Vergleichende Untersuchung an unverglasten Sonnenkollektoren zur Schwimmbadwassererwärmung - Absorbervergleichstest

Aktenzeichen 14980/01
Zusammenfassung / Abstract: Dateigröße: 0.11 MB | Zuletzt geändert: 11.08.2009
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Projektträger: Institut für Solarenergieforschung (ISFH) GmbHHameln/Emmerthal
Am Ohrberg 1
31860 Emmerthal
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Telefon: 05151/999-0
Internet: -
Bundesland: Niedersachsen
Beschreibung:
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Obwohl seit etwa 20 Jahren unverglaste Kollektoren (sog. Schwimmbadabsorber) auf dem Markt sind, werden bislang die vorhandenen vergleichbaren Bewertungskriterien nach ISO 9806 und EN12975 zur Bestimmung der thermischen Leistung, des Druckverlusts und der Gebrauchstauglichkeit kaum ange-wandt. Das liegt im wesentlichen am hohen Aufwand für eine sorgfältig durchgeführte Prüfung und den geringen Erfahrungen der Prüfinstitutionen mit diesen Kollektoren.
Das wesentliche Ziel des Vorhabens ist es, die am deutschen Markt relevanten Absorber einer vergleichenden Prüfung zu unterziehen, um eine Übersicht über die Eigenschaften und technischen Daten von Schwimmbadabsorbern mit hoher Reproduzierbarkeit zu erarbeiten. Zur Prüfung der thermischen Leistungsfähigkeit, des Druckverlusts und der Gebrauchstauglichkeit werden die neuen Prüfnormen EN 12975 in Hinblick auf unverglaste Kollektoren erstmalig in größerem Umfang angewandt. Die daraus resultierenden Erfahrungen werden in die Normenausschüsse eingebracht. Die Ergebnisse der Prüfungen werden in Fachzeitschriften und einer gesondert erstellten Broschüre publiziert, um die Akzeptanz der solaren Schwimmbadwassererwärmung bei den Betreibern und Planern von Schwimmbädern zu erhöhen. Weiterhin sollen Planern die ermittelten Kenndaten zur Verfügung stehen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAuf der Basis bestehender und in der Entwicklung befindlicher internationaler Normen wird ein umfassendes Prüfkonzept erstellt. Entsprechende Prüfstände für die Leistungs-, Druckverlust- und Gebrauchstauglichkeitsuntersuchungen werden aufgebaut bzw. modifiziert. Für die Absorber der teilnehmenden 8 deutschen Hersteller werden die Untersuchungen an geeigneten Prüflingen durchgeführt. Die Ergebnisse werden in Prüfberichten beschrieben und individuell mit den einzelnen Herstellern diskutiert sowie in ei-ner ausführlichen Broschüre publiziert. Die Erfahrungen mit den Prüfnormen sollen in Normungsgremien eingebracht werden, Vorschläge zur Weiterentwicklung der Normen werden erarbeitet. Die Prüfungen werden von einem aus 4 Experten bestehenden Beirat fachlich begleitet.


Ergebnisse und Diskussion

Im Mittelpunkt der Prüfung der Wärmeleistung steht die Ermittlung der windabhängigen Wirkungsgradkurvenschar. Eine detaillierte Unsicherheitsanalyse hat gezeigt, dass entgegen der Beschreibungen in den Prüfnormen für die Messung der Umgebungstemperatur und der Windgeschwindigkeit mehrere eigens kalibrierte Sensoren verwendet werden sollten. Während die in EN12975-2 geforderten Genauigkeiten typischerweise zu Standardunsicherheiten zwischen 4% (Wirkungsgradpunkte im Bereich von h0) und 15% (Wirkungsgradpunkte mit hohem DT/En) führen, sind durch die obigen Maßnahmen Unsicherheiten zwischen 1,5% und 6% erreicht worden.
Der Einfluss von schräg auf den Kollektor einfallender Strahlung auf den Konversionsfaktor, ermittelt in longitudinaler und radialer Richtung zu den Fluidkanälen, ist bei den meisten Typen gering, was auch für den Einfluss der Strömungsgeschwindigkeit in den Absorberrohren gilt. Zur Reduktion aller Wirkungsgradparameter auf wenige vergleichbare Größen wurden standardisierte Wärmeerträge berechnet. Dabei hat sich gezeigt, dass die Leistungsfähigkeit der geprüften Absorbertypen sehr hoch ist. Unterschiede von maximal 12% im für die Freibadwassererwärmung relevanten Temperaturbereich sind festgestellt worden.
Der Druckverlust, getrennt ermittelt für die Absorberbahn sowie für Sammler und Verteiler, unterscheidet sich bei den geprüften Absorbertypen deutlich. Dies ist bei der Planung einer Kollektoranlage zu berücksichtigen.
Die Zuverlässigkeitsanforderungen werden von allen Produkten erfüllt. Die wichtigste Prüfung ist die Prüfung der Druckbeständigkeit bei Stillstandtemperatur, die vor und nach einer Expositionsphase erfolgt. Die Stillstandtemperaturen der Absorber betragen bis zu 86 °C. Die Herstellerunterlagen wurden während des Projektes z. T. überarbeitet bzw. ergänzt.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Durchführung und Ergebnisse der Untersuchungen sowie eine Beschreibung der zugrundeliegenden Prüfnormen und allgemeine Hinweise zur solaren Freibadbeheizung befinden sich in der veröffentlichten Broschüre (Titel: Solare Freibadbeheizung; Absorberprüfung und Testergebnisse, Anlagen- Planung und Betrieb), die bei IST EnergiePlan bezogen werden kann. Präsentationen über das Projekt erfolgten auf dem Sonnenforum 2000, den OTTI Symposien 2000 und 2001 sowie auf der Soltec 2001. Kurzveröffentlichungen in Fachzeitschriften mit Hinweis auf die Broschüre folgen.


Fazit

Es stehen erstmalig vergleichbare, auf internationalen Normen beruhende Daten der Leistungsfähigkeit und des Druckverlusts von Schwimmbadabsorbern zur Verfügung. Als überzeugend hat sich die hohe Leistungsfähigkeit herausgestellt. Die jahrelangen positiven Erfahrungen mit der Technik haben sich beim Zuverlässigkeitstest bestätigt. Bei den Unterlagen konnten einige Verbesserungsvorschläge gemacht werden. Die Testergebnisse sollten nun auch in die Überarbeitung der Herstellerunterlagen einfließen.
Es werden Hinweise gegeben, inwieweit bei zukünftigen Tests der Prüfaufwand reduziert werden könnte bzw. der Testablauf modifiziert werden muss. Zudem ist geplant, die Erfahrungen mit der EN12975 durch Vorschläge zur Konkretisierung und Verbesserung in die Normungsarbeit zurückfließen zu lassen, damit weitere Prüfinstitute von den gesammelten Erfahrungen profitieren können.

Förderzeitraum: 12.04.1999 - 30.09.2001 (2 Jahre und 6 Monate)
Fördersumme: 84.268,57
Förderbereich: I.2.3
Themengebiet: Umwelttechnik
Stichworte: Umweltforschung, Klimaschutz, Ressourcenschonung
Publikationen:
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