Entlüfter und Entlüftung bei Solarthermie-Anlagen

In loser Folge stelle ich euch hier auf dem Blog die Komponenten einer Solarthermie-Anlage näher vor. Heute stehen der Entlüfter und damit auch die Entlüftung auf dem Plan. Ich erkläre euch, wann und warum eine Solaranlage überhaupt entlüftet werden muss und wie das geht.

Wie kommt Luft in die Solaranlage?

Eine Solarthermie-Anlage ist an sich ein geschlossenes hydraulisches System mit spezifischen Druckverhältnissen. Im solaren Heizkreis kreist das Wärmeüberträgermedium, meist eine Flüssigkeit (Solarfluid), entweder ein Wasser-Frostschutzmittelgemisch oder klares Wasser. Bewegt wird es von der Solarpumpe. Beim Befüllen der Anlage mit dem Solarfluid gelangt jedoch selbst bei größter Sorgfalt Luft in das System. Außerdem kann es bei sehr hohen Temperaturen im System auch zur Dampfbildung kommen.

Warum hat Luft in der Solarthermie-Anlage nichts zu suchen?

Luft ist in der Solarthermie-Anlage fehl am Platz. Sie kann verschiedene Probleme verursachen, die über kurz oder lang den ordnungsgemäßen Betrieb der Anlage stören oder gar der Anlage selbst schaden. Anders geschrieben: Luft in der Solaranlage ist wie Sand im Getriebe. Sie mindert die Effizienz der Solarthermie-Technik und somit auch den Solarertrag, der damit eingefahren wird.

Luft im System führt beispielsweise dazu, dass die Umwälzpumpe im Solarheizkreis das Solarfluid nicht mehr richtig umwälzen kann. Erhitzen sich die Luftbläschen, verhindern sie womöglich das Anlaufen der Pumpe komplett. Das ist eine typische Folge davon, dass die kleinen Luftbläschen die Schwerkraftbremse blockieren.

Luft im Kollektor sorge für eine „falsche Stagnation“: Der Kollektor wird seine Solarwärme nicht los, während die Pumpe arbeitet, ohne das Solarfluid zu bewegen. In einem solchen Fall liegt der Wirkungsgrad der Anlage sogar im Minusbereich.

Luft schadet aber auch dem Solarfluid, wenn es ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel ist. Der Sauerstoff in der Luft zersetzt das Wärmeüberträgermedium langfristig und zerstört es somit. Verklumpungen, die vom Sauerstoff hervorgerufen werden, stören den geschmeidigen Fluss des Solarfluids.

Ihr seht, Luft in der Anlage bedroht diese unmittelbar. Der Bedrohung seid ihr als Anlagenbetreiber jedoch nicht hilflos ausgesetzt. Im Gegenteil:

Wie lässt sich schon beim Befüllen der Anlage mit dem Solarfluid ein unerwünschter Lufteintritt vermeiden?

Wie eingangs erwähnt: Luft gelangt insbesondere beim Befüllen der Anlage mit Solarflüssigkeit ins System. Wird dazu eine leistungsstarke Pumpe mit Vorratsbehälter genutzt, erfolgt das Befüllen unter hohem Druck. Damit soll sich ein Aufkommen an Luftbläschen von vornherein verhindern lassen. Hier steht, dass bei einer solchen Druckbefüllung der Anlage … auf das ansonsten obligatorische Entlüftungsventil im oberen Bereich der Anlage verzichtet werden könne. Dessen wesentliche Funktion sei es schließlich, die im Fall einer normalen Befüllung auftretende große Luftmenge sofort ablassen zu können.

Nicht ganz unwichtig sei auch der passende Zeitpunkt, zu dem eure Anlage mit dem Solarfluid gefüllt werde: Es empfiehlt sich, dafür eine Zeit am frühen Morgen  oder Abend zu wählen, wenn nicht mehr mit direkter Sonneneinstrahlung auf die Anlage gerechnet werden muss.

Das war‘s? Problem gelöst? Nicht ganz: Es könne nicht gänzlich „auf eine Möglichkeit zur Entlüftung“ verzichtet werden, heißt es an der Fundstelle weiter, denn im Betrieb der Solarthermie-Anlage komme es bei hohen Temperaturen zur Dampfbildung. Dieses Problem betreffe demnach insbesondere Solarthermie Anlagen, die nicht nur der reinen Warmwasser-Erzeugung sondern auch der Heizungsunterstützung dienen würden. Denn bei diesen Anlagen würden Temperaturen von bis zu 170 Grad auftreten, wenn sommers zu viel Wärme erzeugt werde, die nicht mehr an den Speicher abgegeben werden könne. Das Phänomen, das auch thermische Stagnation genannt werde, sei  unvermeidbar und trete im Betrieb bei entsprechenden Wetterverhältnissen zwangsläufig auf. Die Entlüftung könne bei thermischer Stagnation über ein in der Nähe des Wärmetauschers installiertes Entlüftungsventil erfolgen. Dieses befinde sich demnach an einer so genannten Beruhigungsstrecke. Dahinter verberge sich ein Rohrabschnitt mit deutlich vergrößertem Querschnitt. Die Strömungsgeschwindigkeit sei dort deutlich niedriger, sodass sich Luft vorwiegend am oberen Rand des Rohres sammele und dort auch abgelassen werden könne.

