DE19654037C1 - Anlage zur Gewinnung von Wärme aus Solarenergie - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur Ge­ winnung von Wärme aus Solarenergie, wobei die Anlage min­ destens einen Kollektor und einen Wärmespeicher umfaßt, die durch mindestens je eine Vorlauf- und eine Rücklauf­ leitung verbunden sind, durch welche Wasser als Wärme­ transportmedium mittels einer in Abhängigkeit von der Kollektorausgangs- und/oder Wärmespeicher-Temperatur ge­ regelten Umwälzpumpe im Kreislauf zwischen Kollektor und Wärmespeicher förderbar ist, und wobei ein Wasserbehäl­ ter an den Kreislauf angeschlossen ist; in den bei Be­ darf, insbesondere bei Stillstand der Anlage und/oder bei Frost- oder Überhitzungsgefahr, der Kollektor und ein ausreichender Teil der mit diesem verbundenen Leitun­ gen entleerbar sind und aus dem bei Wegfall des Bedarfs, insbesondere bei Wiederinbetriebnahme der Anlage und/oder bei Entfallen der Frost- oder Überhitzungsgefahr, das Wasser wieder in den Kreislauf einleitbar ist.

Eine Anlage der genannten Art ist bereits aus der DE 195 15 580 A1 bekannt. Bei dieser bekannten Anlage ist ein gegenüber der Außenluft offener Wasserbehälter mit einem Aufnahmevermögen, das mindestens dem Volumen der Kollektoren und der frostgefährdeten Leitungen ent­ spricht, parallel zu dem Wärmespeicher angeschlossen, wobei einerseits die Verbindungsleitungen zum Wärme­ speicher und andererseits die Verbindungsleitungen zum Wasserbehälter getrennt absperrbar sind. In eine Verbin­ dungsleitung vom Wasserbehälter zur Vorlaufleitung zum Kollektor ist eine zusätzliche Pumpe eingebaut, die zur Wiedereinleitung des gegebenenfalls im Wasserbehälter bei Entleerung des Kollektors gesammelten Wassers in den Wasserkreislauf zwischen Kollektor und Wärmespeicher dient.

Als nachteilig wird bei dieser bekannten Anlage angese­ hen, daß sie neben der Umwälzpumpe, die den Wasserkreis­ lauf zwischen Kollektor und Wärmespeicher antreibt, eine zusätzliche Pumpe benötigt, um das im Wasserbehälter ge­ gebenenfalls gesammelte Wasser wieder in den Kreislauf einzuführen. Die Parallelschaltung des Aufnahmebehälters mit dem Wärmespeicher macht außerdem zusätzliche Leitun­ gen erforderlich, über die der Wasserbehälter mit der Vorlaufleitung und der Rücklaufleitung zwischen Kollek­ tor und Wärmespeicher verbunden ist. Da außerdem jede Leitung für sich absperrbar sein soll, sind hier insge­ samt vier Absperrventile erforderlich, was einerseits einen hohen Material- und Installationsaufwand verur­ sacht und was andererseits eine aufwendigere Regelung er­ fordert, da diese zwei Pumpen sowie vier Ventile in ge­ eigneter Weise regeln bzw. umschalten muß.

Weiterhin ist aus der DE 43 38 604 A1 eine Anlage zur Ge­ winnung von Wärme aus Solarenergie bekannt, bei der eben­ falls bei Bedarf, insbesondere bei Frostgefahr, ein Ent­ leeren des Kollektors möglich ist, wobei hier die Ent­ leerung mittels Schwerkraft erfolgt. Allerdings ist auch bei dieser bekannten Anlage für das Wiedereinleiten des nach der Entleerung in einem Wasserbehälter gesammelten Wassers in den Wasserkreislauf zwischen Kollektor und Wärmespeicher eine zusätzliche Pumpe erforderlich. Auch hier ist also nachteilig ein großer Material- und In­ stallationsaufwand sowie eine relativ komplizierte Rege­ lung erforderlich, was den Aufbau und den Betrieb der An­ lage verteuert und, ebenso wie bei der zuvor beschriebe­ nen bekannten Anlage, störungsanfälliger macht.

Weiterhin ist aus der DE 28 39 258 A1 eine Umlaufwasser-Hei­ zungsanlage mit einem Solarkollektor bekannt, bei dem ebenfalls im Bedarfsfall eine Entleerung des Kollektors in einen Wasserbehälter möglich ist. Zur Verbindung des Wasserbehälters mit der Vorlaufleitung und der Rücklauf­ leitung zwischen Kollektor und Wärmespeicher sind hier zwei von einer Regelungseinheit schaltbare Dreiwegeventi­ le erforderlich. Für das Wiedereinleiten des nach der Entleerung des Kollektors im Wasserbehälter gesammelten Wassers in den Wasserkreislauf zwischen Kollektor und Wärmespeicher ist auch hier wieder eine eigene Pumpe er­ forderlich. Weiterer Installationsaufwand entsteht hier dadurch, daß an der höchsten Stelle des Kollektors ein Be- und Entgasungsventil vorgesehen ist, das mit einem ein Gaspolster aufnehmenden Gefäß verbunden ist, dessen Volumen dem Wasservolumen entspricht, das bei Entleerung des Kollektors in den Wasserbehälter gelangt. Auch diese bekannte Anlage erfordert also einen hohen Material- und Installationsaufwand und weist aufgrund der Vielzahl von einem mechanischen Verschleiß unterliegenden Komponenten eine erhöhte Störungsanfälligkeit und einen großen War­ tungsaufwand auf.

