Was ist der solare Heizkreis?

Es ist wieder einmal Zeit für Grundlagenwissen zur Solarthermie. Im vorliegenden Beitrag möchte ich euch mit dem solaren Heizkreis, auch Solarheizkreis oder kurz: Solarkreis genannt, bekannt machen. Ich stelle euch vor, welche Komponenten den Solarheizkreis bilden und wie dieser sich an den Heizkreis einer Heizungsanlage anbinden lässt.

Zum besseren Verständnis eines solaren Heizkreises braucht ihr Kenntnisse darüber, was ein Heizkreis überhaupt ist. Deshalb geht’ zunächst genau darum.

Was ist ein Heizkreis?

Der Begriff Heizkreis kommt aus der Heiztechnik und beschreibt den Kreislauf des Wassers innerhalb einer wasserführenden Heizung, die zentral Wärme erzeugt und mit dieser Wärme mehrere Räume erwärmt. Eine solche Heizungsanlage besteht im einfachsten Fall aus den folgenden Komponenten.

• Wärmeerzeuger (Heizkessel),
• Pumpe,
• Heizkörper
• und Heizungsrohre.

Der Kreislauf des Wärmeüberträgers, bei einer wasserführenden Heizungsanlage: des Heizwassers, ergibt sich wie folgt: Der Heizkessel erwärmt das Heizwasser auf die gewünschte Temperatur, mit der es durch die Heizungsrohre hin zum Heizkörper strömt. Das gelingt mit der Unterstützung einer Pumpe, die das Wasser durch den Heizkreis umwälzt und daher Umwälzpumpe genannt wird.

Vor- und Rücklauf im Heizkreis

Der Hinweg des Heizwassers zum Heizkörper wird als „Vorlauf“ bezeichnet. Die Temperatur, die das Heizwasser dabei hat, ist demnach die sogenannte Vorlauftemperatur. Im Heizkörper angekommen, gibt das heiße Heizwasser seine Wärme über die Fläche des Heizkörpers an den zu beheizenden Raum ab. Als Heizkörper kommen je nach Art der Heizungsanlage herkömmliche Heizkörper  ebenso in Frage wie eine Flächenheizung, zum Beispiel eine Fußbodenheizung. Infolge des Durchlaufs durch den Heizkörper / die Flächenheizung kühlt sich das Heizwasser ab. Aus dem Heizkörper kommt es mit einer deutlich kühleren als der Vorlauftemperatur. Den Rückweg des Heizwassers zum Wärmeerzeuger, der es erneut erwärmt, nennt man Rücklauf, die zugehörige Temperatur Rücklauftemperatur. Vorlauf und Rücklauf ergeben einen geschlossen Kreislauf, den sogenannten Heizkreis.

Das heißt, es besteht ein Temperaturunterschied zwischen Vorlauf und Rücklauf. Den nennt der Heiztechniker auch Spreizung. Eine zu große Spreizung birgt für manche Heizungsanlage Gefahren: Aufgrund der unterschiedlichen Temperaturen drohen ihr  Kondensation und infolge dessen Korrosion. Um der Gefahr zu begegnen, bedient man sich daher der sogenannten Rücklaufanhebung, die ich euch hier auf dem Blog bereits erklärt habe. Die Rücklaufanhebung wird mit Hilfe eines sogenannten Mischventils realisiert, das somit als weitere Komponente im Heizkreis fungiert.

Das Rohrsystem einer Heizungsanlage kann als sogenanntes Einrohr- oder Zweirohrsystem ausgelegt sein. Während beim Zweirohrsystem alle Heizkörper parallel geschaltet sind, zu jedem Heizkörper also eine Vor- und eine Rücklaufleitung führt, sind im Einrohrsystem mehrere Heizkörper in Reihe geschaltet. Diese Auslegung wird mit Hilfe einer Ringleitung realisiert. Dabei fließt ein Teil des Heizwassers durch den angeschlossenen Heizkörper, wenn dessen Zulauf geöffnet ist. Andernfalls – bei geschlossenem Zulauf – strömt das Heizwasser durch die sogenannte Bypass-Leitung am vom Heizkreis „ausgeschlossenen“ Heizkörper vorbei.

Je nach Auslegung des Heizkreises unterscheidet man verschiedene Heizkreistypen. Ein sogenanntes Tichelmann-System ist beispielsweise dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungsweg in Summe aus Vor- und Rücklauf für jeden Heizkörper in etwa gleich lang ist.

