsgründen den Speicher nachts über die Kollektoren ab.
Jetzt könnten Sie ohne großen Aufwand die Speicherverluste messen. In den sonnenärmeren Monaten fallen die Verluste unter Umständen erheblich ins Gewicht. Dann ist die Kontrolle aufwendiger. Sehr gute Speicher verlieren nur 2-3 Grad pro Tag. Gehen Sie mal ein paar Fragen zu meiner Anfrage wegen hoher Speicherverluste zurück.

Wer hält die Übertemperatur besser aus?
Ich habe halt die Wahl, ob ich im Kollektor und im Puffer je die ca. 100 °C zulasse (Siedepunkt ist bei dem Druck ja erst bei ca. 130 °C), oder ob ich die Pumpe sich abschalten lasse, um den Puffer z.B. bei 80 °C zu belassen. Dann wird aber die Temperatur in den nicht mehr durchflossenen Kollektoren auf 130  -  140 °C oder mehr hochschnellen.
Die Frage ist, wer was besser verträgt.
Die relativ "hohe" Abkühlung kommt durch die Brauchwassererwärmung in der Durchlauferhitzerspindel zustande. Wenn wir kein warmes Wasser verbrauchen, verliert der Puffer nur 3-4 °C pro Nacht bei 100 °C. Bezogen auf 60 °C Puffertemperatur sollten das auch 2-3 °C pro Tag sein. Wenn allerdings 5 Leute warm duschen, sind es halt 10-15 °C, das scheint mir normal.
Vielen Dank für den obigen Beitrag
Grüße aus der sonnigen Pfalz

Experimentierfreudig ...
Experimentierfreudig bin ich auch. Sind Sie wirklich sicher, dass Ihr Speicher auf eine Speichertemperatur von 130 Grad ausgelegt ist? Ich bin weder Ingenieur noch Installateur. Nach meinem Wissensstand gibt es keine Speicher, die auf Überdruck und auf Temperaturen von 100 Grad und mehr ausgelegt sind.
Die Überhitzung der Kollektoren verhindern Sie bei einer Kollektorfläche von 18 m² im Sommer so oder so nicht. Nach meinem laienhaften Wissensstand sind die Kollektoren überhitzungssicher. Ich kenne jedoch Leute, die zur Vermeidung von Überhitzungsschäden im Sommer einen Teil der Kollektoren abdecken oder über Nacht den Speicher über die Kollektoren abkühlen. Dieser Punkt wäre eine separate Frage Wert.
Zu den Speicherverlusten: bei knapp 100 Grad dürfte der Speicher nutzungsbedingt um 4-7 Grad pro Tag abkühlen. Bis zu 20 Grad sind deutlich mehr als der Erwartungswert. 3-4 Grad über Nacht sind auf den Tag gerechnet auch mehr als 10 Grad.
Ihr Speicher wird in Heizperiode als Pufferspeicher eingesetzt. Da haben Sie ebenfalls relativ hohe Speichertemperaturen.
Wenn Sie im Winter unnötigerweise 4-5 Grad verlieren, dann verlieren Sie z.B. von November bis Januar den Gegenwert des kompletten Solarertrags. Unbemerkt ...

• https://bau.net/forum/heizung/11842.php
• https://bau.net/forum/alternat/10539.php

Wasserqualität
Da ich davon ausgehe das Sie über einen nachgeschalteten Brauchwassermischer verfügen und dadurch das Wasser in der Hausinstallation nie heisser als 60 °C wird, hängt die Antwort von ihrer Wasserhärte ab. Über 70 °C würde ich nur bei Wasserhärte 0 oder 1 empfehlen. Aber auch dann würde ich auf maximal 95 °C begrenzen (Dampfbildung, Verbrühungsgefahr, ) weichgelötete Kupferrohre können undicht werden und Kunststoffrohre sind für diese Temperaturen sowieso nicht mehr geeignet.
In der Bauartzulassung ihres Speichers steht sicher mehr dazu auf welche Temperatur er begrenzt werden muss und durch welche Maßnahmen das erreicht wird.

