Komponenten einer Solarthermie-Anlage: Der Rückflussverhinderer

Der Hoover Dam in den USA (Titelfoto) ist ein Riesenteil zum Rückflussverhindern! Ich möchte euch heute ein viel kleineres Bauteil vorstellen, das im solaren Heizkreis  eine große Rolle spielt: Der sogenannte Rückflussverhinderer wird in die Rohrleitungssysteme einer Solarthermie-Anlage eingebaut, um eine Umkehr der Strömungsrichtung, die unter Umständen technisch möglich wäre, zu verhindern. Wie der Rückflussverhinderer seiner Aufgabe gerecht wird, lest ihr hier.

Was ist ein Rückflussverhinderer?

Ein Rückflussverhinderer, kurz: RV,  ist ein mechanisches Bauteil, das in Rohrleitungen, Armaturen und Pumpen zum Einsatz kommt. Mitunter wird der Rückflussverhinderer selbst auch als Armatur bezeichnet.

Welche Aufgabe erfüllt der Rückflussverhinderer im Heizkreis?

Der Rückflussverhinderer sorgt dafür, dass das Wärmeübertragermedium nur in einer Richtung strömt (Stichwort: Strömungsrichtung). Sollte die Strömungsrichtung sich einmal umkehren, schließt der Rückflussverhinderer auf eigene Faust den Durchflusskanal und öffnet ihn erst wieder, wenn das Fluid wieder nach Plan strömt. Er verhindert so ein

• Rückdrücken
• Rückfließen
• oder Rücksaugen

von Trinkwasser. Somit ist der Rückflussverhinderer eine Sicherheitskomponente.

Eine besondere Aufgabe erfüllt der Rückflussverhinderer in Trinkwasserinstallationen. Im Hausanschluss baut man ihn in Fließrichtung hinter dem Wasserzähler ein, damit sich das Zählwerk bei Druckschwankungen nicht rückwärts dreht. Wichtig: In Trinkwasserleitungen dürfen nur nach DVGW-zugelassene Rückflussverhinderer  (s. href=”http://www.haustechnikdialog.de/SHKwissen/631/Rueckflussverhinderer-Trinkwasser”>haustechnikdialog.de ) verwendet werden, die ein Zurückströmen zu 100 Prozent verhindern, also dicht schließen. Für Sicherheit sorgt auch die Kombination von Rückflussverhinderer und Rohrbelüfter: Sie verhindert ein Rücksaugen von Wasser, das kein Trinkwasser ist, beispielsweise Badewasser, das durch einen Brauseschlauch einströmt.

Manche Hersteller rüsten ihre Rückflussverhinderer mit Extras aus, beispielsweise mit einer Aufstellschraube. Oder sie legen ihren Rückflussverhinderer „weichstellend“ aus

Warum soll überhaupt verhindert werden, dass die Strömungsrichtung wechselt?

Mit dem Einsatz eines Rückflussverhinderers will man:

• in Stillstandzeiten der Anlage ein Leerlaufen von Rohrleitungen und Behältern, die höher liegen, verhindern,
• Pumpen im Heizkreis vor einer Rückströmung sowie rücklaufenden Druckwellen schützen,
• im Heizungsanlagenbau einen ungewollten Wärmeauftrieb verhindern,
• und verschiedene Heizkreisläufe (kurz: Heizkreise) trennen.

Wie ist ein Rückflussverhinderer aufgebaut?

Es gibt unterschiedliche Amarturentypen, die die Aufgabe, einen Rückfluss zu verhindern, erfüllen. Darunter sind:

• Verschraubungsformen wie die sogenannte Schwerkraftbremse, zum Beispiel in Form einer Einlege-Schwerkraftbremse mit oder ohne Luftschleuse, die in den Druckstutzen der Solarpumpe (Umwälzpumpe im Solarheizkreislauf) beziehungswese eine flachdichtende Verschraubung eingebaut wird,
• Klappen wie die sogenannte Rückschlagklappe
• Ventile wie das sogenannte Rückschlagventil, zum Beispiel in Form eines sogenanntes Scheibenrückschlagventils oder eines sogenannten Kugelventils

Ein Rückschlagventil in einer Solarthermie-Anlage muss für Systemtemperaturen bis 200 Grad Celsius ausgelegt sein und gegebenenfalls mit dem Frostschutzmittels, beispielsweise Glycol, im Wasser-Frostschutzmittelgemisch, das die Solarflüssigkeit darstellt, zurechtkommen. Meistens sind solche Rückschlagventile in den kompakten Solarstationen der Solaranlage integriert. Solche Art  Rückschlagventile sind meist so beschaffen, dass sie entgegen der Flussrichtung nicht völlig dicht sind, um einen Volumenausgleich beim Abkühlen und ein Passieren von Gasblasen (sogenannte Luftschleuse) erlauben.