Welche Aufgabe hat der Entlüfter?

Ein Entlüfter, auch Entlüftungsventil genannt, ist also eine sicherheitstechnische Komponente der Solarthermie-Anlage, die vom Hersteller / Installateur der Anlage von Beginn an in den Solarheizkreis integriert wird. Optimalerweise, so schreibt der SBZ-Monteur, das SHK-Magazin für Auszubildende und Gesellen, an der Stelle im Solarkreis mit der höchsten Temperatur und dem niedrigsten Druck. Der Entlüfter entlüftet die Anlage entweder vollautomatisch oder muss manuell bedient werden.

Bei automatischen Entlüftern müsse eine Absperrmöglichkeit gegeben sein, um bei einer thermischen Stagnation zu verhindern, dass darüber Dampf aus dem System austrete. Gut zu wissen: Entlüftungsventile dienen nicht dazu, den Druck in der Anlage zu regulieren – den Job übernehmen das Ausdehnungsgefäß und gegebenenfalls ein Überdruckventil.

Zu beachten sei zudem, dass Entlüfter hohen Temperaturen standhalten müssten. Ein Grund, warum sie in der Regel Bauteile aus Metall gefertigt würden. Einzig die Dichtungen seien in diesem Fall noch kritisch zu bewerten, da sie (insbesondere bei Ventilen, die nicht für große Hitze ausgelegt seien) bei hohen Temperaturen bereits nach dem ersten Gebrauch an Elastizität verlieren und somit undicht würden.

Der SBZ-Monteur schreibt zum Entlüfter noch Folgendes: „Um Dampfaustreten – bis hin zum Trockenkochen – zu vermeiden, werden die notwendigen Entlüfter meist hinter Absperrventilen montiert. Dadurch wird das System kaum entlüftet, während permanent Luft eintritt. Da Solaranlagen in der Regel mit sekundären Wärmequellen zusammenarbeiten, fällt es meist nicht einmal auf, wenn die Solare Deckungsarbeit durch zu viel Luft im System faktisch nicht mehr funktioniert. Die optimale Entgasung einer Solaranlage erfolgt an der Stelle mit der höchsten Temperatur und dem niedrigsten Druck, das heißt: an der höchsten Stelle. In der Vergangenheit wurde jedoch dieser Punkt gemieden, da sich bei hohen Temperaturen Dampf bildet, der im Extremfall zum Auskochen der Anlage führt. Um dies zu verhindern, werden Absperrvorrichtungen eingebaut, die manuell geschlossen, bzw. geöffnet werden müssen.“

Das würde bedeuten, dass ihr die Entlüftung händisch vornehmt oder  – aus Sicherheitsgründen wohl ratsam – sie einem Fachmann überlasst. Bleibt die Frage zu beantworten, wann ihr eure Anlage am besten entlüftet.

Regelmäßige Entlüftung der Solarthermie-Anlage beugt Ertragseinbußen und Anlageschäden vor

Das Entlüften der Anlage ist das Mittel der Wahl, um die störende Luft in der Anlage loszuwerden. Ihr solltet die Entlüftung zur Regelmäßigkeit werden lassen, um Ertragseinbußen und Schäden an der Anlage vorzubeugen.

Im SBZ-Monteur steht auch: „Nach Zeiten mit geringer Sonneneinstrahlung befindet sich immer eine große Menge Luft in den Kollektoren. Nicht nur dann, sondern auch bei der Inbetriebnahme sollte das System an der höchstgelegenen Stelle gut entlüftet werden. Dies wird aus praktischen Gründen nicht immer oder nicht ausreichend durchgeführt. Logische Folge ist eine zeitaufwendige Inbetriebnahme und anhaltende Zirkulationsprobleme.“

Zum Entlüften der Anlage holt ihr euch am besten einen Fachmann ins Haus. Oft gehört die Dienstleistung auch zum Wartungspaket, das ihr gegebenenfalls mit der Unterschrift unter dem Wartungsvertrag gekauft habt.

Foto: wesolowski / photocase