Vielen Dank ...
für die zahlreichen interessanten Beiträge.
Ich versuche noch immer eine Aussage des Pufferherstellers (

• http://www.Ecotherm.at

) zur maximalen Betriebstemperatur zu erhalten.
Was das Heizungsrohrnetz betrifft, so regelt ein Mischer die Temperatur auf 70 °C herunter. Das Brauchwassersystem erreicht kaum Temperaturen über 60 °C, da es nur beim Durchlauf durch die Durchlauferhitzerspindel im Puffer erwärmt wird.
Daher herrschen die "hohen" Temperaturen ausschließlich im Pufferspeicher und in den zugehörigen Solarrohren mit HT Isolation. Unsere Wasserhärte liegt bei 1, von da her sollte es mit dem Kalk auch nicht so schlimm sein.
100 °C scheint allgemein als eine "magische" Zahl wahrgenommen zu werden, weil dann Wasser unter normalen (Druck) Verhältnissen kocht (sich in Dampf verwandelt). Das Heizungssystem steht normalerweise unter mindestens 2 Bar Druck. Unter diesen Verhältnissen siedet Wasser erst bei ca. 130 °C (siehe Dampfdruckkochtopf). Bis zu diesem Punkt möchte ich die Temperatur natürlich nicht ansteigen lassen, aber 100 bis 105 °C sehe ich da doch eher gelassen entgegen. Was ist da der große Unterschied zu 80 oder 90 °C? Ich meine, dass weichgelötete Kupferrohre erst bei höheren Temperaturen Probleme bekommen.
Auf jeden Fall hat der Pufferspeicher bzgl. Warmwasser für 6 Personen die letzte "Schlechtwetterperiode" von 4 bis 5 Tagen spielend überbrückt, nachdem er sich an den Hundstagen zuvor auf 105 °C erwärmt hatte.

Dampfdruck
der Vergleich mit dem Schnellkochtopf stimmt zwar, aber in dem Moment wenn Sie Wasser zapfen, ist es als ob Sie einen unter Druck stehenden Schnellkochtopf offene. Durch die Verringerung dieses Gegen-Dampfdrucks kann es dann zum sieden des Wassers im Boiler kommen, was wiederum zu einem Druckanstieg führt. Dampfaustritt ist dadurch, zumindest theoretisch möglich.
Andere Hersteller schreiben ab einer gewissen Anlagengröße einen zusätzlichen Sicherheitstemperaturbegrenzer vor welcher auf 95 °C eingestellt wird

Kein Dampfdruck!
Ich verwende, wie oben beschrieben, einen Pufferspeicher (Heizungswasser!) mit einer Frischwasserspindel (50 l) als Durchlauferhitzer. Das 100 Grad heiße Wasser befindet sich im Pufferspeicher (unter 2 Bar Druck) und hat keine Verbindung mit dem eigentlichen Trinkwasser, welches beim Zapfen und Durchlaufen der Spindel von ca. 12 Grad auf ca. 60-70 Grad erhitzt wird, bevor es diese dann verlässt. Insofern ist der Vergleich mit dem "Schnellkochtopf öffnen" nicht richtig.
Das Boilerwasser bleibt stets unter gleichem Druck und ist vom Siedepunkt noch ca. 20  -  30 Grad entfernt.
Von Ecotherm habe ich leider noch keine Information bekommen. Der Solarregler UVR31 hat einen einstellbaren Sicherheitstemperaturbegrenzer von maximal 110 °C. An diesem Maximalpunkt würde dann die Solarpumpe abschalten und die Kollektoren wären sich selbst überlassen. Deren Temperatur würde dann wahrscheinlich auf 160  -  180 °C ansteigen.

Dampfkessel ...
Hallo Herr Dehrmann,
für Ihre Suche nach der optimalen Speichertemperatur einige Stichpunkte:
Für eine hohe Speichertemperatur spricht:

• Größerer Wärmevorrat

Bei einer höheren Temperatur enthält der Speicher natürlich
mehr Energie. Sie können mehr Schlechtwettertage überbrücken.
Dadurch steigt der solare Deckungsgrad etwas, weil eine Zusatzheizung länger
aus bleiben kann.

