Erdkollektoren werden seit Jahrzehnten fast unverändert gebaut. Es gibt zwar immer wieder neue Ansätze, diese sind aber weder energetisch noch wirtschaftlich besser als die bekannten Formen.

Hier soll der Versuch gemacht werden, das Design von Erdkollektoren grundlegend zu verändern. Die Kollektoren sollen preiswerter werden, leichter und schneller zu bauen sein und bei gleicher Fläche höhere Soletemperaturen erreichen.

Um diese Ziele zu erreichen werden mehrere Änderungen an den bisher verwendeten Auslegungsprinzipien vorgenommen:
- Hydraulik wird verändert, grundsätzlich turbulente Strömung
- Sammler und Sammelschächte werden überflüssig
- Kollektoren werden ohne Sandbett gebaut
- Verlegung wird erleichert, Eigenleistung ohne Werkzeug möglich
- Erdarbeiten werden minimiert
Die hydraulische Auslegung wurde bisher bestimmt durch die Standard-Rohrlängen des PE-Materials. Verwendet wurden Durchmesser von 20-32mm, die in 100m Ringbunden geliefert werden. Daneben gibt es noch Kompaktkollektoren auf der Basis von Kapillarmatten.
Durch diesen Ansatz werden Kollektoren immer mit mindestens 4 Kreisen gebaut, was einen kostspieligen Sammler erfordert, und bei Platzierung des Sammlers im Außenbereich auch einen Sammelschacht. Der Sammler ist immer auch eine wesentliche Fehlerquelle, sei es durch Undichtigkeiten oder ungleichmäßige Durchströmung der Kreise.
Außerdem ergibt sich aus dieser Auslegung aus rein mathematischen Gründen eine laminare Strömung im Kollektor. Nur ganz wenige Erdkollektoren wie die Betatherm-Körbe arbeiten mit turbulenter Strömung.

Die erste wesentliche Designänderung betrifft die Rohrlänge und den Durchmesser. Es sollen längere Kreise und Rohre mit größerem Durchmesser verwendet werden. Solche sind unüblich, aber auf Anfrage ab Werk erhältlich. Dadurch ergeben sich völlig neue Freiheitsgrade bei der Auslegung.

Für kleinere Anlagen ist es dann möglich, die Quelle mit nur einem einzigen Kreis zu erschließen. Dabei kann die ganze Bandbreite von Heizleistungen im Neubaubereich vom Passivhaus bis zum größeren KfW60 Zweifamilienhaus mit 3 Standardgrößen abgedeckt werden:
- Heizleistung 3-4 kW mit 250m 32x3mm
- Heizleistung 4-6 kW mit 400m 40x3,7mm
- Heizleistung 6-8 kW mit 500m 50x4,6mm
Für größere Anlagen müssen mehrere Kollektoren kombiniert werden.
Die Grenzen werden hier durch die Hydraulik festgelegt. Die Spreizung darf bis auf maximal 4° erhöht werden, der Druckverlust maximal 350 mBar betragen. Mit den o.g. Auslegungen werden diese Grenzen eingehalten. Grundlage der Berechnung ist eine Solekonzentration von 20%. Dies ist niedriger als die üblichen 30%, was aber durch die höheren Soletemperaturen auch möglich ist.

Im Neubaubereich reicht für fast jedes Gebäude bis 200 m² eine Wärmepumpe mit 6 kW Leistung - zumindest dann, wenn auf einen Tarif mit Abschaltzeiten verzichtet wird. Hier wird deshalb als Wärmequelle für den Neubau als Standard ein einzelner Kreis mit 400m Länge und 40x3,7mm Durchmesser vorgeschlagen.

Neben der Vereinfachung der Hydraulik ergeben sich aus dieser Bauweise auch energetische Vorteile. Die Strömung ist turbulent. Außerdem hat das Solerohr durch den größeren Durchmesser eine größere Tauscherfläche, was ebenfalls zu einer Erhöhung der Soletemperatur führt. In der Summe ist gegenüber der laminaren Standardauslegung die Soletemperatur auf gleicher Fläche um etwa 2° höher. Außerdem ist der Anteil an aktivem Rohr größer als bei mehreren Kreisen, da jeder Kreis mehrere Meter durch den Anschluß an Sammler, Verlegung in Sammelgraben usw verliert. Mögliche weitere Verbesserungen ergeben sich durch größere Freiheit bei der Verlegung. Stichworte kalter Rand und Gegenstrom-Wärmetauscherverlust. Dazu später mehr.

Die zweite wesentliche Designänderung ist der Einsatz verbesserten Materials. Bei Verwendung nur einen Kreises ist das Thema Sicherheit sehr relevant. Bei mehreren Kreisen ist im Fall einer Leckage immer noch ein Betrieb der Wärmepumpe möglich, sofern Absperreinrichtungen vorhanden sind. Ein Einzelkreis darf dagegen auf keinen Fall versagen.

Größere Sicherheit läßt sich hier durch Einsatz von verbessertem Material erreichen. Sogenannte RC- Materialien ( RC = Resistance to Crack ) bieten gegenüber Standard PE100 mehrfach höheren Widerstand gegenüber langsamem Rißwachstum und Punktbelastungen.
Erfreulicherweise ist dieses PE100 RC nur unwesentlich teurer als normales PE100. Wirtschaftlich ergeben sich durch den Einsatz von RC sogar deutliche Vorteile, da mit diesem Material auf ein Sandbett verzichtet werden kann. Die Einsparungen durch den Wegfall von Sandbett und Erdaustausch überwiegen bei Weitem die geringen Mehrkosten für das optimierte Material.
Auch energetisch entstehen hier weitere Vorteile, da die Wärmeleitung in bindigem Bodenmaterial besser ist als in einem Sandbett.

Wird fortgesetzt, bitte noch keine Kommentare posten.

Bei derart langen Kreisen und dem dickeren Rohr stellt sich die Frage nach dem Aufwand bei der Verlegung. Ein 400m langes Rohr 40x3,7 hat ein Eigengewicht von 172 kg. Mitsamt der Einwegpalette sind also 180-190 kg zu bewegen.