Schließlich sind aus der DE 28 37 565 A1, der DE 30 21 422 A1 und der DE 43 18 480 A1 noch Anlagen zur Gewinnung von Wärme aus Solarenergie bekannt, bei denen ebenfalls eine Entleerung des Kollektors im Bedarfsfall möglich ist. Bei diesen letztgenannten Anlagen ist aller­ dings der wesentliche Nachteil vorhanden, daß das bei der Entleerung des Kollektors anfallende Wasser in die Kanalisation oder ins Freie entlassen wird und somit ver­ loren ist. Damit geht auch gegebenenfalls in diesem Was­ ser noch befindliche Wärmeenergie verloren; außerdem muß bei Wiederbefüllung der Kollektoren Frischwasser aus dem Versorgungsnetz in den Kreislauf der Anlage nachgefüllt werden, was jedesmal Kosten verursacht.

Als allgemeiner Stand der Technik sind die DE 38 35 012 A1 und die DE 26 14 142 A1 zusätzlich zu nennen. Dabei er­ folgt jeweils eine auf die Außen- oder Kollektortemperatur bezogene Umschaltung von Magnetventilen zum Entleeren der Kollektoren.

Es stellt sich deshalb die Aufgabe, eine Anlage der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, die die aufgeführten Nachteile vermeidet und die insbesondere bei einem ver­ minderten Material- und Installationsaufwand und mit ei­ ner einfachen Regelung einen zuverlässigen und sparsamen Betrieb der Anlage ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anlage zur Gewinnung von Wärme aus Solarenergie vorgeschlagen, die dadurch ge­ kennzeichnet ist,

• - daß der Wasserbehälter in die Vorlaufleitung vom Kol­ lektor zum Wärmespeicher in einer Höhenlage unterhalb des Kollektors eingeschaltet ist,
• - daß an die Rücklaufleitung vom Wärmespeicher zum Kol­ lektor in einer Höhenlage unterhalb des Kollektors eine unmittelbar oder mittelbar unter Umgehung der Um­ wälzpumpe und unter streckenweiser Mitbenutzung von Vorlauf- und/oder Rücklaufleitung zum Wasserbehälter führende Entleerungsleitung angeschlossen ist und
• - daß die Anlage hinsichtlich der Wasserführung strö­ mungsgesteuert umschaltbar ist, wobei bei vorliegender Kreislaufströmung des Wassers die Rücklaufleitung durchgeschaltet ist und wobei bei nicht vorliegender Kreislaufströmung des Wassers der zwischen dem An­ schluß der Entleerungsleitung und dem Kollektor liegen­ de Teil der Rücklaufleitung mit der Entleerungsleitung verbunden ist.

Die erfindungsgemäße Anlage bietet vorteilhaft einen ein­ fachen Aufbau mit geringem Material- und Installations­ aufwand. Außerdem benötigt sie nur wenige einem mechani­ schen Verschleiß unterliegende Teile, so daß Wartungs- und Reparaturaufwand auf lange Sicht niedrig bleiben. Dies gewährleistet sowohl niedrige Kosten bei der Her­ stellung und der Installation der Anlage als auch im lau­ fenden Betrieb. Die Regelung erfordert ebenfalls nur ei­ nen geringen Aufwand, da das einzige Kriterium für die Umschaltung der Anlage hinsichtlich der Wasserführung das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Kreis­ laufströmung des Wassers ist, was gleichbedeutend mit dem Betriebszustand "Ein" oder "Aus" der Umwälzpumpe ist. Die Entleerung des Kollektors im Bedarfsfall er­ folgt rein durch Schwerkraft, wobei gleichzeitig auch alle frostgefährdeten Teile der Vorlaufleitung und Rück­ laufleitung mit entleert werden. Für das Wiedereinführen des im Wasserbehälter nach der Entleerung des Kollektors gesammelten Wassers in den Wasserkreislauf sind hier keine besonderen Maßnahmen, insbesondere keine zusätzli­ chen Pumpen und Ventile erforderlich, weil der Wasserbe­ hälter in den Verlauf der Vorlaufleitung in Reihe mit dem Wärmespeicher geschaltet ist. Das den Wasserkreis­ lauf zwischen Kollektor und Wärmespeicher durchströmende Wasser gelangt also in jedem Fall auf seinem Weg durch den Wasserbehälter, was zusätzliche Leitungen und Abzwei­ gungen sowie hier gegebenenfalls noch einzuschaltende Absperrventile entbehrlich macht.

