Solarkreislauf: Komplettlösungen für Energiesparprofis Kupfer in der Solarthermie (Teil 3)

Als Rohrleitungen für Solaranlagen werden heute nahezu ausschließlich Kupferrohre eingesetzt. Dies gilt nicht nur für die Rohrführung innerhalb des Solarkollektors, wo es unter anderem auf eine besonders gute Wärmeleitfähigkeit ankommt, sondern auch für den Kreislauf zwischen Kollektor, Ausdehnungsgefäß, Pumpe und Solarspeicher. Denn der Werkstoff Kupfer ist besonders witterungsbeständig und langlebig. Er widersteht sowohl Temperaturen von 150°C und mehr als auch extremen Minusgraden im Winter.
Neben seiner exzellenten Alterungsbeständigkeit unter Wärme ist er auch gegen Sonnenlicht bzw. die hierin enthaltenen UV-Strahlen unempfindlich. Kupferrohre zeichnen sich durch eine im Vergleich zu anderen Werkstoffen geringe spezifische Wärmedehnung aus, was angesichts der hohen Temperaturunterschiede von besonderer Bedeutung ist. Zudem können sie einfach und schnell verlegt werden. Für die Solarthermie dürfen alle Kupferrohre nach DIN EN 1057 verwendet werden.
Mit anderen Worten: Solar-Kreislaufsysteme aus Kupfer sind Stand der Technik, vergleichbar zu den bewährten Kupferrohrsystemen in der Hausinstallations- und Heizungsbautechnik sowie in der Kälte-Klimatechnik. Eins der beliebtesten Markenkupferrohre für die Verbindungsleitungen zwischen Solarkollektoren und Speichern ist vor diesem Hintergrund das blanke „Sanco“, Europas meistverlegtes Kupferrohr für die Hausinstallation. Um die Wärmeverluste zwischen Kollektor und Speicher gering zu halten, sollten die Leitungswege kurz sein. Für Anlagen im Ein- und Zweifamilienhausbereich reichen dabei meist Kupferrohre der Dimensionen 15 x 1,0 bis 18 x 1,0 aus, um einen optimalen Wärmetransport zu gewährleisten.


Als Rohrleitungen für Solaranlagen werden heute nahezu ausschließlich Kupferrohre eingesetzt. Dies gilt nicht nur für die Rohrführung innerhalb des Solarkollektors, wo es unter anderem auf eine besonders gute Wärmeleitfähigkeit ankommt, sondern auch für den Kreislauf zwischen Kollektor, Ausdehnungsgefäß, Pumpe und Solarspeicher.

Komplettlösungen für die Wärmedämmung
Eine häufig gestellte Frage bezieht sich auf die Wärmedämmung des Solarkreislaufs. Ulrich Stahl, Leiter der Technischen Kundenberatung beim Kupferrohrhersteller KME Germany AG & Co. KG (Osnabrück): „Hier gibt es in der EnEV 2009 keine Anforderungen an die Begrenzung der Wärmeabgabe, da die Verwendung von Solarenergie ja CO₂-neutral ist. Um den Ertrag der Solaranlage zu optimieren, sollte die erzeugte Wärme jedoch möglichst ohne große Verluste zum Solarspeicher transportiert werden.“ Daher werde auch bei Rohrleitungen von Solaranlagen eine Dämmschichtdicke gemäß Anlage 5, Tabelle 1 der EnEV 2009 empfohlen.
Vor diesem Hintergrund sind thermische Solaranlagen neben Heizungs- und Warmwasserinstallationen ein weiterer wichtiger Einsatzbereich für das Energiesparrohr „Wicu Eco“, das – wie „Sanco“ – ebenfalls von KME hergestellt wird. Das Markenkupferrohr ist werkseitig mit einer den Anforderungen der EnEV 2009 entsprechenden Wärmedämmung versehen. Die spezielle PUR-Ummantelung verfügt dabei nicht nur über eine besonders gute Dämmwirkung, sondern auch über eine extrem hohe Temperaturbeständigkeit bis zu einer Medientemperatur im Betrieb von 150°C, kurzzeitig auch höher. Zudem weist sie eine hohe Beständigkeit gegen UV-Licht und Witterungseinflüsse auf. Damit ist „Wicu Eco“ auch für den Kollektorkreislauf einer thermischen Solaranlage optimal geeignet.