Das Rohr ist auch sehr steif. Die Ringe können nicht einzeln oben von der stehenden Palette abgenommen werden, da sie sich sonst bei der Verlegung verdrehen. Das Rohr muß deshalb so von der Palette abgewickelt werden, daß sich diese samt Rohrstapel um die eigene Achse dreht.
Es gibt für stärkeres Rohr ab Werk Rohrtrommeln. Der Einsatz solcher Trommeln würde aber einen zusätzlichen Transportaufwand und Kosten bedeuten. Außerdem stehen die Trommeln in der Regel senkrecht, was bei der Verlegung auf einer Fläche eher hinderlich ist. Das Eigengewicht der Trommel ist ebenfalls beträchtlich.

Habe mir deshalb eine einfache und preiswerte Abrollhilfe ausgedacht, die es ermöglicht, 400m 40er Rohr mit 4 Mann in kurzer Zeit abzurollen und zu verlegen, und zwar schneller und einfacher als einen Standardkollektor.

Das Rohr liegt gestapelt auf einer passenden Einwegpalette. Damit der Stapel nicht versehentlich abrollt und sich verheddert muß das Rohr ab Werk alle 100m oder so eine Zwischenabbindung haben.
Das Rohr soll waagerecht von der Palette abgewickelt werden. Dazu muß sich diese um die eigene Achse drehen. Habe zuerst daran gedacht, die Palette mit 4 Leuten anzuheben oder einen drehbaren Hänger o.ä. einzusetzen. Geht aber einfacher: die Palette muß drehbar gelagert werden.
Eine Einwegpalette besteht aus 3 Kanthölzern. In das mittlere Kantholt fräst man zentral von unten eine Nut von z.B. 3cm Tiefe und Durchmesser. Ein Stück Spanplatte als Unterlage verstärkt man in der Mitte mit einem Stück Bohle, darin setzt man eine dicke Schraube als Lagerung.

Die Einwegpalette sollte so hergestellt sein daß die Kanthölzer nicht bis an den Rand mit Brettern belegt sind, sondern an den Ecken überstehen. Dort können Tragegurte untergezogen werden.

Bei Verlegung auf einer ausgehobenen Kollektorfläche wird die Palette mittig auf die Fläche gestellt. Zuerst wird die Unterlage hingelegt, dann die Nut der Palette auf der Schraube aufgesetzt. Dann werden einige Ringe abgehoben, ausgerollt und durch den Verbindungsgraben an den Anschlußpunkt im Heizungskeller gezogen.
Die Palette liegt jetzt mit ihrem Schwerpunkt auf der Schraube. Sie kippt leicht zur Seite, kann aber leicht von 2 Leuten aufgerichtet und um die eigene Achse gedreht werden. Dabei muß gleichzeitig das Rohr kontrolliert werden, damit nicht zuviel auf einmal abrollt.

Jetzt beginnt die Verlegung des Rohrs. Dazu sind zwei weitere Leute notwendig. Einer richtet das Rohr aus und legt die Abstände fest, der zweite geht 5-10m hinter dem Ausrichter her und fixiert das Rohr mit dem Fuß gegen Bewegungen. Dem Verlegefortschritt folgend dreht sich die Palette um die eigene Achse und gibt Rohr frei. PE-Rohr kann recht widerspenstig sein. Ein längeres Stück Rohr bewegt sich aber nicht mehr, sondern wird durch das eigene Gewicht und Steifheit in Position gehalten.

Das Rohr wird in Spiralform verlegt. Die erste Reihe wird außen herum auf der Fläche verlegt. Die Abstände werden vorher berechnet. Der Verleger muß diese kontrollieren und gegebenenfalls korrigieren, da eine spätere Änderung kaum noch möglich ist. Im Zweifelsfall ist eher geringfügig enger zu verlegen, da eine Lücke in der Mitte des Kollektors kaum einen Nachteil darstellt. In möglichst gleichen Abständen wird das Rohr in Spiralform von außen nach innen verlegt. Das letzte Stück wird wieder in den Heizungskeller verlegt, der Kreis ist geschlossen.

Auf diese Weise sollte der ganze Kollektor von 4 Leuten in kurzer Zeit und mit mäßiger Kraftanstrengung verlegt sein. Das Rohr folgt der Biegung, die es durch die Lagerung auf der Palette schon vorgegeben hat. Anders als in einem normalen Kollektor sind keine Richtungsänderungen erforderlich, die ein Verdrehen bewirken und oft eine Fixierung auf dem Untergrund erfordern. Es ist auch kein Anschluß an Klemmverbindungen erforderlich. Die beiden Enden werden nebeneinander mit Rohrschellen an der Wand befestigt und stehen für den Anschluß an die Wärmepumpe bereit.

Fortsetzung folgt

Die Spiralform hat auch energetische Vorteile.
Ein Erdkollektor bezieht seine Wärme nicht nur von oben und unten, sondern auch in signifikantem Maß von der Seite. Deshalb ist die Temperaturverteilung in Kollektorebene nicht gleichförmig, sondern eher linsenförmig mit wärmeren Temperaturen am Rand. Der Rand könnte prinzipiell mehr Wärme liefern ( danke Bermd_K ) .
In einem spiralförmig aufgebauten Kollektor kann man diesen Randeffekt ausnutzen, indem man die Strömungsrichtung so wählt, daß der kalte Solerücklauf aus der Wärmepumpe von außen nach innen durch den Kollektor fließt. Der Rand wird so stärker belastet als das Zentrum, die Soletemperatur steigt dadurch an.

In einem Kollektor konventioneller Bauart liegen innerhalb der Kollektorebene kalte und warme Rohrstücke nebeneinander. Es kann dadurch vorkommen, daß Energie aus einem warmen Teilstück wieder an kältere abgegeben wird. Dieser Gegenstrom-Wärmetauscherverlust ist auch aus Erdsonden bekannt, wo er sich allerdings noch stärker auswirkt.

Zusammen genommen führt die Spiralverlegung zu einer viel gleichmäßigeren Belastung der Fläche. Es gibt auch weniger Überkreuzungen, die Abstände können leichter und genauer eingehalten werden.