Um die Zahl der für den Betrieb der Anlage benötigten Ventile möglichst niedrig zu halten, ist bevorzugt vor­ gesehen, daß am Anschluß der Entleerungsleitung an die Rücklaufleitung ein strömungsgesteuert umschaltbares Dreiwegeventil eingebaut ist.

Dieses Dreiwegeventil kann ein fernbetätigt umschaltba­ res Ventil sein, wie es aus dem Stand der Technik an sich bekannt ist; für die erfindungsgemäße Anlage ist aber zur weiteren Vereinfachung der Installation und zur Verminderung der Störungsgefahr bevorzugt im Dreiwege­ ventil ein in Abhängigkeit von der Wasserströmung durch diese verstellbares Umschaltelement vorgesehen. Damit benötigt das Dreiwegeventil keine externen Mittel zur Umschaltung, wodurch auch hierfür sonst erforderliche elektrische Leitungen oder sonstige Teile überflüssig werden.

Vorteilhaft ist das Umschaltelement im Dreiwegeventil ein verschieblicher Umschaltkörper oder eine verschwenk­ bare Umschaltklappe, da hierdurch eine einfache und da­ durch betriebssichere Konstruktion erreicht wird.

Zur weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß das Dreiwegeventil einen in Einbaulage im wesentlichen verti­ kal verlaufenden ersten Leitungsabschnitt aufweist, in dem der Umschaltkörper zwischen einer oberen und einer unteren Lage axial verschieblich geführt ist, wobei der Umschaltkörper seine obere Lage durch Wasserströmung von unten nach oben und seine untere Lage bei Wasserstill­ stand durch eine Vorbelastungskraft einnimmt, daß von dem ersten Leitungsabschnitt die Entleerungsleitung in Höhe der oberen Lage des Umschaltkörpers abzweigt und daß an den ersten Leitungsabschnitt in Höhe der unteren Lage des Umschaltkörpers der Eingang eines zweiten, ei­ nen Bypass bildenden Leitungsabschnitts liegt, dessen Aus­ gang oberhalb der oberen Lage des Umschaltkörpers in den ersten Leitungsabschnitt einmündet. Durch diese konkrete Ausführung des Dreiwegeventils wird bei einfachster Bau­ weise ein zuverlässiger Betrieb erreicht. Der Umschalt­ körper hat zweckmäßig dabei eine Dichte, die etwas größer ist als die Dichte von Wasser, so daß er im Was­ ser nicht schwimmt, aber von einer von unten auf ihn auf­ treffenden Wasserströmung angehoben werden kann. Bei Was­ serstillstand sinkt der Umschaltkörper nach unten und schaltet so das Dreiwegeventil um. Die für das Absinken nach unten erforderliche Vorbelastungskraft ist im ein­ fachsten Fall die Schwerkraft; alternativ oder zusätz­ lich kann die Vorbelastungskraft auch durch eine Feder­ anordnung erzeugt werden, falls die Schwerkraft allein zur Überwindung der auftretenden Reibungskräfte nicht ausreicht. Hinsichtlich der Führung des Umschaltkörpers innerhalb des zugehörigen ersten Leitungsabschnittes ist zweckmäßig die beiderseitige Bemaßung so, daß bei mög­ lichst kleinen Spaltweiten eine möglichst geringe Rei­ bung auftritt. Durch die verbleibenden Spalte gegebenen­ falls noch auftretende geringe Strömungen in Sperrich­ tung des Dreiwegeventils sind in der vorliegenden Anwen­ dung nicht schädlich und können ohne weiteres in Kauf genommen werden.

Bei der vorbeschriebenen Ausführung des Dreiwegeventils wird dessen Umschaltkörper, solange die Umwälzpumpe in Betrieb ist, in seiner oberen Stellung gehalten, in der die Rücklaufleitung vom Wärmespeicher zum Kollektor durchgeschaltet ist. Gleichzeitig verschließt der Um­ schaltkörper den Anschluß der Entleerungsleitung an die Rücklaufleitung. In diesem Falle strömt das Wasser als Wärmetransportmedium in gewünschter Weise im Kreislauf zwischen Kollektor und Wärmespeicher. Wenn durch die zu­ gehörige Regelung der Anlage festgestellt wird, daß Be­ darf für eine Entleerung des Kollektors besteht, wird einfach die Umwälzpumpe ausgeschaltet, was zum Still­ stand jeglicher Wasserströmung im Wasserkreislauf führt. Hierdurch entfällt die auf den Umschaltkörper wirkende Kraft, so daß der Umschaltkörper in seine untere Lage ab­ sinkt. In dieser Lage des Umschaltkörpers verbindet das Dreiwegeventil den oberhalb des Anschlusses der Entlee­ rungsleitung liegenden Teil der Rücklaufleitung sowie den Kollektor mit der zum Wasserbehälter führenden Ent­ leerungsleitung. Auf diesem Wege strömt allein durch Schwerkraftwirkung das Wasser aus dem Kollektor durch die Entleerungsleitung entweder unmittelbar oder, unter Umgehung der Umwälzpumpe, unter streckenweiser Mitbe­ nutzung von Rücklauf- und/oder Vorlaufleitung in den Wasserbehälter, wo es bis zur Wiederinbetriebnahme der Anlage verbleibt. Sobald danach die Umwälzpumpe wieder eingeschaltet wird, tritt wieder die Wasserströmung für den Wasserkreislauf ein, was den Umschaltkörper wieder in seine obere Lage bringt und den weiter oben erläuter­ ten Betriebszustand der Anlage bewirkt.