• In Punkto Hygiene

sind höhere Temperaturen kein Nachteil. Auch wenn ich Legionellen nicht
besonders ernst nehme  -  kürzlich hörte man, dass sie in 'einer Klinik
ihr Unwesen trieben. 55 °, besser 60 ° überleben sie nicht. Zwischenzeitlich
höhere Temperaturen desinfizieren auch das Leitungsnetz. Gründe für eine Begrenzung der Speichertemperatur:

• Verkalkung

Im Bereich um 60 ° und darüber wird zunehmend mehr Kalk aus dem Wasser
abgeschieden. Wer also kalkhaltiges Wasser hat und ein System, bei dem der
Kalk ein Problem ist, sollte etwa diese Grenze einhalten. Bei mir platzt
der Kalk vom Solarwärmetauscher aus Edelstahl-Glattrohr einfach ab -
bei höheren Temperaturen sogar besser  -  und fällt im Speicher zu
Boden. Wie das bei Ihrem Wärmetauscher zur Direkterzeugung von Warmwasser
oben im Speicher aussieht, ist mir unklar  -  der müsste doch von innen
her verkalken?

• Zink

Die 60 ° sind nicht nur für Legionellen und Kalk eine magische Grenze.
Ab dieser Temperatur leidet auch die Zinkschicht von Rohrleitungen bzw. Speicher.
Rohrleitungen überleben es trotzdem einige Zeit, aber wer einen verzinkten
WW-Bioler hat, kann mit mehr als 60 ° dafür sorgen, dass er schneller
durchrostet.

• Temperatur an den Zapfstellen

Da ich bisher keinen Brauchwassermischer habe, begrenze ich die Temperatur
des WW-Speichers auf 70 °. Da kann man nach meiner Ansicht noch die Hand
wegziehen, bevor man sich verbrühen würde. Außerdem ist es
die maximale Zulauftemperatur unserer Waschmaschine mit Warmwasseranschluss.
Sie schreiben, dass Sie wegen dem Durchlauf-Wärmetauscher oben im Speicher
nicht so heißes Wasser an den Zapfstellen bekommen. Das ist mir unklar:
Wenn es bei 100 ° Speichertemperatur nicht mehr als 70 ° aus dem Wasserhahn
sind (trotz 50 Liter Inhalt?), wie warm kommt das Wasser dann bei 60 °
Speichertemperatur aus dem Hahn?

• Was verträgt der Speicher?

Dem Speicher aus Stahl oder Edelstahl ist das sicher egal. Kritisch sind
Schutzschichten aus Zink (s.o.) und eventuell Emaille (?) und Speicher aus
Kunststoff (Hersteller fragen).
Kritisch sind auch die meisten Isolierungen aus Kunststoff bei 60 .. 80 ..
100 °. Manche verformen sich (PS, PE), andere "zerbröseln" (PU, Weichschaum).
(Trotzdem sind die angebotenen Speicherisolierungen im großen und ganzen
verwendbar). Am temperaturbeständigsten dürfte Mineralwolle sein.

• "Dampfkessel"

