TGA Solartechnik

TGA Ausgabe 12-2016
Membran-Ausdehnungsgefäße

Druckhaltung bei Solarthermie-Anlagen

1 Automatische Gefäß-Schweißanlage bei Zilmet. Das Unternehmen erhielt 1996 als erster Hersteller von Membran-Ausdehnungsgefäßen eine Bauartzulassung nach DIN 4757 für ein echtes Solargefäß.

1  Automatische Gefäß-Schweißanlage bei Zilmet. Das Unternehmen erhielt 1996 als erster Hersteller von Membran-Ausdehnungsgefäßen eine Bauartzulassung nach DIN 4757 für ein echtes Solargefäß.

Eine funktionierende Druckhaltung ist die Grundlage für den eigensicheren und störungsfreien Betrieb einer thermischen Solaranlage. Dafür haben sich spezielle Membran-Ausdehnungsgefäße bewährt, die die Aufnahme der Volumenausdehnung des Solarfluids ebenso wie den Volumenausgleich bei der Kontraktion unter allen Betriebsbedingungen dauerhaft gewährleisten.

Kompakt informieren

Membran-Ausdehnungsgefäße für thermische Solaranlagen müssen exakt ausgelegt, richtig installiert und regelmäßig gewartet werden.

Zudem sind konstruktive Maßnahmen erforderlich, um hohen Temperaturen und der korrosiven Wirkung von gealtertem Solarfluid standzuhalten.

Mit Vorschaltgefäßen bzw. kombinierten Gefäßen wird man auch höchsten Anforderungen gerecht.

Solargefäße und Vorschaltgefäße sind immer senkrecht mit Anschluss von oben einzubauen.

Für die Sicherstellung der korrekten Druckhaltung in Solarthermie-Anlagen haben sich spezielle Membran-Ausdehnungsgefäße Abb. 2 bewährt. Exakt dimensioniert, ordnungsgemäß installiert und regelmäßig gewartet gewährleisten sie die notwendige Aufnahme der Volumenausdehnung des Solarfluides bei der Erwärmung ebenso wie den Volumenausgleich bei dessen Kontraktion.

Denn in thermischen Solaranlagen herrschen häufig extreme Bedingungen, die bei einem normalen Heizsystem nicht zu erwarten sind. Temperaturen von bis weit über 100 °C sind keine Seltenheit und können zu länger andauernden Belastungen für die Komponenten und das Wärmeträgermedium führen, vor allem im Stagnationsfall.

Die Folgen können selbst bei ausreichend dimensionierten und regelmäßig gewarteten Membran-Ausdehnungsgefäßen entweder überhitzungsbedingte Membranschäden oder Korrosionsschäden am Metallkörper des Gefäßes sein.

Gefahr für den Metallkörper des Solargefäßes droht, wenn die Wärmeträgermedien durch hohe Temperaturen instabil werden; man spricht dann auch von einer vorzeitigen Alterung der Wärmeträgerflüssigkeit. In diesem Fall werden die eigentlich korrosionshemmenden Inhibitoren durch chemische Reaktionen umgewandelt oder abgelagert und das Solarfluid wird korrosiv.

Richtige Dimensionierung ist wichtig

Ein zu klein oder zu groß ausgelegtes Ausdehnungsgefäß oder ein Gefäß mit zu niedrigem oder zu hohem Vordruck kann seine Aufgabe nicht richtig erfüllen – und so besteht die Gefahr des Lufteintrags in die Anlage oder die eines Membranschadens.

Weniger bekannt ist, dass je nach Betriebszustand, Volumina der Kollektoren und Rohrleitungen sowie dem gegebenenfalls zu berücksichtigenden Verdampfungsvolumen der Anlage auch ein zu groß dimensioniertes Solar-Ausdehnungsgefäß bei nicht korrekt eingestelltem Vordruck eine recht große Menge des Solarfluides aufnehmen kann, die dann unter Umständen an anderen Stellen fehlt. Dies kann zu einer Leistungsminderung oder einem Ausfall der Solaranlage durch zu schwache oder gar fehlende Zirkulation des Solarfluids führen.

Verhindern kann dies nur die projektspezifische Dimensionierung, eine regelmäßige Wartung und die richtige Einstellung und Kontrolle des Vordrucks des Gefäßes. In jedem Fall führt ein beschädigtes Membran-Ausdehnungsgefäß dazu, dass ein ordnungsgemäßer Betrieb der Solaranlage nicht mehr möglich ist.