Um das ordnungsgemäße Funktionieren des Dreiwegeventils ohne aufwendige Demontage überwachen zu können, ist vor­ gesehen, daß an dem Dreiwegeventil eine von außen wahr­ nehmbare Stellungsanzeige vorhanden ist. Diese Stellungs­ anzeige kann beispielsweise ein durchsichtiges Fenster im Bereich des ersten Leitungsabschnittes des Dreiwege­ ventils sein, durch den hindurch der Umschaltkörper be­ obachtbar und seine jeweilige Stellung feststellbar ist.

Weiter ist vorgesehen, daß der Wasserbehälter gegen die Umgebung abgedichtet ist. Hierdurch werden Wärmeverluste und Wasserverluste an die Umgebung vermieden und es wird die Korrosionsgefahr innerhalb der wasserführenden Teile der Anlage vermindert.

Um Schäden an der Anlage durch Überdruck zu vermeiden, ist weiter vorgesehen, daß an den Wasserbehälter an des­ sen höchsten Punkt oder an dessen unteren, stets Wasser enthaltenden Bereich, ein einstellbares Überdruck- oder Sicherheitsventil angebaut ist. Da der Wasserbehälter auf jeden Fall so groß sein muß, daß er die gesamte Was­ sermenge aus dem Kollektor und den zugehörigen Teilen der Vorlauf- und Rücklaufleitung aufnehmen kann, ist der Wasserbehälter auch gleichzeitig als Druckausgleichsbe­ hälter geeignet, der Volumenschwankungen des Wassers in­ folge von Temperaturänderungen aufnimmt. Hierzu ist ober­ halb des Wasserspiegels im Wasserbehälter ein Luftvolu­ men vorhanden, das mehr oder weniger komprimiert wird. Nur bei Auftreten von zu hohen Drücken wird der Über­ druck in Form von entweder Luft oder Wasser durch das erwähnte Ventil abgelassen.

Bevorzugt ist die Umwälzpumpe eine Verdrängerpumpe, da hierdurch ein relativ hoher Wasserdruck auf der Pumpen-Aus­ laßseite erzeugbar ist, was für einen schnellen Was­ sertransport im Kreislauf zwischen Kollektor und Wärme­ speicher zweckmäßig ist und was die zuverlässige Funk­ tion des Dreiwegeventils positiv beeinflußt.

Eine bevorzugte Anbringungsstelle der Umwälzpumpe ist entweder der Bereich der Vorlaufleitung zwischen Wasser­ behälter und Wärmespeicher oder der Bereich der Rücklauf­ leitung zwischen Wärmespeicher und Anschluß der Entlee­ rungsleitung. In diesen genannten Bereichen der Vorlauf­ leitung oder Rücklaufleitung bleibt auch bei entleerten Kollektoren stets Wasser stehen, so daß die Umwälzpumpe niemals trockenlaufen kann und sofort nach ihrem Ein­ schalten die gewünschte Wasserströmung erzeugt. Damit kann auch eine Pumpe verwendet werden, die keinen Trockenlauf verträgt und die nicht in der Lage ist, bei Trockenlauf Wasser anzusaugen.

Um den Installationsaufwand bei der Erstellung der Anla­ ge möglichst gering zu halten, wird vorgeschlagen, daß die Umwälzpumpe in räumlich unmittelbarer Nähe zum An­ schluß der Entleerungsleitung in die Rücklaufleitung ein­ geschaltet ist und daß die Entleerungsleitung mit ihrem anderen Ende räumlich unterhalb der Umwälzpumpe und in Rücklauf-Strömungsrichtung gesehen vor der Umwälzpumpe in die Rücklaufleitung mündet. Vorteilhaft ist bei die­ ser Ausgestaltung auch, daß für die Entleerungsleitung nur eine sehr kurze Leitungslänge erforderlich ist, da in dieser Ausführung lediglich die Pumpe mit der Entlee­ rungsleitung umgangen werden muß. Die Einmündung des anderen Endes der Entleerungsleitung in die Rücklauflei­ tung kann durch ein einfaches T-Stück gebildet werden, da hier keinerlei Umschaltfunktion nötig ist.