Fortsetzung folgt

Ein großer Nachteil von Erdkollektoren besteht in dem großen Platzbedarf und in den enormen Mengen von Erdaushub, die bewegt werden müssem. Kleinere Grundstücke stehen deshalb für diese Art Wärmequelle nicht zur Verfügung.

Die dritte wesentliche Designänderung, die ich hier vorschlagen möchte, ist deshalb die vorzugsweise Verwendung von Gräben statt Fläche. Die Form der Gräben ist zwar prinzipiell beliebig, aus einer Anzahl von Gründen ist die optimale Geometrie jedoch ein geschlossener Ring. Ein Ring ist im Prinzip nichts anderes als eine Fläche, bei der man die Mitte stehen läßt.

Aus dem, was zu den Wärmegewinnen aus dem Randbereich gesagt wurde, ergibt sich, daß man die Aushubmengen vermindern kann, wenn man mit Gräben arbeitet. Je größer das Verhältnis von Fläche zu Umfang ( = Rand ), desto mehr Leistung bringt die Fläche pro m². Eine langgestreckte schmale Fläche hat mehr Rand als eine quadratische. Das optimale Verhältnis von Fläche zu Rand hat man bei einem Graben. Das ist im Prinzip ein alter Hut, und es hat schon immer eine Große Vielzahl von Grabenkollektoren verschiedenster Bauart gegeben. Die Erfahrungen mit diesen Typen geben auch einen Anhaltspunkt über die mögliche Leistung, die man pro Grabenmeter entziehen kann. Durch die Verwendung von Gräben können die Aushubmengen auf einen Bruchteil derer vermindert werden, die für Flächenkollektoren anfallen. Unterschied ist u.a. die turbulente Strömung und der Verzicht auf den sehr aufwändigen Sammler.

Als Änderung zu den bisher bekannten Grabenkollektoren schlage ich die Ringform vor. Diese hat den Vorteil, daß die Vorzüge einer spiralförmigen Verlegung auch auf dem Graben übertragen werden können.
Eine Sonderform im Neubaubereich ist der Ringgrabenkollektor um das Haus herum. Wenn man im Abstand von 1,50-2m von einer Bodenplatte einen Graben anlegt bekommt dieser eine Länge von 50-70m. So können selbst auf kleinsten Grundstücken noch horizontale Erdkollektoren untergebacht werden.

Mein erster Gedanke war ein Graben von 2,40m Tiefe und 60cm Breite. In diesen sollten auf der untersten Ebene außen und innen am Rand des Grabens die ersten beiden Schleifen ums Haus gelegt werden. Dann 60cm Erde einfüllen, nochmals 2 Kreise, wieder 60cm einfüllen und die letzten beiden Kreise vor der Einfüllung bis OK Gelände.
Als Nachteil besteht hier der Sicherheitsaspekt. In ungesicherten Gräben darf nur bis 1,25m Tiefe gearbeitet werden. Hier wäre nur an den Ecken die Wand abzuschrägen und das Betreten des Grabens auf diese Punkte zu begrenzen. Weiterer Nachteil ist die Zeit, die jeweils zur Auffüllung bis auf Zwischenwerte benötigt wird und eine Anwesenheit des gesamten Verlegeteams für einen längeren Zeitraum erforderlich machen würde. Vorteil dieses tiefen Grabens ist das sehr geringe Aushubvolumen und die minimale Beeinflussung der Oberfläche.

Unter den Aspekten der Sicherheit und Geschwindigkeit ist ein flacherer, breiterer Graben besser. Im Neubaubereich würde die Anlage dieses Kollektors so aussehen:
Ein Bagger ist auf der Baustelle, um Bodenplatte und Fundamente auszuschachten - es fallen also keinerlei weitere Einrichtungskosten an. Die Erdarbeiten für den Graben werden nach Maschinenstunden abgerechnet, das ist weitaus preiswerter als nach Aushubvolumen. Der Bagger trägt den Mutterboden ab. Auf der späteren Grundfläche des Hauses wird der Punkt ausgemessen, an dem später die Wärmepumpe steht. Dort wird als Markierung und Befestigung ein Pfahl eingeschlagen. Dann wird zuerst ein 1m tiefer schmaler Stichgraben ab Pfahl nach außen angelegt. Dann wird der Graben ausgehoben. Bei beengten Grundstücken kann der Aushub sogar auf der späteren Grundfläche mittig abgelegt werden. Der Graben wird auf z.B. 1,25m Tiefe ausgehoben. Wenn man den oberen Rand abschrägt geht auch eine größere Tiefe. Außerdem wird später wieder Mutterboden aufgetragen, sodaß Verlegetiefen von 1,50m und mehr leicht möglich sind.

Bei 1,25m Tiefe muß der Graben breiter sein, als Anhaltspunkt nehme ich 1,50m. Das Rohr wird jetzt nach gleichem Schema wie beim Spiralkollekotr mittig auf der "Insel" abgestellt und spiralförmig im Graben verlegt. Bei 60m Länge würde man 6x im Abstand 30cm um das Haus gehen. Man beginnt und endet am Pfahl, wo die Enden fixiert werden. Restlängen werden im Graben verschleift.

Es sind auch beliebige andere Grabengeometrien möglich, z.B. in diesen bekannten Grabenkollektoren.

In einem Altbau wird man den Graben nicht um das Haus herumlegen, da dies zu viele Zerstörungen verursachen würde. Man kann diesen Ringgraben aber auch auf Flächen in einiger Entfernung vom Haus anlegen. Der Kollektor kann auch die Form einer 8 oder eines offenen Omega haben oder jede beliebige andere Form. Optimal ist jedoch m.E. die geschlossene Ringform.

Fortsetzung folgt

Dieser Kollektortyp des Einrohrkollektors verspricht sehr preiswert zu werden. Die Materialkosten für das PE100 RC habe ich kürzlich bei der Firma Georg Fischer angefragt. Preis für 400m am Stück 40x3,7 als Sonderlänge liegt bei netto 518,40 € plus Transport.