Im Adolf-Kolping-Berufskolleg des Erftkreises wurde als gemeinsames Projekt von Lehrern und Schülern eine thermische Solaranlage für die Warmwasserbereitung in Schulgebäude und Sporthalle realisiert.

Geringe Außendurchmesser für flexible Verlegung
Das Dämmmaterial verfügt über eine extrem geringe Wärmeleitfähigkeit von = 0,026 W/mK. Die gute Dämmwirkung reduziert Wärmeverluste aus dem Solarkreislauf an die Außenluft auf ein Minimum und optimiert somit den Ertrag einer thermischen Solaranlage. Solar-, Heizungs- und Warmwasserinstallationen aus „Wicu Eco“ zeichnen sich bei gleicher Dämmwirkung durch erheblich geringere Gesamtdurchmesser aus als Rohre, die mit herkömmlichen Isolierungen versehen sind. Dies macht die Installation besonders einfach und platzsparend. Denn marktübliche Dämmmaterialien weisen in der Regel eine Wärmeleitfähigkeit von  = 0,040 W/mK auf, was durch entsprechend dickere Dämmschichten ausgeglichen werden muss. Das besonders schlanke „Wicu Eco“ vereinfacht die Installation des Solarkreislaufs sowohl im Neubau, wo die Rohre auf ihrem Weg vom Dach in den Keller überwiegend in Installationsschächten verlegt werden, als auch im Altbau, wo beispielweise ungenutzte Kaminzüge umfunktioniert werden oder auch eine Verlegung an einer Außenwand mit anschließender Verkleidung erfolgt.
KME weist in diesem Zusammenhang darauf hin, dass die meisten gängigen Materialien für die nachträgliche Wärmedämmung von Heizungs- und Warmwasserinstallationen nicht für Solarkreisläufe geeignet sind. Untersuchungen hätten gezeigt, dass selbst einige speziell für Solaranlagen angebotene Dämmstoffe mit UV-beständiger Schutzhülle durch die hohen Temperaturen, aber auch durch eindringende Feuchtigkeit bereits nach relativ kurzer Betriebsdauer der Anlage in ihrer Dämmwirkung beeinträchtigt werden und somit der Ertrag der Gesamtanlage reduziert wird. „Wer auf Nummer Sicher gehen möchte, kann mit ‚Wicu Eco’ eine solartaugliche Komplettlösung aus einer Hand wählen und erspart sich so eine mühsame Recherche nach geeigneten Dämmlösungen“, so KME-Berater Ulrich Stahl.


Für den Solarkreislauf kamen „Sanco“-Markenkupferrohre zum Einsatz.

Installation mit bewährten Techniken
Die KME-Markenkupferrohre, d. h. das blanke „Sanco“ und das wärmegedämmte „Wicu Eco“, werden als Stangenrohr und in Ringen geliefert und können damit auch in Solaranlagen sehr flexibel und bedarfsgerecht verlegt werden. Die Biegeradien entsprechen den aus der Heizungs- und Trinkwasserinstallation geläufigen Werten für Kupferrohr und sind in Abhängigkeit von der Rohrdimension zu wählen. Bei der Verlegung des Kollektorkreislaufs kann der Installateur somit problemlos den architektonischen Gegebenheiten folgen. Da in thermischen Solaranlagen Temperaturen über 110 °C auftreten können, werden diese Leitungen nicht weichgelötet. Die bewährten Verbindungstechniken für Umlenkungen und Verbindungsstellen in Solarkreisläufen sind Hartlöten, Schweißen und Verpressen. Hier können handelsübliche Fittings zum Einsatz kommen, lediglich für Pressverbindungen werden spezielle Pressfittings mit FPM-Dichtelementen verwendet.