Schließlich sieht eine Weiterbildung der zuletzt be­ schriebenen Ausführung der Anlage vor, daß die Umwälzpum­ pe, das Dreiwegeventil und die Entleerungsleitung zu einem vorgefertigten gekapselten Installationsblock zusammengefaßt sind. Diese Zusammenfassung vereinfacht die Installation der Anlage auf der Baustelle weiter und schließt Installationsfehler weitgehend aus. Außerdem wird so eine sehr kompakte Anordnung erreicht, was auch bei engen Platzverhältnissen eine problemlose Unterbrin­ gung dieser Teile der Anlage ermöglicht. An diesen In­ stallationsblock müssen dann nur noch zwei Wasserleitun­ gen angeschlossen werden sowie eine elektrische Verbin­ dung für die Pumpe hergestellt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand einer Zeichnung erläutert. Die Figuren der Zeich­ nung zeigen:

Fig. 1 eine erste Anlage zur Gewinnung von Wärme aus Solarenergie in einer schematischen Darstellung in einer ersten, der Wärmegewinnung dienenden Be­ triebsweise,

Fig. 2 die Anlage aus Fig. 1 in einem der Entleerung eines einen Teil der Anlage bildenden Kollektors dienenden Betriebsweise und

Fig. 3 eine zweite Anlage zur Gewinnung von Wärme aus Solarenergie in gleicher Darstellung und Betriebsweise wie die Anlage nach Fig. 1.

Wie die Fig. 1 der Zeichnung zeigt, umfaßt das hier dar­ gestellte Ausführungsbeispiel der Anlage 1 als wesentli­ che Teile mindestens einen Kollektor 10 und einen Wärme­ speicher 20, zwischen denen Wasser als Wärmetransport­ medium durch eine Rücklaufleitung 11 und eine Vorlauflei­ tung 12 im Kreislauf geführt ist. Zur Förderung des Was­ sers in diesem Kreislauf dient eine Umwälzpumpe 30, die hier im Verlauf der Vorlaufleitung 12 angeordnet ist.

Der Kollektor 10 befindet sich beispielsweise oberhalb einer Dachkonstruktion 60, wo er der Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist. Der Wärmespeicher 20 kann sich an einer beliebigen Stelle innerhalb des zugehörigen Gebäudes be­ finden, beispielsweise im Keller. Im Wärmespeicher 20 wird Brauch- und/oder Heizungswasser mittels eines in den Wasserkreislauf eingeschalteten Wärmetauschers 21 erwärmt, wobei Kaltwasser unten durch einen Einlauf 22 eingeleitet und Warmwasser oben durch einen Auslauf 23 abgezogen werden kann. Wie bekannt, kann zur bedarfswei­ sen Nachbeheizung noch eine weitere Wärmequelle ange­ schlossen sein, z. B. ein mit fossilem Brennstoff gefeuer­ ter Kessel.

Weiterhin umfaßt die dargestellte Anlage 1 eine Rege­ lungseinrichtung, die aus einem Pumpenregler 33 besteht, der über gestrichelt dargestellte elektrische Leitungen mit zwei Temperaturfühlern 31, 32 sowie mit der Pumpe 30 verbunden ist. Der Temperaturfühler 31 ist dem Ausgang des Kollektors 10 zugeordnet; der Temperaturfühler 32 ist an dem Wärmespeicher 20 angebracht. Nach Maßgabe der ermittelten Temperaturen an den beiden Temperaturfühlern 31, 32 entscheidet der Pumpenregler 33, ob die Pumpe 30 eingeschaltet oder ausgeschaltet wird.

Zur Anlage 1 gehört außerdem ein Wasserbehälter 40, der im Verlauf der Vorlaufleitung 12 zwischen dem Kollektor 10 und der Pumpe 30 eingebaut ist. Der Behälter 40 ist gegenüber der Umgebung abgedichtet und besitzt an seiner höchsten Stelle ein Überdruckventil 41. Der Behälter 40 dient in seiner einen Funktion als Druckausgleichsbehäl­ ter für den Wasserkreislauf und gleicht Volumenschwankun­ gen des im Kreislauf geführten Wassers infolge von Tem­ peraturänderungen aus.

Neben der Rücklaufleitung 11 und der Vorlaufleitung 12 ist als weitere Leitung eine Entleerungsleitung 14 vor­ handen, die zur Entleerung des Kollektors 10 bei Bedarf, insbesondere bei Frostgefahr oder bei Stillstand der An­ lage 1 dient. Die Entleerungsleitung 14 ist unterhalb des Kollektors 10 an die Rücklaufleitung 11 angeschlos­ sen und mündet mit ihrem anderen Ende in den Wasserbehäl­ ter 40, der somit in seiner zweiten Funktion als Spei­ cher dient.