Dazu kommt an Materialkosten nur noch der Preis für die Sole. Stelle mir vor daß man die passende Menge im Paket mitkaufen kann. Bei 400m muß man noch etwa 10-20 Liter Flüssigkeit in der Wärmepumpe, MAG usw rechnen, dann braucht man für 20% Sole etwa 70 Liter Solekonzentrat. Hier kosten 60 Liter brutto 219,- € plus Versand.
Es gibt auch Kanister zu 10, 20 oder 30 Liter, sodaß man die für jede Baugröße notwendige Menge beliebig zusammenstellen kann.

Ich stelle mir folgendes Produkt vor:
Fertiger Kollektor in den Baugrößen wie oben beschrieben 3-4, 4-6 oder 6-8 kW, bestehend aus:
- Einwegpalette mit Überstand Kantholz für Tragegurt und fertig eingefräster Nut unter dem mittleren Kantholz
- Rohr aus PE100 RC in Sonderlänge mit Zwischenabbindung, z.B. 400m 40x3,7 für 4-6 kW
- im Innenraum der Rohrspirale die passende Anzahl Solekanister zur Herstellung einer 20% Konzentration für diesen Kollektor
- obenauf Grundplatte mit Lagerschraube, umgekehrt mit Schraube nach unten aufgelegt
- ausführliche Bedienungsanleitung
- Schrumpf- oder Wickelfolie als Verpackung

Man würde also den gesamten Kollekotor als Paket zu minimalen Versandkosten und verlegefertig frei Baustelle beziehen können. Könnte mir vorstellen daß zahlreiche Bauherren oder auch Fertighausfirmen daran Gefallen finden könnten...

Werde versuchen, die Industrie in diese Richtung zu ermuntern.
Gesamtprojekt ist die Sole-Wasser-Wärmepumpe für 10.000 Euro incl Wärmequelle, abzüglich Förderung wäre das Investitionskostenparität mit Gas oder Öl.

So, ich habe fertig, jetzt könnt ihr mich mit Kritik und Anregungen überschütten.

Grüße
Frank

danke, Frank, sind ja einige ganz gute Gedanken und Ansätze dabei.
Vorteile hast Du ja schon genannt, deshalb beschränke ich mich auf die Nachteile.
Es werden 4 Personen gebraucht, die 200kg tragen können. Das kann nicht jeder, darum vielleicht Leute einer Umzugsfirma nehmen, die entsprechend teuer sind. Meine 100m 20x2 habe ich alleine verlegt, es fielen keine Personalkosten dafür an. Für den Verteiler hast Du hier schon kostengünstige Vorschläge gemacht, so daß die Personalkosten teurer sind. Ich habe nur für das Heruntertragen der WP (106kg)in den Keller mit 3 Personen 50Euro bezahlt. Um die Rolle in die Mitte des Grundstücks zu transportieren, dürften dann wohl 100Euro anfallen.
Die zeitl. Organisation zwischen Bagger, Transportmenschen für Verlegung ist genauso schwierig wie bei mir bzw. noch schwieriger, weil bei mir keine Wartezeiten für Verleger angefallen sind. Das Ergebnis der Verlegung ist allerdings auch dementsprechend wie hier schon mal dargestellt. Aber es hat trotz schlechter Verlegung noch gereicht.
Ich hatte bei mir um das Haus auch einen Kreis gelegt, weil dort der Aushub schon gegeben war. Dies soll allerdings nicht so gut gewesen sein und dieser Kreis ist auch einer der defekten Kreise. Falsch + falsch = richtig.
Die Lieferung der Rohre erfolgt an die Grundstücksgrenze. Das Herstellen des Drehtellers muß in Anwesenheit und mit Hilfe der 4 Leute erfolgen. Ich weiß zwar nicht, wie lange das dauert, aber ein Vergleich mit einer käuflichen Haspel wäre da auch angebracht. Bei mir wäre solch eine selbstgebaute Haspel bei dem 20x2 Rohr schon eher angebracht gewesen.

Und wie immer hängt alles von der Grundstücksgröße ab.

mfg
Quehl

Hallo Wolfram,

bei 4 Leuten bin ich von Eigenleistung ausgegangen. Ein paar Leute kriegt man schon mal für ein paar Stündchen. Mit 4 Leuten kriegt man auch 180kg über eine ebene Fläche getragen und gezogen. Man kann die Palette aber auch an die Baggerschaufel hängen.

Notfalls, mit Fremdpersonal oder durch Baufirma, geht es auch mit 2 Leuten. Man muß dann immer hin und her zwischen Rolle und Verlegestück. Sind zwar nur ein paar Meter, weil die Palette ja in der Mitte steht, aber doch umständlicher. Außerdem muß man dann immer abwechselnd das Rohr auf dem Boden und auf der Palette fixieren. Auf dem Boden reicht ein schwerer Stein, auf der Palette ein umgekehrt U-förmiger Bügel, der verhindert daß das Rohr auseinanderspringt. Auch mit 2 Personen - davon einer der Baggerfahrer - wäre es m.E. gut möglich, und selbst wenn man die Zeit voll bezahlen muß zum Unternehmerpreis wäre der Gesamtkollektor immer noch konkurrenzlos günstig. Und der Zeitaufwand für die gesamte Verlegung ist geringer als allein für das Setzen eines Sammelschachtes - der übrigens mehr Gewicht auf die Waage bringt und auch noch niemanden daran gehindert hat, einen Erdkolektor zu bauen.

Was die Drehvorrichtung aus Nut und Platte mit Schraube angeht gehe ich davon aus daß man die ab Werk fertigt. Wäre etwas umständlich die Palette zu kippen.

Mir ist im Übrigen bewußt daß man ein paar Kollektoren ausprobieren muß, um die optimale Technik zu entwickeln und noch nicht bedachte Probleme aufzudecken. Da wird man sehr schnell sehen, wieviele Leute man wirklich zweckmäßig braucht.