Das werkseitig wärmegedämmte Energiesparrohr „Wicu Eco“ eignet sich mit einer speziellen PUR-Ummantelung optimal für Solarkreisläufe. Rohr und Dämmung verfügen über eine extrem hohe Temperaturbeständigkeit bis zu einer Medientemperatur im Betrieb von 150 °C, kurzzeitig auch höher. Zudem weist auch die Wärmedämmung eine hohe Beständigkeit gegen UV-Licht und Witterungseinflüsse auf.

Ausgleich von Längenänderungen
Wie bei der Installation aller warmgehenden Rohrleitungen muss die temperaturabhängige Längenänderung beachtet werden. Jeder Rohrwerkstoff dehnt sich bei Temperaturerhöhungen aus. Bei Kupferrohr beträgt die Längendehnung bei einer Temperaturerhöhung von einem Kelvin genau 0,017 mm pro Meter Rohr. Dieser sogenannte Ausdehnungskoeffizient gilt unabhängig von Wandstärke und Rohrdurchmesser sowohl für blanke als auch für werkseitig gedämmte Kupferrohre.
Aufgrund der großen Temperaturunterschiede in Solarkreisläufen ist hier besondere Aufmerksamkeit erforderlich. Jedes Rohrleitungsstück benötigt eine freie Dehnungsmöglichkeit, außerdem muss zwischen zwei Festpunkten eine freie Ausdehnungsmöglichkeit geschaffen werden. Dies kann durch Richtungsänderung der Rohrführung oder durch Verwendung von Kompensatoren geschehen. Die Längendehnung eines Rohrabschnitts zwischen zwei Festpunkten kann anhand der Gesamtlänge und des Material-
Ausdehnungskoeffizienten mit den gängigen Formeln unter Einbeziehung des Temperaturunterschiedes zwischen (minimaler) Umgebungstemperatur und (maximaler) Betriebstemperatur berechnet werden. Wo sowohl Umgebungstemperaturen von –20°C als auch Medientemperaturen von 150°C herrschen können, muss also ein Temperaturunterschied von mindestens 170 Kelvin zugrunde gelegt werden, damit beträgt die maximal mögliche Längenänderung pro Meter Rohr selbst bei Kupfer rund 3 mm.
Bei den Kollektorkreisen von Solaranlagen ist nach den Bauartzulassungen der meisten Kollektoren im Anschluss an die Installation eine Wasserdruckprobe erforderlich. Diese muss mit einem Mindestdruck nach Angabe des Kollektorherstellers durchgeführt werden. Der Druck sollte bei konstanter Temperatur über die Prüfzeit (möglichst mehr als 2 Stunden) nicht abfallen. Das anschließende Spülen darf bei Frost auf keinen Fall mit Wasser erfolgen. Da viele Kollektoren und Rohrleitungen nach der Druckprobe und dem Spülen nicht mehr leer laufen, besteht die Gefahr von Frostschäden. Bei Frostgefahr muss eine einmal mit Wasser gefüllte Solaranlage sofort nach dem Spülen mit dem Wärmeträgermedium aufgefüllt und gut durchmischt werden.


In einem neuen Gebäude der Grundschule Wallhalben wird der Heizenergiebedarf durch eine Solarthermieanlage mit maximal 15 kW thermischer Leistung auf rund 30 m² Kollektorfläche gedeckt.