Der Anschluß der Entleerungsleitung 14 an die Rücklauf­ leitung 11 ist durch ein Dreiwegeventil 50 gebildet. Die­ ses Dreiwegeventil 50 ist im vorliegenden Ausführungsbei­ spiel ein strömungsabhängig selbsttätig umschaltendes Ventil. Hierzu ist im Inneren des Dreiwegeventils 50 ein erster, im wesentlichen vertikal verlaufender Leitungsab­ schnitt 51 vorgesehen, in welchem ein Umschaltkörper 53 zwischen einem oberen Anschlag 53' und einem unteren Anschlag 53'' begrenzt axial verschieblich geführt ist. In dem in Fig. 1 dargestellten Betriebszustand der An­ lage 1, in der diese zur Gewinnung von Wärme aus Sonnen­ energie benutzt wird, ist die Pumpe 30 eingeschaltet und sorgt für eine Wasserströmung im Kreislauf durch die Rücklaufleitung 11, den Kollektor 10, die Vorlaufleitung 12, den Wasserbehälter 40 und den Wärmespeicher 20, ge­ nauer durch den in diesem angeordneten Wärmetauscher 21. Durch die vorliegende Wasserströmung, deren Richtung durch Pfeile angegeben ist, wird der Umschaltkörper 53 in seine obere Lage, in der er am oberen Anschlag 53' anliegt, gehoben. In dieser Stellung verschließt der Um­ schaltkörper 53 einen Abgang 54 des Dreiwegeventils 50 zur Entleerungsleitung 14; gleichzeitig ist die Rücklauf­ leitung 11 zum Kollektor 10 durchgeschaltet, wobei das Wasser innerhalb des Dreiwegeventils 50 in diesem Schalt­ zustand des Umschaltkörpers 53 durch einen zweiten Lei­ tungsabschnitt 52 strömt, der einen Bypass bildet.

Fig. 2 der Zeichnung zeigt die Anlage 1 in einem Be­ triebszustand, den diese bei bedarfsweiser Entleerung des Kollektors 10 und der diesem benachbarten Teile von Rücklaufleitung 11 und Vorlaufleitung 12 einnimmt. Das Vorliegen eines Bedarfs für die Entleerung des Kollek­ tors 10 wird durch den Pumpenregler 33 beispielsweise anhand des Unterschreitens einer unteren Grenztemperatur oder Überschreitens einer oberen Grenztemperatur am Tem­ peraturfühler 31 erkannt, die eine Frostgefahr oder Sie­ degefahr für das im Kollektor 10 befindliche Wasser signa­ lisiert. Bei Vorliegen dieser Bedingung schaltet der Pumpenregler 33 die Umwälzpumpe 30 aus. Hierdurch kommt die Kreislaufströmung zwischen Kollektor 10 und dem in Fig. 2 nicht mehr dargestellten Wärmespeicher 20 zum Erliegen. Durch den Wegfall der Wasserströmung in der Rücklaufleitung 11 sinkt nun durch Schwerkraftwirkung der Umschaltkörper 53 aus seiner oberen Stellung gemäß Fig. 1 in seine in Fig. 2 gezeichnete untere Stellung, in der er an dem unteren Anschlag 53'' anliegt. In die­ ser Stellung verschließt der Umschaltkörper 53 den Durch­ gang der Rücklaufleitung 11 zum Kollektor 10; gleichzei­ tig wird in dieser unteren Lage des Umschaltkörpers 53 der oberhalb des Dreiwegeventils 50 liegende Abschnitt 11' der Rücklaufleitung 11 mit der Entleerungsleitung 14 verbunden. Auf diese Weise wird unter Schwerkraftwirkung ein Abströmen des Wassers aus dem Kollektor 10 durch den Abschnitt 11' der Rücklaufleitung 11 und die Entleerungs­ leitung 14 in den Wasserbehälter 40 ermöglicht. Durch die Vorlaufleitung 12 gelangt Luft aus dem Wasserbehäl­ ter 40 in den Kollektor 10, so daß nach und nach das Wasser im Kollektor 10 durch Luft ersetzt wird. Hier­ durch wird jede Gefahr von Frostschäden am Kollektor 10 oder die Gefahr von Dampfbildung im Kollektor 10 und an/in den Teilen der Rücklaufleitung 11 bzw. 11' und der Vorlaufleitung 12 außerhalb der wärmeisolierten Dach­ konstruktion 60 ausgeschlossen.

Sobald die Umwälzpumpe 30, die bevorzugt eine Verdränger­ pumpe ist, wieder eingeschaltet wird, weil der Pumpenreg­ ler 33 am Temperaturfühler 31 unkritische Temperaturen feststellt, wird der Umschaltkörper 53 innerhalb des Dreiwegeventils so wieder in seine Stellung gemäß Fig. 1 bewegt, was allein durch die Wasserströmung bewirkt wird. Der Kollektor 10 wird nun wieder von unten her mit Wasser befüllt, wobei die Luft aus dem Kollektor 10 durch die Vorlaufleitung 12 in den Wasserbehälter 40 verdrängt wird.

Fig. 3 der Zeichnung schließlich zeigt eine Anlage 1, die gegenüber der anhand von Fig. 1 und Fig. 2 be­ schriebenen Anlage in der Anordnung und Zuordnung einzel­ ner Anlagenteile abgewandelt ist.