Grüße
Frank

das hat ja nicht jeder 4 Leute im Freundes und Familienkreis, die jeder 50Kg tragen können. Ich kanns nicht, darum ist mein Haus auch aus Styropor. Und einen Baggerfahrer hat auch nicht jeder gleich so an der Hand. Und der soll dann auch noch gleichzeitig 50 Kg schleppen können. Und dann käme noch ein zeitl. Problem hinzu. Mal kann der eine nicht, dann kann der andere nicht und wenn die beide Zeit haben, dann kann der 3. nicht.

Den Schacht muß man ja nicht außen hinlegen. Mein Verteiler ist im keller und ich habe keinen Schacht. Die Rohre führen dann allerdings alle durch die Wand. Bei Styropor kein Problem. Aber auch sonst sollte das eigentlich leichter sein als ein Schacht, der ja mindestens 1,20 m tief sein müßte.

Wie gesagt, hängt alles vom Einzelfall ab. Man kann aber auch gewisse Vorschläge mischen, um ein Optimum zu bekommen.

mfg
Quehl

Hallo Wolfram
hör auf zu nörgeln :-), ist doch nicht Frank Schuld, dass Du kein Vater/Bruder/Schwager/Sohn zu Hand hatest.


Hallo Frank,
meine erste Meinung kennst Du ja schon. Habe lange überlegt, wie ich so was bei mir realisieren könnte. Bei meinen 10 kW Heizleistung müsste ich wohl 600 m 63x5,8 verlegen? :-)

Jetzt habe ich noch ein paar Bemerkungen, alle betreffen das Material.

Dein Drang nach Sicherheit finde ich übertrieben. Du ziehst doch nicht ein zweites Kondom über den ersten, nur weil das noch sicherer ist... oder :-)
Das, mit dem härteren Kunststoff, beschichtete PE-Rohr hat vielleicht Sinn bei extremer Verlegeart durch Einpflügen, oder beim Verlegen in einem "Steinbruch" aber bei normalen "Verbuddeln" bringt es nichts, (auch wenn es nur unwesentlich teurer ist). Das "normale" PE100 Rohr ist schon robust genügt, (ich würde sagen das "100" steht hier für den Sicherheitsfaktor. :-)
Die PE-Rohre werden schon länger als dreisig Jahre verbuddeln und "Leckage" gab es nur dort, wo man ein Zaunpfhal durch das Rohr gehauen hat. Normale Kiesel- oder Sandsteine können das Rohr nicht beschädigen, PE ist Abriebfest.
Es gibt Mittlerweile schon die dritte generation des Werkstoff Polyethylen. Diese Polyethylene haben eine höhere Zugfestigkeit sowie einen höheren Widerstand gegen schnelle und langsame Rissfortpflanzung.
Wird ein PE-Rohr angeritzt und unter Druck gesetzt, reissen an der Rissspitze die Molekülketten auseinander. Das geschieht aber bei normalen bedinungen (20° und nominale Druck) sooo langsam,
das die Prüflabore, (um es überhaupt noch zu erleben) das Rohr 20% der Wandstärke tief anritzen, mit 85° Grad heißem Medium füllen und den Druck verdoppeln. Dann dauert nur noch zehn Stunden, bis das Rohr platzt. Bei den Temperaturen und Druck die in einem Kollektor herschen, könnte es auch ein paar Jahrhunderte dauern.
Die 100 Jahre Mindesthaltbarkeit wird auch schon für normale PE-Rohre garantiert (OHM). Ich glaube, die Kollektoren könnte man genauso gut aus PE80 oder aus dünnwändigen PE-HD Kabelschutzrohren bauen. Und wenn dann "nur" 50 Jahre halten? Dann wird mein Enkel Gelegenheit bekommen, sein Garten neu zu gestallten :-))

Das Material (PE) hat noch eine (unangenehme) Eigenschaft, über die man sich in der Planungphase Gedanken machen soll: Längenausdehnungskoeffizienten.
Für PE beträgt er 0,15 bis 0,20 mm/m K. Das bedeutet für ein 500 Meter langen Rohr, und deltaTmax von 20K (0° +/-10°), ein Längenunterschied von 1,5 bis 2 Meter!
Wird das Rohr z. B. fünf mal um das Haus "gewickelt" hat die "Spirale" etwa 30 Meter Durchmesser. Kann sich das Rohr nicht "längst" verschieben, wird sich der Durchmesser der "Spiralle" um etwa 13 cm verändern. Das macht ringsrum, innen und außen etwa 2 cm Luft zwischen Rohr unf Erde.

Grüße
Peter

Hallo Peter,

600m 63x5,8 hab ich mich nicht vorzuschlagen getraut ;-). Da wirst du auf 2 x 400m 40x3,7 ausweichen müssen, oder auch 3 von den kleinen 32ern.

Das mit dem Material ist glaube ich ein Mißverständnis. Habe neulich zuerst was von dem PE100 mit PP-Schutzmantel geschrieben. Das meine ich hier nicht, denn inzwischen habe ich das PE100 RC entdeckt. Das hat auch die Schutzeigenschaften, ganze ohne Mantel. Zum Beispiel dieses hier.

Kann schon sein, daß das Overkill ist. Das macht aber nichts, weil es kaum mehr kostet als das normale PE100. Selbst wenn es so ist daß PE100 ausreichen würde - die meisten Leute trauen sich das einfach nicht und nehmen ein Sandbett. Außerdem hat das auch einen juristischen Aspekt. Deshalb lieber die doppelte und dreifache Sicherheit.

