Solaranlage zur WW-Bereitung (Neubau Baujahr 2005): Pumpe falsch dimensioniert, Manometer fehlt, Wärmeträgerflüssigkeit tief braun => Fragen
BAU-Forum: Nutzung alternativer Energieformen

Hallo Frau Schmitt,
ich gehe davon aus, dass die Umwälzpumpe PS10 geeignet ist. Wenn die Anlagenhöhe etwa 8 m beträgt, bedeutet das ja nicht, dass die Pumpe diesen Höhenunterschied bewältigen muss. Im Normalfall ist die Anlage ja lückenlos mit Wärmeträger-Medium gefüllt. Um das Medium in Bewegung zu versetzen genügt zunächst ein minimaler Förderdruck der Pumpe. Was die Pumpe insgesamt leisten muss, setzt sich aus drei Dingen zusammen:
1. Schwerkraft: Wenn die Kollektoren unten wären, würde die Zirkulation sogar per Schwerkraft-Prinzip ablaufen (dadurch dass das wärmere Medium etwas ausgedehnt und daher etwas leichter ist). Der dadurch erzeugte Förderdruck liegt nur im Bereich von Zentimetern. Da die Kollektoren oben sind, beremst die Schwerkraft die Zirkulation, das heißt die Pumpe muss diesen geringen Druck (entsprechend wenige Zentimeter Wassersäule) überwinden.
2. Federlasten
Wenn in der Anlage z.B. ein federbelastetes Rückschlagventil (bzw. Schwerkraftbremse) enthalten ist, wie es häufig hinter Umwälzpumpen eingebaut wird, damit nur dann etwas fließt, wenn die Pumpe läuft, dann muss die Pumpe einen Druck aufbringen, um das Ventil gegen die eingebaute Feder zu öffnen. Es gibt z.B. geeignete Schwerkraftbremsen von Gestra mit einem Öffnungsdruck entsprechend 20 cm Wassersäule. Sehr viel mehr sollte es nicht sein, sonst wird unnötig viel Pumpleistung benötigt.
3. Strömungswiderstände
Es genügt ja nicht, wenn das Medium gerade anfängt, zu zirkulieren, sondern es ist ein bestimmter Durchsatz (Volumenstrom) erwünscht, z.B. 10 l/min (=600 l/h). Wie viel es sein soll, das ist von der Kollektorfläche und vom Anlagenkonzept abhängig (Low-Flow / High-Flow). Um das Medium in dieser gewünschten Menge/Zeiteinheit zirkulieren zu lassen, muss die Pumpe den Strömungswiderstand (Druckverlust) überwinden und das ist im Normalfall die grösste Arbeit für die Pumpe. Er setzt sich zusammen aus:

• dem Druckverlust in den Rohren
• dem Druckverlust in den Kollektoren
• dem Druckverlust im Wärmetauscher