Der Kollektor 10 ist auch bei der Anlage 1 gemäß Fig. 3 wieder oberhalb der Dachkonstruktion 60 angeordnet und mittels einer Vorlaufleitung 12 und einer Rücklauflei­ tung 11 mit dem Wärmespeicher 20 verbunden. Weiterhin ist auch hier der Wasserbehälter 40 in die Vorlauflei­ tung 12 eingeschaltet sowie das Dreiwegeventil 50 in die Rücklaufleitung 11 eingebaut. Außerdem ist auch hier der schon beschriebene Pumpenregler 33 mit den zwei zugeord­ neten Temperaturfühlern 31, 32 vorhanden.

Anders als bei der Anlage 1 gemäß Fig. 1 und 2 sind bei der Anlage 1 gemäß Fig. 3 die Umwälzpumpe 30 und die Entleerungsleitung 14 angeordnet bzw. geführt. Die Um­ wälzpumpe 30 ist hier in die Rücklaufleitung 11 einge­ baut, wobei sie in Strömungsrichtung gesehen kurz vor dem Dreiwegeventil 50 liegt. Die Entleerungsleitung 14 ist hier vom Dreiwegeventil 50 unter Umgehung der Umwälz­ pumpe 30 in die Rücklaufleitung 11 unterhalb der Pumpe 30 geführt. Die Anordnung aus Umwälzpumpe 30, Dreiwege­ ventil 50 und Entleerungsleitung 14 kann zur Vereinfa­ chung der Installation zu einer vormontierten kompakten Installationseinheit vorgefertigt sein, die dann auf ein­ fache Weise in die Rücklaufleitung 11 eingebaut werden kann
Im normalen Betrieb der Anlage 1, d. h. bei ausreichender Sonneneinstahlung, ist die Umwälzpumpe 30 eingeschaltet und sorgt für die in durchgezogenen Pfeilen dargestell­ ten Strömungsverhältnisse in der Rücklaufleitung 11 und der Vorlaufleitung 12 sowie den diesen zugeordneten wei­ teren Teilen der Anlage 1. Bei Bedarf, d. h. bei Still­ stand der Anlage 1 oder bei Frostgefahr oder bei Über­ hitzungsgefahr, ist die Umwälzpumpe 30 vom Pumpenregler 33 aus abgeschaltet, wodurch sich dann vorübergehend die durch gestrichelte Pfeile dargestellten Strömungen erge­ ben. In diesem Zustand der Anlage 1 läuft das Wasser aus dem Kollektor 10 durch den Leitungsteil 11' der Rücklauf­ leitung und das Dreiwegeventil 50 in die Entleerungslei­ tung 14. Durch diese Entleerungsleitung 14 strömt das Wasser weiter unter Umgebung der Umwälzpumpe 30 in den unteren Bereich der Rücklaufleitung 11 sowie durch den Wärmetauscher 21 im Wärmespeicher 20 und den unteren Be­ reich der Vorlaufleitung 12 bis in den Wasserbehälter 40. Ein kleiner Teil Wasser läuft aus der Vorlaufleitung 12 direkt nach unten in den Wasserbehälter 40. Das aus dem Kollektor 10 abströmende Wasser wird durch die Vor­ laufleitung 12 durch Luft aus dem Wasserbehälter 40 er­ setzt. Diese Strömung, die zu einer Entleerung des Kollektors 10 und der diesem benachbarten Teile von Rück­ laufleitung 11, 11' und Vorlaufleitung 12 führt, dauert so lange an, bis sich ein ausgeglichener Wasserstand in den Leitungen 11, 12 und im Wasserbehälter 40 einge­ stellt hat. Nach Einstellung dieses gleichen Wasserstan­ des kommt jede Strömung zum Erliegen und die Anlage 1 steht vollkommen still und unterliegt keiner Beschädi­ gungsgefahr durch Frost oder Überhitzung mehr.

Zur Wiederinbetriebnahme der Anlage 1 gemäß Fig. 3 ge­ nügt es, wie bei der zuvor beschriebenen Anlage, die Pumpe 30 wieder einzuschalten, wodurch sich dann wieder die durch durchgezogene Pfeile dargestellten Strömungs­ verhältnisse inklusive Umschaltung des Dreiwegeventils 50 ergeben.

Eine letzte Änderung der Anlage 1 gemäß Fig. 3 gegen­ über der zuvor beschriebenen Anlage besteht darin, daß hier das Sicherheitsventil 41 am unteren Teil des Wasser­ behälters 40 vorgesehen ist, so daß bei Entstehen eines Überdrucks im System der Anlage 1 eine Ableitung von Wasser aus dem Wasserbehälter 40 erfolgt, bis wieder unkritische Druckhöhen erreicht sind. Die Ableitung des durch das Sicherheitsventil 41 entlassenen Wassers kann beispielsweise in die Kanalisation oder auch in bereitge­ stellte separate Behälter erfolgen.