Heizkreis und Kesselkreis

Kennen solltet ihr in diesem Zusammenhang auch den Ausdruck Kesselkreis. Von einem solchen ist die Rede, wenn der  Heizkreis vom Kesselkreis getrennt ist. Das regelt beispielsweise ein sogenannter Dreiwege-Mischer. Mit seinem Einsatz erhält man einen Kesselvorlauf und einen Heizungsvorlauf. Die hat man auch bei der bereits angesprochenen Rücklaufanhebung mit einem Vierwegemischer, der den Kesselkreis mit seinem Kesselvorlauf vom heizkreis und dessen Heizungsvorlauf trennt. Dabei hat der Kesselvorlauf immer eine höhere Temperatur als der Heizungsvorlauf.

So viel zum „nur“-Heizkreis. Kommen wir zum solaren Heizkreis. Das Attribut solar weist eindeutig darauf hin, dass in einem solaren Heizkreis Solarwärme (es geht ja ums Heizen) im Spiel sein muss.

Das folgende Video “homemade by Paradigma” zeigt euch die Einbindung einer Solarthermie-Anlage zur Heizungsunterstützung:

 

Was ist ein solarer Heizkreis?

Eine Solarthermie-Anlage ist ein komplexes System mit Wärmeerzeugern (den Kollektoren), Solarleitungen, Solarpumpe und Speicher zum Puffern der solaren Wärme. Die Komponenten bilden einen Kreislauf, den solaren Heizkreislauf, kurz: solaren Heizkreis oder Solarheizkreis. In diesem kreist ebenfalls ein Wärmeüberträger, der auch Solarflüssigkeit oder Solarfluid genannt wird. Je nach Art der Solarthermie-Anlage kann das ein Wasser-Frostschutzmittel-Gemisch sein oder pures Wasser  wie bei den Aqua-Plasma-Kollektor-Anlagen aus unserem Haus.

Die Solarthermie-Kollektoren absorbieren die Sonnenenergie, wandeln sie in nutzbare Wärme um und übertragen sie auf das Solarfluid. Das wird davon erhitzt und strömt heiß und umgewälzt von der Solarpumpe zum Pufferspeicher, wo es die Wärme via Wärmetauscher an das zu erwärmende Trinkwasser abgibt. Das Ganze wäre dann eine Solarthermie-Anlage, die Warmwasser erzeugt. Etwa die Hälfte aller 2,2 Millionen Solarthermie-Anlagen, die hierzulande verbaut sind, sind solche Anlagen zur Warmwasserbereitung.

Die andere Hälfte der verbauten Solarthermie-Anlagen arbeitet auch heizungsunterstützend. Ihre Wärme dient demnach neben der Warmwasserbereitstellung auch zum Beheizen der Räume. Solche Anlagen zur Heizungsunterstützung können auf zweierlei Weise an den herkömmlichen Heizkreis angebunden werden:

• Entweder über eine Rücklaufanhebung der Heizkreise
• oder über eine Direktanbindung aus dem Pufferspeicher.

Das müsst ihr euch so vorstellen:

Einbindung des Solarheizkreises über die Rücklaufanhebung des herkömmlichen Heizkreises

Wenn die Temperatur im Pufferspeicher über der Rücklauftemperatur des Heizkreises liegt, wird der nicht direkt zum Kessel zurückgeleitet, sondern via ein Umschaltventil durch den Pufferspeicher geführt. Auf diese Weise sorgt die dem Pufferspeicher zugeführte Solarthermie dafür, dass sich der Rücklauf des Heizkreises temperaturtechnisch erhöht. Deshalb benötigt der Heizkessel weniger seiner Energie benötigt, die aus dem von ihm verfeuerten Brennstoff resultiert, um den Vorlauf wieder auf die für den Heizkreis gewünschte Temperatur zu bringen.

Einbindung des Solarheizkreises direkt an den Pufferspeicher

Alternativ zur eben beschriebenen Anbindung des solaren Heizkreises besteht die Möglichkeit, sowohl die Vor- als auch die Rücklaufleitung des herkömmlichen Heizkreises an den Pufferspeicher anzuschließen. Der Pufferspeicher ist somit Begegnungsstätte von solarem und herkömmlichen Heizkreis. Die Solarwärme wird in diesem Fall nur an den Heizkreis abgegeben, wenn der solare Heizkreis wärmer ist als der Bereitschaftsteil. Der Heizkessel hält dabei den oberen Bereich des Pufferspeichers auf der gewünschten Solltemperatur.

Diese Form der Einbindung des solaren Heizkreises nutzt man unter anderem bei Holzheizungen, die große Puffervolumina brauchen. Die Höhe der Speicheranschlüsse für den herkömmlichen Heizkreis wird in Abhängigkeit

• von der Temperatur, die in ihm herrscht (Fußboden- oder Flächenheizung),
• dem optional zur Warmwasserbereitung nötigen Bereitschaftsvolumens
• sowie der Art des Wärmeerzeugers

im Planungsprozess bestimmt. Das Puffervolumen lässt sich auch auf zwei Speicher, einen für die Solarthermie-Anlage und einen für den Kessel aufteilen.

Foto + Video: Paradigma