Das PE mit PP-Schutzmantel hätte den Nachteil gehabt, daß der Mantel je nach Auslegung 0,5-1° Soletemperatur gekostet hätte durch den zusätzlichen Wärmeübergang. Bei dem RC ist das nicht der Fall.
Spiele schon mit dem Gedanken, daß man die überragenden Materialeigenschaften prinzipiell nutzen könnte, um dünnwandigeres Material zu verwenden, z.B. SDR 17,6 mit 40x2,4mm. Von der Druck- und Temperaturbeanspruchung wäre das immer noch weit überdimensioniert. Das hätte mehrere Vorteile: höhere Soletemperatur ( etwa 0,3-0,4° ), günstigerer Preis, weniger Druckverlust oder noch mehr Leistung mit 40er Rohr. Außerdem weniger Materialverbrauch und Gewicht - da könnte selbst Wolfram wieder ins Grübeln kommen ;-)

Das mit der Wärmeausdehnung ist ein wichtiger Hinweis, von der Sorte die ich mir erhoffe in diesem thread. Müßte man in Zusammenarbeit mit den Herstellern abklären. Welche Rolle spielt das bei sonstigen Kollektoren? Oder in Erdsonden - meine sind immerhin 150m tief? Wenn das ein Problem ist muß und wird man eine Lösung finden. Man könnte zum Beispiel nach jeder Windung um das Haus eine kleinere Schleife von 2m Durchmesser legen, um eventuelle Spannungen abzubauen. Da wird es aber Erfahrungen geben, denn es werden ja sehr viel längere Strecken verlegt, bei denen dann Längenunterschiede weit größerer Dimensionen auftreten, noch dazu auf geraden Stecken ohne Ausweichmöglichkeit.

Grüße
Frank

als ich die Tabelle der PE Rohre gesehen habe mit 32x2,9 und 32x2,8 oder verwechsle ich das jetzt, na ja, da bin ich schon ins Grübeln gekommen. Hab auch nach dem 20er Rohr gesehen. SDR17 ist schon optimaler. Aber es sollte auch noch mal darauf hingewiesen werden, daß das Rohr erst abgedrückt werden sollte und im Druckzustand erst die Erde aufgefüllt werden sollte. Das hatte ich in der Eile bei mir vergessen. Ich weiß es nicht genau, könnte mir aber vorstellen, daß das Rohr dann vom äußeren Druck her etwas stabiler ist.

Ich habe ja bei mir im Sanitärbereich PVC verlegt. Da gibt es auch die Beachtung der Längenausdehnung. Schleifen, Winkel mit etwas Hohlraum dahinter, nicht festgenagelt an der Wand, sondern so, daß sich das Rohr bewegen kann.
Ist jetzt nicht ganz vergleichbar, weil jeder Hohlraum den Wärmeübergang verschlechtert. Wie läuft das denn jetzt. Da gibt es doch auch das Problem der Hohlraumbildung. Jetzt kommt gleich die DV mannschaft und sagt, bei uns mit Kupfer gibt es keine Hohlräume.

mfg
Quehl

und ich nörgle nicht, sondern zeige nur auch die negativen Seiten auf, damit ein objektives Bild dabei herauskommt.

Hallo Frank,

Du hast aber wirklich tolle Ideen hier!

Mein Feedback:

Ich finde es ganz in Ordnung, dass Du Dir Sorgen um die Sicherheit machst und im Zweifelsfall lieber ein robusteres Rohr wählst. Wenn ich mir ausmale, welcher Kraftakt im Fehlerfall nötig ist, um das Rohr wieder freizulegen und zu reparieren.....

Auf der anderen Seite finde ich, dass Du Dir mit der Entscheidung, nur EIN Rohr zu nehmen (und dies eben ziemlich lang), zu einfach machst. Die Nachteile hast Du selbst ja auch gut erkannt, aber die angedachten Lösungen sind m.E. nicht praktikabel genug!

Wie wäre es denn mit:

- bei dem von Dir gewählten Rohr bleiben.
- in Stücken, maximal 100m lang -> Verlegeaufwand klein.
- Alle Stücke werden HINTEREINANDER geschaltet.

Die Hintereinanderschaltung findet in einer Art eingegrabener Tonne statt, die man zu Wartungszwecken öffnen kann. Sollte das nicht preislich einfach zu machen sein? Vor unserem Haus haben die Stadtwerke die Wasseruhr in so einem Plastikschacht untergebracht.

Und wenn mal ein Stück von 5 defekt ist, kann man immer noch mit 4 weitermachen...

Gruß

Wolfgang

Hallo Frank,
kompliment für diese Ausarbeitungen!
Das wird wieder Einigen die Entscheidung leicht machen (welches Rohr für welche Leistung, wie Verlegen usw.).

Mein Problem: Die Beiträge, in welchen du vor einiger Zeit die Berechnungen für laminare Strömung beschriebst, kann ich einfach nicht wiederfinden.

Vor längerer Zeit besorgte ich mir bereits das Kollektorrohr, 6 Rollen 100 Meter 25 x 2,4 PEHD, und stehe kurz vor der Verlegung des Kollektors.

Vielleicht kannst du doch nochmal unterstützen?

Daten:
WP Leistung Aufnahme etwa 1,2 kW also Wärmeleistung ca. 4,5 kW
(vielleicht etwas mehr, im letzten Winter waren es max 28°C Vorlauf, und es hat die Anlage als LW/WP mit selbigem Verdichter zeitweise bereits knapp über 4kW geliefert)

Als Kollektor ist geplant 2 x 300 Meter Kreise auf etwa 240 m²
(etwa 16 x 15 m ergibt Verlegeabstand ca. 40 cm)

Sind da große Nachteile zu erwarten bei Umlauf von 1000l/h im Kollektor (keine turbulente Strömung, Druckverlust zu hoch?)?
(ach, und wie kann ich diesen Durchsatz einstellen? Es wird ja kein WMZ wie im FBH Kreis montiert!Als Solepumpe: Pumpe Wilo Stratos 1-5, Sole-Konzentration 20%)

Mit bestem Dank im Voraus

Jonny

Hm,
bezgl. Druckverlust:

Können als Verteiler einfach T-Stücke genommen werden (90° 25x25x1"),
oder doch lieber solche Y-Stücke?


Danke

Jonny

Hallo Frank,

Deine Ausarbeitung ist wirklich gelungen.