Wenn eine Rückschlagklappe über der Pumpe installiert ist, kann es geschehen, dass sich bei abgeschalteter Pumpe dort ein Luftpolster bildet, das bei Wiederanschalten zu einem Trockenlauf der Pumpe führt. Die fördert dann keine Flüssigkeit mehr. Das ist der Grund, warum man die Klappe unter der Pumpe einbauen sollte. So kann sie anlaufen, dabei ein gegebenenfalls vorhandenes Luftpolster (auch Luftblase oder Luftpfropfen genannt) mitreißen, dieses an einer geeigneten Stelle (Lufttopf – falls vorhanden) sammeln – wo die Luft automatisch entweicht oder man sie manuell entweichen lässt. In Wassersystemen reiche laut des Portals bosy-online.de oft eine kleine Bohrung in der Klappe, damit die Luft entweichen könne. In Systemen mit Frostschutzmittel funktioniere das demnach nicht immer.

Welche Art Rückflussverhinderer kommt in Solarthermie-Anlagen zum Einsatz?

In Solarthermie-Anlagen ebenso wie in Warmwasser-, Heizungs- und Lüftungsanlagen nutzt man oft eine Sonderform des sogenannten Tellerrückschlagventils (kurz: Rückschlagventil). Das soll die unerwünschte freie Konvektion, also die natürliche Strömung eines Fluids aufgrund der im System bestehenden Dichteunterschiede (die sogenannte Schwerkraftzirkulation) innerhalb der Solarthermie-Anlage verhindern. Damit wirkt der Rückflussverhinderer Wärmeverlusten entgegen, wie sie zum Beispiel bei fehlender Sonneneinstrahlung oder innerhalb abgestellter Anlagenteile zutage treten können. Aufgrund des technischen Phänomens Schwerkraftzirkulation, das der Rückflussverhinderer unterbinden soll, nennt man ihn auch Schwerkraftbremse, Konvektionsbremse oder Konvektionssperre. Mindestens eine solche Schwerkraftbremse sollte im Solarheizkreis eingebaut sein, damit der Speiche nachts nicht auskühlt.

Wie ergibt sich die Schwerkraftzirkulation genau?

Weil kaltes Wasser schwerer als warmes Wasser ist, sackt es während der Betriebszeit der Solarthermie-Anlage, in der nur eine geringer beziehungsweise keine (nachts) Sonneneinstrahlung herrscht, in den Speicher zurück. Wärmeres Speicherwasser steigt dagegen nach oben und kühlt sich über den Kollektor ab. Der Rückflussverhinderer verhindert, dass sich das kalte und das warme Wärmeträgerfluid entgegen der Umlaufrichtung bewegen. Somit beugt der Rückflussverhinderer einer Mikrozirkulation im Solarkreis vor, also einer Vermischung der warmen und kalten Solarflüssigkeit.

Welche Aufgabe erfüllt der Rückflussverhinderer im Solarheizkreis?

Mit dem Rückflussverhinderer, eingebaut im Rücklauf zum Kollektor in der Regel oberhalb der Solarpumpe, soll innerhalb der Solarthermie-Anlage verhindert werden, dass die Wärme des Wärmespeichers aufgrund der eben erwähnten Schwerkraftzirkulation der Solarflüssigkeit über die Solarthermie-Kollektoren abgegeben wird, wenn die Pumpe ausgeschaltet ist. Denn das würde einen deutlichen Wärmeverlust bedeuten. Eingebaut in die Kaltwasserleitung (Kaltwasserzufuhr) vor dem Wärmespeicher verhindert ein Rückflussverhinderer, dass solar erwärmtes Wasser wegen der Wärmeausdehnung aus dem Wärmspeicher in die Kaltwasserleitung gedrückt wird.

In unserem Beitrag „Solarertrag sichern mit dem Solarregler“ hat Sabine hier auf dem Blog übrigens beschrieben, wie der Solarregler auf den Fall reagieren würde, dass Fehlzirkulationen in der Solarthermie-Anlage auftreten: „Weil warmes Wasser nun mal nach oben steigt, kann es vor allem nachts  wieder aus dem Speicher herausgedrückt werden – entgegen seiner ‚eigentlichen‘ Fließrichtung, in Richtung Kollektor. Dann wird es nach der abendlichen Abkühlphase plötzlich wieder warm am Kollektor. Der Solarregler erkennt solche untypischen Temperaturverläufe und kann in diesem Fall zum Beispiel gegensteuern, indem er die Solarpumpe für Sekunden einschaltet und das warme Wasser in den Speicher zurückdrückt. … Der Regler schafft also einen ‚Workaround‘, der unnötige Verluste von Solarwärme verhindert. Denn was schon mal im Speicher drin ist, soll natürlich nicht wieder ungenutzt raus. Ein Rückflussverhinderer kann das Problem von Haus aus vermeiden. Bei ungewollter Zirkulation in Fließrichtung hilft auch am besten eine entsprechende Konstruktion: Liegen die Vorlauf-Anschlüsse zu tief, kann warmes Wasser herausgedrückt werden. Ob das der Fall ist, erkennt der Solarregler auch an Hand des Temperaturverlaufes.“

Foto: *bonsai*/photocase (Hoover Dam, USA)