Der Wärmespeicher ist ein zentraler Bestandteil jeder Solarthermie Anlage. Über die in ihm befindlichen Wärmetauscher werden die verschiedenen Kreise abgewichkelt, das Brauchwasser und das Heizwasser erwärmt. Entsprehcend wichtig ist es, dass die Tauscher in ausreichender Menge und Größe im Speicher vorhanden sind.
Allgemeines zum Wärmetauscher
Die Funktion des Wärmetauschers ist schnell erklärt. Wie der Name schon vermuten lässt, tauscht er die Wärme aus. Das heißt, dass die Wärme von der heißeren Seite an die kältere Seite übergeben wird. Man könnte ihn daher auch als „Übertrager“ bezeichnen, in der Praxis hat sich allerdings der Begriff des Wärmetauschers durchgesetzt. Die Übertragung der Wärme kann in drei verschiedene Klassen unterteilt werden: direkt, indirekt und halbindirekt.
Ein Heizkörper beispielsweise betreibt eine indirekte Wärmeübertragung. Aus diesem Grund werden Heizkörper und alle anderen indirekten Wärmetauscher auch als Rekupatoren bezeichnet, da hier beide Medien voneinader getrenn sind. Wie viel Wärme jeweils übertragen wird, hängt hierbei u.a. von der Fließrichtung der beiden Medien zueinander ab. In den Grundformen können hier Gegenstrom, Gleichstrom und Kreuzstrom unterschieden werden wobei auch Kombinationen möglich sind.
Aufbau eines Wärmetauschers
Die Effizienz eines Wärmetauschers ist abhängig von der Wärmeleitfähigkeit des verwendeten Materials (durch welches die beiden Median getrennt werden) sowie seiner Oberfläche (Übertragungsfläche). In der Bauart unterscheidet man daher zwischen folgenden Typen:
- Plattenwärmetauscher: Er besteht aus mehreren Platten, zwischen denen die beiden Ströme hindurchfließen. Dabei durchfließen beide Medien die Zweischenräume immer im Wechsel um eine optimale Wärmeübertragung zu gewährleisten.
- Spiral-Wärmetauscher: Er ist eine Sonderform des Plattenwärmetauschers wobei hier das Blech aufgewickelt wurde und sich so eine Spirale ergeben hat.
- Rohr- / Rohrbündel-Wärmetauscher: Dieser Wärmetauscher besteht aus einer Vielzahl an Rohren, die parallel im Mantelraum angeordnet sind.
- U-Rohr-Wärmetauscher: Dieses Modell besteht ebenfalls aus einer Reihe von Rohren wobei diese in der Form eine „U“ gebogen sind. Die Rohre sind dabei immer auf der gleichen Seite gebogen, sodass sie sich problemlos gemeinsam herausnehmen lassen.
- Mantelrohr-Wärmetauscher: Dieser Wärmetauscher hat zwei symmetrisch um einen gemeinsamenen Mittelpunkt angeordnete Rohre wobei das eine Rohr in dem anderen liegt. Das Medium im inneren Rohr wird dabei von dem im äußeren Rohr erwärmt.
Wie viele Wärmetauscher sind notwendig?
Eine Frage, die immer wieder in der Plaung einer Solarthermie Anlage auftaucht ist jene nach der notwendigen Anzahl der Wärmetauscher im Wärmespeicher. Hier muss zunächst zwischen den verschiedenen Anlagenvarianten unterschieden werden. Eine Anlage zur reinen Brauchwassererwärmung hat beispielsweise ganz andere Anforderungen als eine bivalente Solartherme. Für eine rein monovalente Anlage ist ein einfacher Brauchwasserspeicher mit einem oder zwei Tauschern ausreichend. Der Tankraum enthält in diesem Fall das Brauchwasser, was aufgrund der speziell behandelten Oberfläche des Speichers völlig unbedenklich ist. Durch diesen Raum führen dann ein oder zwei Wärmetauscher, durch welche das wärmere Medium fließt. Hier ist es eine „Glaubensfrage“ ob der zweite Tauscher tatsächlich notwendig ist. Überlegt man sich jedoch, dass das warme Wasser im Speicher nach oben steigt, ist es meist effizienter den Speicher erst oben und anschließend unten zu beheizen. Alternativ kann auch der eine Wärmetauscher für die Solarthermie Anlage und der zweite für die ergänzende Heizungsanlage genutzt werden.
Ähnlich verhält es sich beispielsweise uach bei einem Hygienespeicher. Der Tankraum des Speichers enthält hierbei jedoch das Heizungswasser. Zusätzlich zu jenrn für die Solarthermie Anlage gibt es hier einen weiteren Wärmetauscher, den Frischwasserwärmetauscher, in welchem sich das Brauchwasser befindet. Das Brauchwasser wird also im Durchlaufsystem vom Heizungswasser erwärmt. Die Solarflüssigkeit verläuft durch die übrigen Wärmetauscher (wahlweise 1 oder zwei) und erwärmt so ebenfalls das Heizungswasser.
Ein Pufferspeicher arbeitet ebenfalls nach diesem Prinzip. Hier gibt es jedoch keinen speziellen Frischwasserwärmetauscher, durch welchen er auch zu Erwärmung des Trinkwassers geeignet wäre.
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