Kennt auch wirklich jeder den Unterschied zwischen Temperaturdifferenz und Kollektortemperatur?

Auch wenn die Frage nach dem Unterschied zwischen Temperaturdifferenz und Kollektortemperatur jetzt etwas banal klingt. Durch die Arbeit mit den Kollektorlisten  (Kollektoren für 50°Kollektoren für 75°) und den darauffolgenden Aufschrei wie man das nur machen kann (versteh die Aufregung bis heute nicht) ist mir eine Sache bewusst geworden. Ich fürchte, dass vielen das Thema Kollektortemperatur bislang nicht ganz klar ist und deshalb auch in der Fachwelt selbst die Profis manchmal aneinander vorbeireden, bzw. Äpfel mit Birnen vergleichen. Manchmal wird auch Temperaturdifferenz mit Kollektortemperatur verwechselt oder der eine redet von dem einen und der andere vom anderen. Alles schon erlebt! Auch ich habe mich schon dabei ertappt aus Unachtsamkeit den falschen Begriff verwendet zu haben. Sowas ist für mich immer ein wichtiges Zeichen, dass es noch Aufklärungsbedarf braucht.

Gleich vorweg bevor der nächste Aufschrei kommt. Dieser Artikel ist nicht für die Profis unter euch, die sich gerade auf den Kopf greifen, wie man so etwas Banales auch nur erklären kann und dafür auch noch Zeit verschwendet. Euch sei gesagt: Ja, ihr arbeitet seit Jahren in der Branche und natürlich kennt ihr das alles. Ich glaube aber auch, dass ihr oft genug erlebt, wie wenig Wissen über diese Themen in der breiten Masse vorhanden ist. Dieser breiten Masse ist dieser Artikel gewidmet.

In der Solar Keymark ist seit 3 Jahren ein Kollektorertrag bei verschiedenen mittleren Kollektortemperaturen, also der Temperatur, die der Verbraucher benötigt, angegeben. In der Grafik ist das Datenblatt zwei abgemeldet in dem der viel besprochene jährliche Kollektorertrag (AC)) enthalten ist. Was bedeutet dieser Wert nun?

Solar Keymark Aqua Plasma Ertragsdaten

Kollektorertrag bei verschiedenen Kollektortemperaturen und unterschiedlichen Klimazonen (also unterschiedlichen Temperaturdifferenzen) in der Solar Keymark Datenblatt 2 (c) Ecoquent-Positions

Sowohl die Temperaturdifferenz, als auch die mittlere Kollektortemperatur haben einen erheblichen Einfluss auf den Ertrag des Kollektors. Beide Werte sind sehr wichtig, deshalb hier erstmal die Kurzdefinitionen.

Temperaturdifferenz (deltaT) = Mittlere Kollektortemperatur – Umgebungstemperatur

 

Mittlere Kollektortemperatur= Vorlauftemperatur + Rücklauftemperatur/2

Und nun das ganze im Detail

Definition der Temperaturdifferenz – Was ist DeltaT?

Jetzt wenn man sich das wirklich in Ruhe ansieht ist es eh ganz logisch. Die Temperaturdifferenz (von den Profis “deltaT” oder “dT” genannt – also das Delta zwischen den Temperaturen) ergibt sich daraus wie viel der Kollektor gerade bringen muss. Wenn also 50° warmes Wasser aus dem Kollektor kommen soll und es gerade 10° draussen hat,  ergibt sich eine Temperaturdifferenz (Auch Kelvin genannt) von 40°. Der Kollektor muss es also schaffen dieses Delta (umgangssprachlich Spagat) zu überbrücken. Je größer der Spagat sein muss, desto schwer haben es die einen und desto leichter die anderen Kollektoren. Deshalb wurde in der Solar Keymark eine Unterscheidung sowohl nach Standorten, als auch nach benötigter Kollektortemperatur (25°, 50°, 75°) gemacht.

Was ist die mittlere Kollektortemperatur wirklich?

Beim Recherchieren zu diesem Beitrag ist mir aufgefallen, dass es nicht wirklich viele stichhaltige Definitionen zu dem Thema gibt. Falls hier also noch ein Fehler drin ist, bedanke ich mich jetzt schon für Korrekturen. In meinem Verständnis ist die mittlere Kollektortemperatur der Mittelwert zwischen der Temperatur, die in den Kollektor reingeht (Rücklauf) und jener Temperatur, die wieder rausgeht nachdem das Wasser erwärmt wurde ( Vorlauf).

Die Formel lautet also:

Rücklauftemperatur + Vorlauftemperatur / 2 = Mittlere Kollektortemperatur

Hier ein praktisches Beispiel. Wenn also das Wasser aus dem Speicher mit 30° daherkommt und mit 50° den Kollektor verlässt, damit ich mich nach Abzug aller Verluste damit duschen kann, handelt es sich um eine mittlere Kollektortemperatur von 40°.

Hier noch ein paar weitere Beispiele:

  • Rücklauf 40° und Vorlauf 60°
  • 40 +60/2 = 50° Mittlere Kollektortemperatur
  • Rücklauf 45° und Vorlauf 55°
  • 45+55/2= 50° Mittlere Kollektortemperatur

Mich würde jetzt interessieren mit welcher Rücklauftemperatur die Solar Keymark Ergebnisse für Würzburg berechnet wurden. Weiß das jemand?

Je geringer die Kollektortemperatur sein muss und je wärmer das Wasser in den Kollektor kommt, desto höher sind die Erträge einer Anlage

Bei geringen Kollektortemperaturen und Niedertemperatursystemen, funktionieren sehr viele Anlagen auf ähnlichem und wirklich sehr gutem Niveau. Bei Neubauten geht man daher immer mehr in Richtung Niedrigtemperaturversorgungen von 40-50°, was auch wirklich Sinn macht. Die Liste für Kollektoren bei 50° Kollektortemperatur findet ihr hier.