Solar-Ausdehnungsgefäße

Die Firma Zilmet erhielt bereits 1996 als erster Hersteller von Membran-Ausdehnungsgefäßen eine Bauartzulassung nach DIN 4757 für ein echtes Solargefäß. Seitdem wurden die Gefäße basierend auf den Erfahrungen in der Praxis kontinuierlich weiterentwickelt, um den genannten Schadensbildern vorzubeugen.

Den hohen Temperaturen begegnet Zilmet mit seinen Solar-Ausdehnungsgefäßen durch eine selbst entwickelte und im eigenen Werk hergestellte Membran aus dem Werkstoff Zilan HT. Diese Membrane kann mit bis zu 110 °C belastet werden, verfügt aber gleichzeitig über eine um das Vierfache niedrigere Gasdurchlässigkeit als herkömmliche SBR-Membranen, die standardmäßig in Heizkreisen verwendet werden.

Dadurch können Schäden durch hohe Temperaturen vermieden werden, gleichzeitig reduziert sich die Gefahr, dass ein Gefäß durch schleichenden Gasverlust aufgrund eines überzogenen Wartungsintervalls seine volle Funktionsfähigkeit einbüßt.

Um dem Risiko eines Korrosionsschadens vorzubeugen, setzt Zilmet mit seiner Produktreihe Zilflex Solar-Plus auf Gefäße, die im durch das Wärmeträgermedium berührten Bereich mit einer Epoxidharz-Beschichtung versehen sind Abb. 3. Eine weitere Variante wird mit der Produktreihe Zilflex Solar-Plus TM angeboten, diese Gefäße sind mit einer austauschbaren Blasenmembrane ausgestattet, bei der nur die Membrane mit der Solarflüssigkeit in Kontakt kommt Abb. 4.

Beide Gefäßtypen bieten eine Temperaturbeständigkeit von bis zu 110 °C bei gleichzeitig optimaler Standsicherheit des Gaspolsters und sicherem Korrosionsschutz auch bei durch Alterung korrosiv wirkenden Solarfluiden.

Solar-Vorschaltgefäße

Mit den Solar-Vorschaltgefäßen der Reihen Zilflex VSG Abb. 5 und Zilflex Solar-Plus Safe kann zudem die Membrane des Solargefäßes zuverlässig vor Übertemperaturen geschützt werden. Durch den Einsatz der Vorschaltgefäße kann die Temperatur der Solarflüssigkeit wirksam gesenkt und dadurch einer Beschädigung der Membrane im Solargefäß entgegengewirkt werden. Das Volumen des Vorschaltgefäßes sollte etwa 25 bis 50 % des Volumens des Solargefäßes betragen.

Als platzsparende und einfach zu montierende Lösung für kleinere Anlagen bietet sich das kombinierte Solargefäß und Vorschaltgefäß der Reihe Zilflex Solar-Plus Safe Abb. 6 an, das in den Varianten 18 + 6 Liter, 25 + 10 Liter, 35 + 12 Liter sowie 50 + 15 Liter angeboten wird und ebenfalls mit der temperaturbeständigen Zilan-HT-Membrane ausgestattet ist.

Um eine optimale Funktion zu gewährleisten, sollten Solargefäße und Vorschaltgefäße immer senkrecht eingebaut werden, mit Anschluss von oben. So bleibt die heiße Solarflüssigkeit – oder im Extremfall der Dampf – im oberen Bereich des kombinierten Gefäßes bzw. des Vorschaltgefäßes und kann dort ohne Gefahr für die Membrane des Solargefäßes abkühlen Abb. 7.

Inhaltsübersicht

  1. Teil: Druckhaltung bei Solarthermie-Anlagen
  2. Teil: Dipl.-Ing. (FH) Arnd Thamer
  • 2  Nur spezielle Ausdehnungsgefäße erfüllen alle Anforderungen in thermischen Solaranlagen.

  • 3  Schnitt durch ein Zilflex Solar-Plus: Die vom Wärmeträgermedium berührten Bereiche sind mit einer Epoxidharz-Beschichtung geschützt.

  • 4  Zilflex Solar-Plus TM: Nur die austauschbare Membrane kommt mit dem Solarfluid in Kontakt.

  • 5  Funktionsweise des Vorschaltgefäßes Zilflex VSG.

  • 6  Die Reihe Zilflex Solar-Plus Safe vereint Vorschalt- und Solargefäß.

  • 7  Funktionsweise des kombinierten Zilflex Solar-Plus Safe.

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