Jetzt komme ich zum eigentlichen Punkt der Diskussion, der magischen Zahl
100 ° C.
Sie haben Recht, dass das Wasser in Ihrem Solarspeicher unter 2 Bar Überdruck
erst bei gut 130 °C sieden würde. Trotzdem sind 100 °C eine magische
Grenze, wie das folgende Gedankenexperiment zeigen soll: Angenommen Ihr 1000-Liter
Speicher hat 80 cm Durchmesser und ist 2 m hoch. Die senkrechte Schnittfläche
beträgt dann 1,6 m². Bei zwei Bar Fülldruck wirkt eine Last
von 32 Tonnen auf eine gedachte senkrecht umlaufende Rißlinie. Das
sind 5,7 kg pro laufenden Millimeter Speicherwand und ein Stahlspeicher hält
das locker aus. Sollte aber aus irgendeinem Grund der Speicher doch platzen,
z.B. wegen einem Materialfehler  -  Risse im Stahl können vorkommen -
so hängt das weitere sehr von der Speichertemperatur ab. Wenn die Speichertemperatur
unter 100 °C liegt, würde es beim Riss zwar kurz knallen, aber kaum
dass ein paar Kubikzentimeter Wasser entwichen sind, wäre der Druck
auf Null und das restliche (heiße) Wasser würde gemütlich
aus dem Riss auf einer Seite herausplätschern.
Bei 130 ° Speichertemperatur  -  das andere Extrem: Der Druck würde
nicht schlagartig auf Null absinken, sondern trotz Riss im Speicher fast
konstant bleiben, weil entwichenes Wasser schlagartig durch entstehenden
Dampf ersetzt würde. Dadurch würde auch die Speicherhülle
ganz anders platzen  -  eher wie ein Luftballon. Fraglich ist, ob die Türen
und Fenster der umliegenden Räume dem Druckstoß von etwas weniger
als 2 Bar standhalten würden (2 Bar entsprechen 20 Tonnen pro Quadratmeter)
...? Insgesamt würde so viel Wasser zu Dampf, dass das restliche Wasser
durch Verdunstungskälte auf 100 ° abgekühlt ist. Ich hab's mal
überschlagsmäßig nachgerechnet: Wegen der hohen Energiemenge,
die zum Verdampfen nötig ist, würden von den 1000 Litern nur 68,3
Liter verdampfen. Dabei würden aber 90 Kubikmeter Dampf entstehen. Natürlich
entstünde der Dampf nicht nur "an der Oberfläche" des Wassers,
sondern fein verteilt dazwischen  -  Stichwort Siedeverzug. Man könnte
auch getrost von einer Explosion sprechen.
Übrigens hat der Technische Überwachungsverein seinen Ursprung
im Zeitalter der Dampfmaschinen und er hieß zuerst "Dampfkessel-Überprüfungsverein".
Bei "nur" 105 °C würden noch 11,4 Liter Wasser verdampfen und 15
Kubikmeter Dampf bilden, gemischt mit 988,6 Liter Wasser mit 100 °C. Damit
ein friedlich anmutender Solarspeicher nicht zu einer solchen potentiellen
Gefahr wird, sollte die Temperatur auf maximal etwa 98 °C begrenzt werden. Zur Frage "Wer hält die Übertemperatur besser aus? "
Bezüglich Speicher habe ich ja die verschiedenen Punkte beschrieben (Materialien
bis Risiko Dampfkessel). Den Kollektoren selbst dürfte auch eine hohe
Stillstandstemperatur nichts ausmachen. Das Wärmeträgermedium bleibt
je nach Anlagendruck relativ lange flüssig (bei 6 bar z.B. bis gut 180 °
.- übrigens auch hier Verbrühungsgefahr bei Leck!). Darüber
verdampft es, bis die Kollektoren nur noch Dampf enthalten. (Das Ausdehnungsgefäß
kann hoffentlich das aus den Kollektoren verdrängte Medium aufnehmen
= eigensichere Anlage.) Während tägliches Verdampfen den Kollektoren
und dem Wasser nichts ausmacht (und wohl auch dem Glykol-Anteil?), heißt
es dass die Inhibitoren (Korrosionsschutz etc.), die oft im Wärmeträgermedium
enthalten sind, darunter leiden würden.
Abhilfe könnte man schaffen, indem man weitere Verbraucher für
die Wärme sucht (Schwimmbecken, Erdreich ...) oder indem man die Effizienz
der Anlage im Sommer künstlich senkt (teilweises Entfernen der Speicherisolierung,
teilweises Verschatten der Kollektoren, späterer Betrieb der Umwälzpumpe
erst bei höherer Temperaturdifferenz oder Betrieb auf niedrigerer Stufe
...)
Viel Spaß mit Ihrer Solaranlage, Wolfram Zucker