Systeme für die solare Heizungsunterstützung
Immer mehr thermische Solaranlagen dienen heute nicht nur der Warmwasserbereitung, sondern unterstützen auch die Heizung, sodass der Heizkessel zumindest in der Übergangszeit kaum oder gar nicht benötigt wird. Im Idealfall erfolgt dann die Wärmeverteilung durch Flächenheizsysteme, die für die niedrigen Vorlauftemperaturen moderner Brennwert-Zentralheizungen und innovativer Wärmeerzeuger wie Solaranlagen oder Wärmepumpenheizungen besonders gut geeignet sind. Die Vorlauftemperaturen liegen mit durchschnittlich 30 bis 40°C deutlich unter denen einer Radiatorheizung.


Die Wärmeverteilung erfolgt in der Grundschule Wallhalben über Fußboden- und Wandheizung…


…mit den KME-Markenkupferrohren „Q-tec“ und „Hypoplan“.

Auch in der Flächenheizung bieten Kupferrohre unübertroffene Werkstoffvorteile. Sie weisen die höchste Wärmeleitfähigkeit aller technischen Werkstoffe auf und ermöglichen somit eine besonders hohe Heizleistung. Garanten für einen störungsfreien, langjährigen Betrieb sind die Sicherheit vor Sauerstoffdiffusion und eine extreme Temperaturfestigkeit. Hinzu kommen die hohe Alterungsbeständigkeit des Werkstoffs sowie die dauerhaften Verbindungstechniken Löten oder Pressen. Auch der geringe Ausdehnungskoeffizient des Werkstoffs Kupfer ist von Vorteil. Plastische Werkstoffe haben bei gleichen Temperaturerhöhungen eine bis zu 12-mal größere Ausdehnung als Kupfer.
Für Wandheizungen, aber auch Flächenkühlungen in Wand und Decke steht dabei das „Hypoplan“-System aus vorkonfigurierten Rohrregistern zur Verfügung. Fußbodenheizungen lassen sich demgegenüber schnell, einfach und kostengünstig mit dem ummantelten „Q-tec“ und dem entsprechenden KME-Systemzubehör realisieren.

Bilder: KME

KONTAKT
KME Germany AG & Co. KG
49074 Osnabrück
Tel. 0541 3214329
Fax 0541 3214320
info@kme.com
www.kme.com

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„Solarpionier“ schwört auf Kupfer
Seit rund 20 Jahren realisiert die 1967 gegründete Altewichard GmbH aus Belm thermische Solaranlagen. Der kaufmännische Geschäftsführer Frank Imbusch und die technischen Mitarbeiter setzen dabei seit Beginn auf Kollektoren und Anbindeleitungen aus Kupfer: „Die von uns realisierten Solaranlagen – auch aus den Anfangszeiten der Solarthermie – sind fast alle noch in Betrieb. Hier zahlt sich aus, dass wir sowohl bei den Kollektoren als auch bei den Solarkreisläufen immer auf Markenqualität gesetzt haben. Der Werkstoff Kupfer war dabei immer erste Wahl, die Langzeiterfahrungen sind sehr positiv“, so Imbusch.
In diesem Zusammenhang hebt er auch die Frage der Gewährleistung hervor: „Auf starke Partner wie KME kann man sich auch im ‚Falle eines Falles’ verlassen – und das auch Jahre nach der Installation. Diese Sicherheit ist für uns in allen Bereichen der Hausinstallation – im Solarkreislauf ebenso wie bei Sanitär- und Heizungsinstallationen – wichtig.“
Und auch im Kollektorbereich, wo KME Zulieferer für die Absorberherstellung ist, werde man den Kunden aufgrund der hohen Alterungsbeständigkeit stets zu komplett aus Kupfer gefertigten Systemen raten.
Die Altewichard GmbH bietet mit 40 Mitarbeitern SHK- und Elektroinstallationen aus einer Hand. Ein wichtiger Schwerpunkt ist dabei der „Öko“-Bereich, d. h. neben thermischen Solaranlagen auch Photovoltaik, Wärmepumpen, Pelletheizungen und Wassersparlösungen.