Die Anmerkung zum Thema Helfer wurde ja schon gemacht. Ich für mich überlege, Wärmekörbe selbst zu bauen. Für den Korb einmal ein Gestell aus Kanthölzern gebaut, also quasi 4 Kanthölzer, die nach oben zeigen und unten 1 m und oben 2 m auseinander sind. Damit das Gestell stehenbleibt lege ich unten ein paar alte Gehwegplatten drauf. Dann baue ich die Haltekonstruktion des Korbes: ein Dachlatte, auf die ich an einer Seite alle 5 cm oder so ein Stück abgesägte Dachlatte nagel als Abstandshalter. Diese Dinger werden dann mit Kabelbindern vorübergehend an der Außenseite des Gestells befestigt. Dann nehme ich eine 100 m Rolle PE-Rohr und lege die auf einen dieser Umzugswägelchen, also eine Holzplatte mit 4 drehbaren Rollen. Und nun komme ich mit einem Helfer aus. Einer schiebt das Wägelchen um das Gestell und wickelt dabei das Rohr ab, der andere setzt das Rohr in die Vertiefung der Dachlatte. Oben und unten noch Rohr für die Anschlussleitung übrig lassen, ggf, das ganze mit ein paar Kabelbindern fixieren. Dann die Gehwegplatten unten rausnehmen und das ganze Dingen umkippen, damit man das Gestell herausnehmen kann, fertig. Das ganze kann ich in aller Ruhre schon Monate vor Baubeginn vorbereiten und die Körbe unter einer Plane, gut verzurrt, lagern. Allein wegen des fehlenden Zeitdruckes habe ich schon eher die Chance, einen Helfer zu finden.
Für den Einbau des Korbes brauche ich dann keinen helfer, ich habe ja den Baggerfahrer. Wenn ein Keller ausgehoben wird, dann hat der Bagger meist auch eine große Schaufel. Ich habe selbst gesehen, wie schnell das Loch für einen 4 m tiefen Sickerschacht eines Bekannten ausgehoben war. 5 Minuten. Dann wird der Korb an den Bagger gehängt, herabgelassen und wieder aufgefüllt. Größzügig geschätzt hat man in 30 min einen Korb versenkt. Das macht man mit allen Körben und mit dem Sammlerschacht.
Dann ist erstmal Pause, weil der Keller gebaut wird. diese Zeit nutze ich, um in den Sammlerschacht den Sammler zu bauen und Einführungslöcher zu bohren. Normalerweise kommt nach der Kellerdecke nochmals ein Bagger, um die Baugrube zuzuschütten. Dann wird meist auch die Entwässerung gleich mitverlegt. Und weil man gerade dabei ist, Gräben zu ziehen, kann man dann auch die Anbindungen der Körbe an den Schacht und die Hauseinführung mitmachen. Auch das geht wieder ohne Hilfe.
Zur Hydraulik denke ich mir, dass ich auf turbulente Strömung verzichte und dafür lieber dickeres Rohr nehme. Das spart Pumpenergie, ich kann jeden Korb einzen anbinden und das Volumen der Sole sollte auch schon einen gewissen Beitrag leisten. Denn wenn die WP nicht läuft, dann hat die Sole die Temp des Erdreiches. Also muss erstmal die Sole runtergekühlt werden bis überhaupt irgendein Effekt der Strömung und der Tauscherverluste auftreten.

Jojo

Guten Morgen.

Wie groß sind die Vorteile eigentlich, wenn man das dünwandigere Rohr PE100 32x1,9 PN10 einsetzt?
Der Wärmeübergang sollte doch noch etwas besser sein, oder?



Gruß
Jonny

Hallo Frank,

großes Lob.. gefällt mir wirklich gut.

Ich werde das wohl so machen, die Helfers zu mobilisieren sollte kein Ding der Unmöglichkeit sein.. Freunde, Kollegen, Verwandte.. die kriegt man schon mobilisiert.

Lediglich die Sache mit der Drehachse... wenn das nicht so geliefer wird, wird es schwieriger. Aber das PPrinzip ist gut. Im Zweifelsfall 2 (dickere) holzplatten aufeinander legen, diese vorher mit einem von dir angesprochenen Drehpunkt versehen.

Da muß man etwas experimentieren, aber da wird sich eine lösung finden.


Werde den Part mal ausdrucken und entsprechend für mein Vorhaben anpassen.

Eine letzte Frage.... gibt es eine Formel für die Berechnung von Spiralen? das wäre ja hilfreich. wäre ja ganz fatal, wenn man im Mittelpunkt wäre und noch 50m Rohr zuviel da sind *g*



Zu dem Thema Wärmeausdehnung. Die Wärmeänderungen sidn ja nicht gravierend. Beim Verlegen 30 Grad Materialtemperatur. Kühlt dann liegend recht schnell auf Bodentemperatur ab.. 17 Grad (wild geschätzt)
und eingebuddelt wird das Rohr seine endgültige Tempratur haben. Wärmer als 15 Grad wird es wohl nie werden.. kälter als minus 2 oder 3 auch nicht. Also eine Wärmeveränderung von maximal 20 Grad und ich glaube es ist noch weniger. Aber das nur iene theoretische Vermutung. (Warmwasser im Vergleich liegt bei über 40 Grad)




Wenn man das Ganze nun als ein Fertigpaket bekommen könte, gerade mit der Drehvorrichtung wäre ja ein gewaltiger Vorteil. Wobei ich vermute die ersten Versuchsexemplare werden noch ohne sein. Aber nachfragen kostet nichts und wer weß wenn da jemand seine Chance wittert... und das Potential erscheint mir recht vielversprechend.


Nur müssen halt ein paar Praxisversuche her...

die Platte mit Rollen drunter ist schon gut. Dann in der Mitte ein Loch bohren und ein Pfahl rein. Wie das dann funktioniert kommt auf der Untergrund an.

Die Körbe haben den Nachteil des zu engen Rohrabstandes. Ob sich das durch mehr Körbe ausgleichen läßt, weiß ich nicht.
Wie wäre es denn, wenn man die gelieferten Rollen auseinanderzieht und Abstandshölzer dazwischen packt, damit die Rohre nicht wieder zusammenschnurren.

mfg
Quehl

Hallo Quehl,

ich glaube dieser Thread ist nicht so ganz der richtige, da meine Idee mit den Körben (zu Recht) untergeht.