Wenn die Anlage nicht allzu ungünstig ausgelegt ist (z.B. zu dünne Rohre), sollte der nötige Förderdruck (nach meiner Meinung) höchstens 2 m Wassersäule entsprechen. In strömungsgünstigen Anlagen können auch schon 40 cm reichen.
In der Pumpstation Divicon PS10 müsste die Pumpe "Grundfos Solar 25-60" eingebaut sein (evtl. Viessmann-Typenschild). Diese hat drei Leistungsstufen von 40,60 und 75 Watt. Zu jeder Leistungsstufe gibt es eine Kennlinie, die besagt, wie viel Volumenstrom die Pumpe fördert, abhängig davon, welchen Druck sie überwinden muss. Angegeben werden die Extremfälle, die für die Praxis nicht taugen: Die maximale Förderhöhe ist die Wassersäule, die die Pumpe aufbauen kann, bei der gerade nichts mehr fließt und die maximale Fördermenge ist die Menge, die die Pumpe fördert, wenn sie keinen Druck überwinden muss. Ein praktikabler Arbeitspunkt liegt irgendwo dazwischen. Der Kennlinie der PS10 (siehe Link unten) entnehme ich, dass sie in der 1. Stufe 500 l/h fördern kann, wenn sie einen Druck entsprechend 2 m Wassersäule überwinden muss.
Um wenig Stromverbrauch zu verursachen, sollte die Pumpe mit möglichst wenig Leistung auskommen. Bei der PS10 wird als Faustregel angegeben: bis 16 m² Kollektorfläche. Wenn Ihre Anlage nicht wesentlich größer ist, sollte die PS10 wirklich genügen und Sie sollten auf keinen Fall die PS20 einbauen lassen, die wesentlich mehr Leistungsaufnahme hat (140-245 W). Wahrscheinlich reicht bei der PS10 Stufe 2 oder sogar Stufe 1.
Zu den anderen Dingen:
Wenn wirklich kein Manometer eingebaut wurde, finde ich das schon etwas peinlich. Ich bin ja nicht für große Ansprüche, aber ein Manometer gehört schon in eine Solaranlage, um den Zustand der Anlage beurteilen zu können, naja, Sie bekommen ja eines.
Das mit dem Temperaturfühler ist ebenfalls etwas peinlich, aber nicht unbedingt ein Einzelfall. Es kann z.B. sein, dass der Kollektorinhalt heiß ist, aber der ungünstig montierte Fühler "merkt" es noch nicht und die Pumpe läuft nicht. Im ungünstigsten Fall kocht es vorher schon im Kollektor, was für das Medium auf Dauer nicht gut ist, z.B. für enthaltene Korrosionsschutz-Inhibitoren. Ob der Wärmeträger "Tyfocor G-LS" solche enthält, weiß ich nicht und ich kann auch nicht genau sagen, woher die dunkle Färbung kommt. Wenn die Pumpe regelmäßig viel zu spät oder gar nicht anlief, könnte das schon eine Ursache für die dunkle Färbung sein, entweder nach dem, was Sie gefunden haben (langsame Zersetzung ab 200 °C), oder auf dem Umweg von Korrosion wegen wirkungslos gewordenen Inhibitoren.
Die Frostschutz-Wirkung ist sicher unbeeinträchtigt, denn das Glykol verträgt auch das Kochen im Kollektor. Für den Wärmetransport ist das Medium sicher ebenfalls noch geeignet. Die einzige offene Frage wäre aus meiner Sicht, ob zu viel Korrosion auftreten kann, z.B. an Teilen aus Messing.
Das Medium in meiner Anlage ist nach etwa 11 Jahren Betriebszeit noch klar. Ich sehe es im Schauglas von zwei Taco Settern, die den Volumenstrom anzeigen.
Aus dem Sicherheitsventil austretende Wärmemediumflüssigkeit ist nach meiner Meinung nicht normal. Eine Solaranlage sollte eigensicher sein. Das heißt, selbst wenn der Inhalt der Kollektoren gasförmig wird (was möglichst selten vorkommen sollte, z.B. bei Stromausfall), sollte das verdrängte Medium (etwa Kollektorinhalt) im Ausdehnungsgefäß Platz haben.
Es sollte auf jeden Fall der Vordruck im Gefäß und der Anlagenfülldruck auf das Sicherheitsventil abgestimmt werden (vgl meine Internet-Seite dazu, 2. Link unten). Wenn das Sicherheitsventil z.B. 6 bar Ansprechdruck hat, kann man bis etwa 5,4 bar erwarten, dass es dicht ist. Die 5,4 bar sind also der tolerierbare Enddruck. Wenn man den Vordruck im Gefäß auf 3 bar einstellt und die Anlage mit diesem Druck füllt (Anfangsdruck), wäre der nutzbare Anteil des Gefäßes knapp 37 % von 40 Litern, also etwa 14 Liter. In Wirklichkeit müsste man den Anlagendruck etwas über dem Vordruck wählen, damit schon etwas Wärmeträger in das Gefäß strömt ("Wasservorlage"), als Reserve, etwa für niedrige Anlagentemperaturen. Die Wasservorlage mindert natürlich den nutzbaren Anteil, vielleicht auf 12 Liter. Die 12 Liter müssen für die Ausdehnung des Wärmeträgers bei hohen Temperaturen reichen (z.B. 8 % des Gesamtinhaltes der Anlage) plus gegebenenfalls aus dem Kollektor verdrängtes Medium (ca. Gesamtinhalt des Kollektors, s.o.).
Wenn 12 Liter zu wenig sind, kann man den Vordruck und den Anfangsdruck niedriger wählen, wodurch ein größerer Teil des Gefäßes genutzt werden kann. Andererseits kann man bei genügend Reserve den Vordruck und Anfangsdruck erhöhen, um damit den Siedepunkt in der Anlage zu erhöhen.
Durch einen ungeeigneten Vordruck kann also der Wärmeträger früher als nötig sieden oder der nutzbare Anteil des Ausdehnungsgefäßes zu gering werden. Letzteres kann z.B. zum Austritt von Medium aus dem Sicherheitsventil führen. Weitergehende Schäden fallen mir dazu jetzt nicht ein. Als kritischer würde ich doch den genannten falsch platzierten Fühler einstufen.
Ich hoffe, dass etwas für Sie nützliches dabei ist und wünsche Ihrer Anlage gute Besserung , Wolfram Zucker