• Web-Link

optimale Speichertemperatur
Hallo Herr Zucker,
zunächst erst einmal recht herzlichen Danke für die sehr ausführlichen und absolut einleichtenden Argumente auf meiner Suche nach der optimalen Speichertemperatur. Auf die Idee eines möglichen Lecks des Puffers und die daraus eventuell resultierenden Konsequenzen war ich bisher nicht gekommen. Ich habe also nun den Solarregler auf eine Begrenzung bei ca. 100 °C eingestellt. Er hat die Solarpumpe daraufhin abgestellt und die Kollektortemperatur liegt nun in der Mittagszeit bei ca. 136 °C, das ist doch viel weniger als ich befürchtet hatte.
Wie Sie unter den Vorteilen bereits erwähnten, ist der solare Deckungsgrad bei höheren Speichertemperaturen größer. Wir brauchten seit Mitte Mai nicht mehr "nachheizen", was natürlich bei dieser Wetterlage auch kein Wunder ist. Auch werden wir wohl mit Legionellen keine Probleme haben, wegen Durchlauferhitzung und erhöhten Warmwassertemperaturen.
Kalk kann sich bei uns nur in der ca. 50 mm Durchmesser glatten Spindel der Durchlauferhitzung absetzen, und unser Heizungsbauer sieht da keine Probleme für eine gelegentliche Entkalkungsdurchspülung. Diese 50 l fassende Spindel durchläuft den 2 m hohen Puffer von unten nach oben, die Zirkulationsleitung wird in der Mitte eingespeißt. Im Puffer befindet sich nur Heizungswasser.
Was die Brauchwassertemperatur betrifft, so haben wir an jeder Zapfstelle (5) einen Taster mit LED (Marke Eigenbau). Nach Anforderung (die 3 Adern der sternförmigen Steuerleitung sind für alle Zapfstellen parallel geschaltet) beginnt das LED als "Quittung" zu blinken und die Zirkulationspumpe beginnt zu pumpen. Dabei scheint sich die "heiße Welle" in den kalten Rohren abzukühlen, und das kalte Wasser aus den Rohrleitungen wird im Durchlauferhitzer "dazugemischt". Wenn das warme Wasser dann nach einer Zirkulationsschleife an der Pumpe vor dem Puffer wieder ankommt, merkt dies ein NTC-Fühler und schaltet die Pumpe sofort ab, die Leds bleiben dann auf Dauer an, bis das Zirkulationsrohr später wieder abgekühlt ist. So weiß man an jeder Zapfstelle, ob die Leitungen bereits warm sind und ob man sich die Wartezeit sparen kann. Die Pumpe lässt sich bei warmer Leitung auch nicht neu starten. Die Logik der Schaltung wurde mit nur einem 4-fach CMOS Schmitt-Trigger Gatter IC (4093) implementiert.
Wenn dann Brauchwasser gezapft wird, fließt kaltes Wasser in den Durchlauferhitzer nach. Bei unseren Duschen haben wir zwar überall billige Thermostatmischerhähne, aber auch an den normalen Warmwasserkränen haben wir uns bisher nicht "verbrannt". Wie Sie schon sagten, kann man bei ca. 70 °C ja noch die Hand wegziehen. Im Winter lag die obere Puffertemperatur zwischen 50 und 60 °C, was zum Duschen ebenfalls noch bequem ausreichte. Ich sehe also im Moment noch keine direkte Notwendigkeit einer Brauchwasser-Temperaturbegrenzung, zumal die 100 °C im Puffer ja auch nur eine "temporäre Ausnahme" sein sollten.
Wie sind Sie mit Ihrer Waschmaschine mit dem Warmwasseranschluss zufrieden? Diesbezüglich haben wir noch nichts unternommen, da ich nicht sicher bin, wie man da (von der 70 °C Temperaturbegrenzung mal abgesehen) am besten vorgeht. Wie war das bei Ihnen?
Nochmals, besten Dank für die "heißen" Tipps und viele Grüße

