Weichwasser für die Solarthermie - Neuentwicklung verhindert Verkalkung von Wärmetauschern

Bild 1: Entwicklung des Solarthermiemarktes in Deutschland.

Vor dem Hintergrund der Finanzkrise sehen drei Viertel aller Haus- und Wohnungseigentümer im Umstieg auf Solarthermie-, Holzpellet- oder Erdwärmeheizungen eine lohnende Investition (Bild 1). Auch der seit Beginn des Jahres für Neubauten geltenden Nutzungspflicht von Erneuerbarer Energie (EEWärmeG) steht eine große Mehrheit der Befragten positiv gegenüber. Das ergab eine Umfrage des Meinungsforschungsinstituts Forsa im Auftrag der Agentur für Erneuerbare Energien.

Der Bundesverband Solarwirtschaft (BSW) rechnet für 2009 bei der Solarthermie denn auch mit einem Absatzplus von 100 %. Dieser erwartete Umsatzschub erklärt sich aus dem klaren Vorteil der Solarthermie, dass diese Energiequelle praktisch unerschöpflich ist - und sie nichts kostet.

Investieren muss der Betreiber allerdings in die notwendige "Ernte-Technik": Herzstück der thermischen Solaranlagen ist der Kollektor auf dem Dach. Beschichtete Kupferbleche (Absorber) wandeln die kurzwellige Lichtenergie der Sonne in Wärme um und übertragen diese auf die in Kupfer- oder Aluminiumrohren fließende Wärmeträgerflüssigkeit (meist ein Wasser/Glykol-Gemisch).

Thermische Solaranlagen werden über einen Solarregler in Betrieb genommen. Sobald die Temperatur am Kollektor die Temperatur im Speicher um einige Grad übersteigt, schaltet die Regelung die Solarkreis-Umwälzpumpe ein, und die Wärmeträgerflüssigkeit transportiert die im Kollektor aufgenommene Wärme in den unteren Wärmetauscher des Pufferspeichers im Keller und gibt ihre Wärme an das kältere Pufferwasser ab. Das auf diese Weise erwärmte Wasser steigt im Speicher nach oben und kann - wiederum per Wärmetauscher - zum Duschen, Baden und als zusätzliche Heizenergie verwendet werden.

###newpage###

Verkalkte Wärmetauscher als "Energiebremse"
Was dabei oft nicht beachtet wird: Verkalkt der Wärmetauscher durch hartes kalkhaltiges Wasser, fällt die Ernte der Sonnenenergie deutlich bescheidener aus. Hier bietet der  Schriesheimer Hersteller BWT Wassertechnik mit den Weichwasseranlagen "AQA solar" eine praxisgerechte Lösung an: Mit zwei verschiedenen Wasserqualitäten kann selbst bei höchsten Pufferspeicher-Temperaturen sehr gutes Wasser für die effiziente Nutzung der Solarthermie bereitgestellt werden.

Zum Hintergrund: Generell besteht bei Wärmetauscherprozessen bei mittelhartem bis hartem Wasser in Abhängigkeit der Temperatur die Gefahr des Verkalkens (Bild 2). Bei Kombispeichern merkt der Hausbesitzer das Verkalken daran, dass ihm weniger Warmwasser zur Verfügung steht. Für Frischwasserstationen gilt dies auch - jedoch wird hier viel früher die Rücklauftemperatur in den Pufferspeicher (Schichtenspeicher) zu hoch (Auslegung teilweise 20 bis 25 °C), was zu unerwünschten Durchmischungen des Speichers führt.

Bild 2: Tendenz zur Bildung von Kalkausscheidungen in Abhängigkeit der Temperatur.

Stimmen die geplanten Temperaturen und Volumenströme durch das Verkalken der Wärmetauscher nicht mehr, sind ungeplante Durchmischungen des Pufferspeichers die Folge, die Schichtung wird zerstört und schränkt die effektiv nutzbare Wärmemenge deutlich ein.

Energieeffizienz und das Kalkproblem
Vergleichbar mit der Dämmwirkung unterschiedlicher Baustoffe kann die Wärmeleitfähigkeit verschiedener Werkstoffe (Materialien wie Kupfer, Aluminium, Edelstahl, Kalk, Zement-Putz u. v. m.) gesehen werden.

Ein 17 cm dicker Dämmstoff (WLG 040) hat z. B. die gleiche Dämmwirkung wie 892 cm Beton - beeindruckend. Wurde schon von unseren Vorvätern die dämmende Wirkung von Kalkzement (Außenputz) und Gips (Innenputz) beim Bauen eines Gebäudes bewusst eingesetzt, ist die Dämmwirkung von Kalk auf wärme-übertragende Materialien wie Kupfer, Aluminium oder Edelstahl offenbar noch nicht genügend bekannt.

###newpage###

Aber - eine "Wärmetauscher-Wanddämmung" ist für die effiziente Wärme-übertragung nicht zielführend. So wird der Wärmedurchgang des Materials schon bei 1 mm Kalkbelag um ca. 80 % verringert. Der Wirkungsgrad verringert sich um ca. 30 %.

Weichwasseranlagen des Typs "AQA solar" bieten hier eine einfache Lösung. Mit zwei verschiedenen Wasserhärte-Qualitäten kann selbst bei höchsten Pufferspeichertemperaturen sehr gutes Wasser für die effiziente Nutzung der Solarthermie bereitgestellt werden (Bild 3). Ein Weichwasser, das vom Kalkausscheidungspotenzial als "kalklösend" bezeichnet werden kann, verhindert bei allen Betriebszuständen eine "Wärmetauscher-Wanddämmung" und stellt so einen effizienten Wärmetausch und eine korrekte Rücklauftemperatur sicher.

Bild 3: "AQA solar" bietet zwei Weichwasserqualitäten an: Qualität 1 ist Weichwasser 4-8° dH; Qualität 2 ist "Solar-Weichwasser" 1-4 °dH.

Die spezifische Lösung - es stehen zwei Weichwasserausgänge für zwei unterschiedliche Wasserqualitäten zur Verfügung - sichert so selbst bei hohen Temperaturen, dass das zu erwärmende Trinkwasser nicht kalkabscheidend wird. Das Trinkwasser kalt hat weiterhin alle Vorteile von weichem Wasser - glänzendes Geschirr, Hochglanz im Bad, Schutz der Armaturen, Rohrleitungen und Anlagen wie Wasch-, Spül- und Kaffeemaschinen und last but not least Einsparungen von Energie, Wasch- und Reinigungsmitteln sowie das wohlige Gefühl von "weichem" Wasser.

Bilder: WIP-Renewable Energies / Axel Grabitz

Autor
Dipl.-Ing. Willibald Schodorf ist Leiter Technische Geschäfte bei:
BWT Wassertechnik GmbH
69198 Schriesheim
Tel. 06203 730
Fax 06203 73102
bwt@bwt.de
www.bwt.de