Claims (12)

1. Anlage zur Gewinnung von Wärme aus Solarenergie, wo­ bei die Anlage (1) mindestens einen Kollektor (10) und einen Wärmespeicher (20) umfaßt, die durch minde­ stens je eine Vorlauf- und eine Rücklaufleitung (12, 11) verbunden sind, durch welche Wasser als Wärme­ transportmedium mittels einer in Abhängigkeit von der Kollektorausgangs- und/oder Wärmespeicher-Tempe­ ratur geregelten Umwälzpumpe (30) im Kreislauf zwi­ schen Kollektor (10) und Wärmespeicher (20) förder­ bar ist, und wobei ein Wasserbehälter (40) an den Kreislauf angeschlossen ist, in den bei Bedarf, ins­ besondere bei Stillstand der Anlage (1) und/oder bei Frost- oder Überhitzungsgefahr, der Kollektor (10) und ein ausreichender Teil der mit diesem verbunde­ nen Leitungen (11, 12) entleerbar sind und aus dem bei Wegfall des Bedarfs, insbesondere bei Wiederin­ betriebnahme der Anlage (1) und/oder bei Entfallen der Frost- oder Überhitzungsgefahr, das Wasser wieder in den Kreislauf einleitbar ist, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Wasserbehälter (40) in die Vorlaufleitung (12) vom Kollektor (10) zum Wärmespeicher (20) in einer Höhenlage unterhalb des Kollektors (10) derart eingeschaltet ist, daß er im normalen Betrieb der Anlage vom Wasser durchströmt wird,
• - daß an die Rücklaufleitung (11) vom Wärmespeicher (20) zum Kollektor (10) in einer Höhenlage unter­ halb des Kollektors (10) eine unmittelbar oder mittelbar unter Umgehung der Umwälzpumpe (30) und unter streckenweiser Mitbenutzung von Vorlauf- und/oder Rücklaufleitung (12, 11) zum Wasserbehäl­ ter (40) führende Entleerungsleitung (14) ange­ schlossen ist und
• - daß die Anlage (1) hinsichtlich der Wasserführung strömungsgesteuert umschaltbar ist, wobei bei vor­ liegender Kreislaufströmung des Wassers die Rück­ laufleitung (11) durchgeschaltet ist und wobei bei nicht vorliegender Kreislaufströmung des Wassers der zwischen dem Anschluß der Entleerungsleitung (14) und dem Kollektor (10) liegende Teil (11') der Rücklaufleitung (11) mit der Entleerungsleitung (14) verbunden ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Abschluß der Entleerungsleitung (14) an die Rück­ laufleitung (11) ein strömungsgesteuert umschalt­ bares Dreiwegeventil (50) eingebaut ist.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Dreiwegeventil (50) ein in Abhängigkeit von der Wasserströmung durch diese verstellbares Umschalt­ element (53) vorgesehen ist.

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltelement (53) ein verschieblicher Um­ schaltkörper oder eine verschwenkbare Umschaltklap­ pe ist.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dreiwegeventil (50) einen in Einbaulage im we­ sentlichen vertikal verlaufenden ersten Leitungs­ abschnitt (51) aufweist, in dem der Umschaltkörper (53) zwischen einer oberen und einer unteren Lage axial verschieblich geführt ist, wobei der Umschalt­ körper (53) seine obere Lage durch Wasserströmung von unten nach oben und seine unter Lage bei Was­ serstillstand durch eine Vorbelastungskraft ein­ nimmt, daß von dem ersten Leitungsabschnitt (51) die Entleerungsleitung (14) in Höhe der oberen Lage des Umschaltkörpers (53) abzweigt und daß an den ersten Leitungsabschnitt (51) in Höhe der unteren Lage des Umschaltkörpers (53) der Eingang eines zweiten, einen Bypass bildenden Leitungsabschnitts (52) liegt, dessen Ausgang oberhalb der oberen Lage des Umschaltkörpers (53) in den ersten Leitungsab­ schnitt (51) einmündet.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Dreiwegeventil (50) eine von außen wahrnehmbare Stellungsanzeige vorgesehen ist.

7. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Wasserbehälter (40) gegen die Umgebung abgedichtet ist.

8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den Wasserbehälter (40) an dessen höchstem Punkt oder an dessen unteren, Wasser enthaltenden Bereich ein einstellbares Überdruck- oder Sicherheitsventil (41) angebaut ist.

9. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpe (30) eine Verdrängerpumpe ist.

10. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpe (30) in die Vorlaufleitung (12) zwischen Wasserbehälter 40 und Wärmespeicher (20) oder in die Rücklauf­ leitung (11) zwischen Wärmespeicher (20) und An­ schluß der Entleerungsleitung (14) eingeschaltet ist.

11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpe (30) in räumlich unmittelbarer Nähe zum Anschluß der Entleerungsleitung (14) in die Rücklaufleitung (11) eingeschaltet ist und daß die Entleerungsleitung (14) mit ihrem anderen Ende räumlich unterhalb der Umwälzpumpe (30) und in Rück­ lauf-Strömungsrichtung gesehen vor der Umwälzpumpe in die Rücklaufleitung (11) mündet.

12. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpe (30), das Dreiwegeventil (50) und die Entleerungsleitung (14) zu einem vorgefertigten gekapselten Installationsblock zusammengefaßt sind.