Bedarfszirkulation / Waschmaschine
Hallo nochmal Herr Dehrmann,
erst mal zu Ihrem Puffer mit "Durchlauferhitzer": Das Prinzip mit der 50 Liter fassenden Wärmetauscher-Spindel, die den Puffer von unten nach oben durchläuft, erscheint mir vernünftig. Vergleichbare Speicher haben oft den WW-Wärmetauscher oben, wodurch die Schichtung schlecht ausgenutzt wird. In Ihrem Fall wird das kalte Wasser unten vorerwärmt ... Das erklärt auch zum Teil, warum Sie kein fast kochendes Wasser aus dem Hahn bekommen  -  weil ja nicht die ganzen 50 Liter so heiß sind, zumindest wenn der Puffer nicht bis unten auf 100 ° ist. (Was wäre aber in diesem Fall?)
Besonders gefällt mir Ihre Zirkulation auf Knopfdruck mit der einfach gebauten, aber funktionellen Steuerung. Diese CMOS-ICs verbrauchen so gut wie keinen Strom. Das ist die Zukunft  -  Informationsverarbeitung fast ohne Energie (Beispiel Taschenrechner)  -  die Technik ist vorhanden. Leider brauchen viele informationstechnische Geräte heute noch unnötig viel Energie (Beispiel Computer). Über 11 % des Stromverbrauches in Deutschland entfallen auf Informationstechnik.
Anstatt Wasser laufen zu lassen, bis es warm kommt, drückt man bei Ihnen die Taste ... Das ist Wasser-sparsam. Ihre Zirkulation läuft nie unnötig. Das bedeutet wenig Wärmeverluste und der Stromverbrauch für die Pumpe ist vernachlässigbar. Wieviel braucht das Netzteil für Ihre Steuerung? Könnte der Temperaturfühler nicht weiter "stromaufwärts" angebracht werden, also vor der Zirkulations-Rückleitung (die muss ja nicht warm werden), etwa an der letzten Zapfstelle (oder wegen der Verzögerung der Reaktion noch weiter vorn, z.B. etwas nach der vorletzten Zapfstelle)? Die einfache Schaltung mit dem IC 4093 (Vier CMOS NAND Schmitt-Trigger) könnte auch für andere interessant sein.
Zu Ihrer Frage nach der Waschmaschine mit Warmwasseranschluss:
Ich hatte mich zwar darüber informiert und schon darüber nachgedacht, ein Vorschaltgerät zu bauen  -  aber dann doch erst mal nur den Anschluss für den Warmwasserhahn verlegt und mit einem Blindstopfen verschlossen. Als dann tatsächlich die alte Waschmaschine den Geist aufgegeben hatte, haben wir und den "Luxus" einer Miele-Maschine erlaubt und es war wohl der einzige Hersteller, der noch eine Maschine mit WW-Anschluss anbot. Wir sind mit der Maschine sehr zufrieden. Sie braucht bei Kochwäsche mit WW 1,2 kWh anstelle 1,8 (wir benutzen Kochwäsche aber nur selten) und bei Buntwäsche 60 ° 0,5 kWh anstatt 1,1 kWh. Das sind die Werte aus der Bedienungsanleitung und sie gelten bei 55 ° Zulauf. Bei uns sind's den ganzen Sommer über 70 °, aber erst nach 1,8 Litern kommt's heiß (wenn niemand zuvor WW gebraucht hat)  -  vielleicht gleicht sich das aus? Gestern habe ich einen Stromzähler vor die Maschine geschaltet und angefangen, den Verbrauch zu messen. Bisher stimmt es ganz gut mit den Angaben überein. Weitere Messwerte trage ich noch in die neue Seite über unsere Maschine nach, 1. Link unten. Die weiteren Links handeln vom Thema WW-Anschluss für Waschmaschine / Geschirrspüler bzw. von den Nachfolgemodellen unserer Maschine.
Schöne Grüße, Wolfram Zucker

• Web-Link
• http://www.oekotest.de/cgi/vb/vbgs.cgi?frage=100046
• http://www.dasumwelthaus.de/page.cgi?ID=3702
• http://www.miele-primus.de/m/pr_ws_allw.html