• Web-Link
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Hallo Herr Zucker,
vielen, vielen Dank für die ausführlichen Infos. Ich habe sie mir ausgedruckt und werde sie gleich gemeinsam mit meiner besseren Hälfte durcharbeiten. Ihre Erklärung zur Auslegung der Pumpe leuchtet ein. Leicht irritiert bin ich aber dennoch, weil die Solar-Divicon meinem Verständnis nach ausschließlich für den Einsatz wie bei uns vorgesehen ist (Transport eines Wärmeträgermediums im Kreis) und dann die Beschreibung 'max. Förderhöhe' doch außerordentlich irreführend ist.
Um jetzt Ruhe in die Sache zu bekommen, werden wir wohl einen Sachverständigen ran holen, der das gesamte System bzw. die Gesamtauslegung überprüfen soll.
Ihnen ein angenehmes Restwochenende wünscht
Ulrike Schmitt

Hallo Ulrike,
schaue Dir mal die Fehlerchecklisten
auf

• http://www.solarkritik.de

Vielleicht wirst du da auch noch fündig, was
dein Problem betrifft ...

• http://www.solarkritik.de
• http://www.solarresearch.org/1962076.htm

Hallo Frau Schmitt,
ja, ich verstehe, dass das Wort "Förderhöhe" bei einer Umwälzpumpe irreführend ist. Passend wäre der Begriff bei einer Pumpe, die Wasser aus einem Brunnen fördern soll. Welchen Druck die Pumpe aufbauen kann, kann man sich anschaulich vorstellen, indem man sich ein durchsichtiges, nach oben führendes Rohr vorstellt. Eine Pumpe, die eine Druckdifferenz von 1 bar zwischen Eingang und Ausgang aufbauen kann, würde es eben schaffen, das Wasser im Rohr bis 10 m über dem Wasserspiegel im Brunnen steigen zu lassen.
Die Umwälzpumpe ist natürlich für einen Brunnen nicht geeignet. Sie saugt nicht selbst an und darf auch nicht eingetaucht werden, aber abgesehen davon hat sie im Grund die gleiche Fähigkeit, nämlich eine Druckdifferenz zwischen Eingang und Ausgang herzustellen, und diese kann man sich anschaulich als Wassersäule vorstellen. Ich habe in meinem ersten Beitrag die etwas umständliche Formulierung verwendet "entsprechend 2 m Wassersäule".
Wer sich dauernd mit der Materie befasst (dazu gehören auch die Hersteller der Pumpen), der wird irgendwann keine Lust mehr haben, es so korrekt, aber lang auszudrücken. Er fasst sich kürzer und sagt "die Pumpe macht 2 m Wassersäule", auch wenn die beim Betrieb einer Umwälzpumpe im Normalfall nirgends konkret auftritt.
Genau genommen kann sie bei Solaranlagen sogar auftreten. Wenn die Solarpumpe ausfällt und das Medium im Kollektor (und in den Solarrohren im Höhenbereich des Kollektors) durch Dampf verdrängt wird, steht der Flüssigkeitsspiegel im Vor- und Rücklauf (Vorlauf, Rücklauf) in Höhe Unterkante des Kollektorfeldes. Wenn nun die Pumpe anläuft, kann sie entsprechend ihrer Förderhöhe einen Unterschied der beiden Flüssigkeitsspiegel erzeugen, der eventuell nicht ausreicht, die Zirkulation wieder in Gang zu bringen. Ich hatte diesen Fall einmal wegen Stromausfalls ... und die Zirkulation kam erst mit tiefer stehender Sonne wieder in Gang. Ich habe bei meiner Anlage mit 28 m² Vakuum-Flachkollektoren nur die Umwälzpumpe UPS 25-40 mit maximal 4 m Förderhöhe in Betrieb. Ich betreibe sie auf Stufe 2, in der sie 50 Watt aufnimmt. Ich