Je höher die Kollektortemperatur sein muss, desto geringer sind die Erträge der Anlage

Wenn aber im Altbau, in Hotels oder in Fernwärmenetzen höhere Temperaturen gefragt sind (meistens Vorschrift 60° wegen der Legionellen), ist es aber sehr wichtig zu wissen, welche Kollektoren bei den hohen Temperaturanforderungen noch Erträge bringen. Wer sich ein wenig mit den Kollektorlisten beschäftigt, sieht dabei auch, wie groß der Leistungsabfall bei höheren Temperaturen ist. Siehe dazu auch die Kollektorliste für 75° mittlerer Kollektortemperatur.

Warum sinken die Erträge so stark bei höheren Kollektortemperaturen und was das mit eurem Kaffee zu tun hat.

Nun fragt ihr euch vermutlich wie ich, warum denn die Erträge eines Kollektors bei höheren Temperaturen so stark sinken. Nun ja, die Verluste im Kollektor entstehen hauptsächlich durch ich sag mal “schlechte Dämmung”. Je weniger Dämmung der Kollektor hat, desto schwerer tut er sich die Wärme “bei sich” zu behalten. Dem aber noch nicht genug, je heisser der Kollektor ist, desto schneller flutscht ihm die Wärme davon. Dazu eine kleine Kaffeetassenanalogie. Habt ihr schon mal beobachtet, dass sehr heißer Kaffee relativ schnell in eine trinkbare Temperaturzone kommt? Wenn ihr dann weiter die Temperatur beobachtet würdet ihr sehen, dass er relativ lange laufwarm bleibt und bis er ganz kalt wird dauert es eine ganze Weile.

So in etwa kann man sich das auch beim Kollektor vorstellen. Je heißer die mittlere Kollektortemperatur ist, desto schneller kühlt er aus, wenn er nicht gut gedämmt ist. Bei 75° braucht er also schon eine richtig gute Dämmung um nicht zu schnell die Wärme wieder in die Umgebung abzugeben. Bei 50° dauert das etwas länger und bei 25° mittleer Kollektortemperatur fällt es vielen Kollektoren leicht die Wärme in sich drin zu behalten.  Deshalb sieht man in der Solar Keymark sehr gut, welche Kollektoren eben hohe Temperaturanforderungen schaffen und dadurch sieht man auch, dass Niedrigtemperatursysteme tatsächlich sinnvoll sind. Im Neubau geht also ein klares Signal in Richtung Niedrigtemperatur. Im Bestand müssen wir mit dem arbeiten was da ist und da sind eben sehr oft hohe Temperaturen gefragt.

Was hier wichtig ist. Dieser Effekt tritt unabhängig von der Außentemperatur auf. Wenn es sagen wir draussen 15° hat, sind die Verluste bei 75° Kollektortemperatur deutlich höher als bei 50° Kollektortemperatur. Als auch bei gleicher Außentemperatur geht die Wärme bei 75° schneller verloren, eben wegen des eben beschriebenen Kaffeetasseneffektes oder wie es in der Physik richtigerweise heißt, das Newtonsche Abkühlungsgesetz.

Nun gut. So trivial war die Sache nun doch wieder nicht. Ich freue mich jetzt auf Kommentare ob ich irgendwas übersehen oder falsch verstanden habe. Fehler werden umgehend korrigiert.

MPower. / photocase.de

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Vielen Dank und sonnige Grüße

Ein Kommentar zu “Kennt auch wirklich jeder den Unterschied zwischen Temperaturdifferenz und Kollektortemperatur?”

  1. jogi54

    Auf die Frage

    Mich würde jetzt interessieren mit welcher Rücklauftemperatur die Solar Keymark Ergebnisse für Würzburg berechnet wurden. Weiß das jemand?

    gibt es teilweise eine Antwort.

    Auf Seite 1 eines solar keymark Zertifikat steht unten bei
    Note 1 z.B.
    Fluid Wasser flow rate 0,020 kg/s je m² (Appertur)
    Note 2 Irridiance Gs=1000W/m² ambient temperatur Ta = 30°C

    Daraus kann man bei einer gegebenen Leistung und Tm dann das dT zwischen VL und RL ausrechnen.

    z.B. Aqua Plasma 19/17 (hast du ja bestimmt)

    Apertur 1,49m²
    TM-TA 50K
    power output bei 50K: 967W

    mit TA =30°C: TM =80°C
    Durchfluss 0,02kg/s m² * 1,49m² = 0,0298 kg/s => 107,28 kg/h

    dT = 967W / (1,163 Wh/kg*K * 107,28kg/h) = 7,75 K

    mit
    T VL = TM + dT/2 = 80°C + 7,75K /2 = 83,88°C
    T RL = TM – dT/2 = 80°C – 7,75K /2 = 76,12°C

    das kann man sich in ein Excelblatt einprogramieren und hat da ganz schnell die zu TM-TA entsprechenden VL/RL bei 1000W/m² und TA=30°C

    also mal die gesamte Reihe:
    TM-TA = 70K, P= 992W, VL = 103,76°C, RL = 96,24°C (Achtung, Gefahr der Dampfbildung !)
    TM-TA = 50K, P= 967W, VL = 83,88°C, RL = 76,12°C
    TM-TA = 30K, P= 992W, VL = 63,98°C, RL = 56,02°C
    TM-TA = 10K, P= 1014W, VL = 44,06°C, RL = 35,94°C
    TM-TA = 0K, P= 1024W, VL = 34,10°C, RL = 25,90°C

    LG jogi

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