habe also bei der relativ großen Anlage eine schwächere Pumpe als Sie. Vom Stromverbrauch her ist mir das eigentlich immer noch zu viel, denn die Pumpen (in Wirklichkeit sind es drei, die alternativ laufen und verschiedene Wärmetauscher in Warmwasserspeicher und Pufferspeicher bedienen), kommen ja auf einige Betriebsstunden im Jahr zusammen und mit der Solaranlage will ich ja Energie sparen und nicht für die Pumpe verbraten. Am liebsten wäre mir die Biral MC10-1 (oder MC12), die einen besseren Motor hat und mit 1/3 des Stromverbrauches die gleiche Pumpleistung bringt. Leider ist diese anscheinend astronomisch im Preis gestiegen (von 284,20 € 2002 auf 830,90 €? aktuell).
Übrigens, weil ich gerade "Warmwasserspeicher" geschrieben habe: Das Wort "Warmwasser" hat auch schon zu großen Missverständnissen geführt. Wer laufend mit Solaranlagen zu tun hat, verwendet den Begriff selbstverständlich für das erwärmte Trinkwasser, das für Küche, Dusche oder Badewanne verwendet wird. Dieses Warmwasser bereitet eine Solaranlage z.B. zu 70 % des jährlichen Bedarfes.
Nun haben es aber manche Kunden anscheinend so aufgefasst, dass der Anteil auch für die Raumheizung gelten würde, da in den Heizkörpern ja auch warmes Wasser wäre und man zuweilen von "Warmwasserheizung spricht. Da im Winter, wenn der größte Bedarf für Raumheizung besteht, der Ertrag der Solaranlage sein Minimum hat (die Sonne steht tiefer, scheint kürzer  -  deswegen ist es ja kalt im Winter  -  zeitweise liegt Schnee auf den Kollektoren, die Verluste sind größer), ist der Beitrag zur Raumheizung natürlich deutlich geringer, als die 70 %. Dieses Missverständnis dürfte der ursprüngliche Anlass gewesen sein, aus dem ein enttäuschter Besitzer einer Solaranlage die Internet-Seite solarkritik.de gegründet hat, die er Ihnen im vorigen Beitrag empfohlen hat.
Sie schrieben: "Um jetzt Ruhe in die Sache zu bekommen, werden wir wohl einen Sachverständigen ran holen, der das gesamte System bzw. die Gesamtauslegung überprüfen soll. "
Etwas ähnliches hätte ich Ihnen auch beinahe im ersten Beitrag schon geschrieben. Vielleicht haben Sie jemanden im Bekanntenkreis, der genügend technisches Verständnis (und am besten natürlich Erfahrung mit wenigstens einer Solaranlage) hat, um am Verhalten der Anlage (Temperaturen, wann läuft die Pumpe an usw.) die Funktion der Anlage beurteilen zu können. Von Vorteil wäre natürlich, wenn das Manometer schon montiert ist.
Guten Erfolg, Wolfram Zucker

Meinem Verständnis nach sollte es unkritisch sein, wenn das Medium ins kochen kommt. Das passiert doch im Sommer täglich ab 10 Uhr: Kessel auf Solltemperatur => Medium verdampft (Kollektortemperatur bis ca. 180 Grad). Das zusätzliche Volumen wird über das MAG gepuffert, der Druck sollte sich nicht so weit erhöhen, dass das Sicherheitsventil anspricht (vgl Ausführung von Herrn Zucker zum Vordruck). Abends abkühlen der Anlage und am nächsten Tag von vorne, so er den sonnig ist. Das sollte das Wasser im Kreislauf schon aushalten. Die Verfärbung ist meiner Meinung nach normal, jedes Heizungswasser sieht doch so aus, jedenfalls habe ich noch kein klares gesehen.