Ich weiss, eine W/m²-Angabe sagt nicht viel aus, wird aber dennoch häufig bei der Wahl der Quelle herangezogen. Pi*Daumen sagt z.B. Betatherm, dass man für Körbe einen Flächenbedarf von ca. 15 m²/KW hat. Bei den kleinen Körben müsste ich z.B. für die typischen 6KW auch 6 Körbe vergraben. Wenn ich die Körbe vorher in Eigenregie baue, dann sind die in einem Tag locker versenkt.
Dagegen steht die Idee von Frank. Da brauche ich einen Tag einen Bagger, der das Grundstück abschiebt. Dann fange ich mit der Verlegung der dicken Rohre an, an der ich noch starke Zweifel habe, dass das Rohr einfach so dort liegenbleibt, wo es hin soll. Also Murkse ich mir einen Tag zu viert etwas ab und lasse dann den Bagger nochmal kommen, um den Kollektor zuzuschütten. Um diesen zweiten Baggertag komme ich auch nicht wirklich herum. Zum einen kommt zum Verfüllen der Baugrube typischerweise ein Minibagger, der zum Verfüllen eines relativ tiefen Flachkollektors Ewigkeiten bräuchte. Also nehme ich doch lieber einen großen Bagger. Auf der anderen Seite hätte ich nicht die Nerven, den Kollektor während der heißen bauphase offen liegenzulassen. Das geht nicht gut.

Was kommt mich dann also günstiger? Etwas weniger Rohr, das ich selbst in die Form eines Korbes bringe und ein Sammler, oder ein zusätzlicher Baggertag, entsprechend mehr Rohr (ggf. 3 Möbelpacker für einen Tag), dafür aber keinen Sammler? ich weiss es nicht.

Interessant an den Wärmekörben wäre noch die Möglichkeit der Überdimensionierung. Die Körbe mit 1 KW sind auch nur 1 m hoch. Wenn ich diesen Trumm schon vorab 2 m hoch mache, habe ich schon eine zusätzliche Kälteleistung von 50% erreicht. Die Anschlusskosten bleiben aberdie gleichen, und der Bagger braucht auch keine 5 Minuten, um ein Loch 1 m tiefer auszuheben, dass der hohe Korb auch reinpasst. Für einen Flächenkollektor muss ich hingegen schon mehr Fläche abschieben, um mehr Leistung zu bekommen, also zahle ich neben dem Mehr an Rohr auch die Baggerstunden.

Wie könnte man denn die Körbe optimieren? Betatherm hat einen Rohrabstand von ca. 10 cm. Hast Du irgendwelche Tipps zum Kobr-Selbstbau?

Jojo

Hallo Frank,

mir gefällt deine detailierte Ausarbeitung. An Alles gedacht, wie von Dir gewohnt. Man muss sich mal vorstellen, dass dein Materialpreis für das Rohr nur die Hälfte dessen beträgt, wie die Luftkanalteile und Abdeckgitter einer Innen-LuftWP!
Ich kann nicht glauben, dass die Wärmeausdehnung ein großes Problem darstellt. Die gibts ja bei der konventionellen Auslegung genau so. Und außerdem wird PE-Rohr schon ewig für Trinkwasserversorgung verwendet. Habe noch nie gehöhrt, dass die im Sommer ein Problem mit der Wärmeasudehnung des Rohres hatten.

Hallo Rudi,

ich seh schon, Du bist der Richtige für den KollektorPrototypen. Vergiss bitte nicht einen Fotografen zu bestellen. Bin schon gespannt auf die Bilder!

Grüße Norbert

mit Fotograf wird das aber dann teurer als konventionell.

Tips zum Korbbau habe ich nicht. Weiß nur, daß die Abstände theoretisch die gleichen sein müßten wie im Flachkollektor. Ich würde sagen, die Rohrlänge nach 50cm Abstand oder so ähnlich berechnen und dann beliebig kleineren Abstand verwenden, falls notwendig.

Bei Trinkwasser ist die Wärmeausdehnung auch kein Problem. Es geht ja nicht darum, daß das Rohr kaputt gehen könnte, sondern darum daß durch die Ausdehnung Luft zwischen Rohr und Erde kommt und dadurch sich der Wärmeübergang verschlechtert. Dem Trinkwasser ist das egal.

mfg
Quehl

Hallo Frank,

ich habe tatsächlich an das Rohr mit PP-Mantel gedacht, danke für das Link.

Welche Rolle spielt die Wärmeausdehnung bei anderen Kollektortypen hängt sicher von der Ausführung. Die meisten Kollektoren sind aus 20 bzw 25 mm Rohr, flach verlegt, lange Strecke dann kleiner Radius und zurück. Auch wenn sich an den Wendestellen kleine Hohlräume bilden sollten, oder auf der geraden Strecke eine kleine Welle, hat das wenig Einfluss auf die Gesammtleistung.
Ich kann mir aber vorstellen, dass bei den Körben und Spirallen der Einfluß größer ist. Da kann sich das Rohr kaum längst verschieben und wird sich eher der Durchmesser verändert. Natürlich je mehr Wicklungen auf der gleichen Länge desto weniger. Bei den Betatherm Körben wären das im Durchschnitt 2 cm Zuwachs pro Wicklung macht 6 mm in Durchmesser (bei deltaT=20° und 0,2 mm/m*K).
Die 20° Temperaturunterschied ist sicher viel, aber nicht unmöglich. Je nach Gegend kann sich der Boden im Sommer auf 10-15° regenerieren, und im Winter bei 10 Tagen Dauerfrost kann die Sole tief in Minusgrade gehen.
Nutzt man aber den Kollektor im Sommer zum Kühlen (des Hauses oder der Sonnenkollektoren), kann deltaT auch größer werden.

Auch wenn Norbert es nicht glauben kann, die Temperatur in der Wasserleitung ändert sich vielleicht nur um einige wenige °C.

Bei Sonden ist das bestimmt anders, da laufen die Rohre eng beieinander, zwei sind kälter zwei wärmer, irgendwie kompensieren sich die Kräfte.

Oder sind unsere Sorgen unbegründet und alles ist nur halb so schlimm.
Das habe ich heute noch gefunden:

Entgegen metallischen Werkstoffen ist das Spannungs-
Dehnungsverhalten von thermoplastischen Kunststoffen stark
abhängig von der Temperatur sowie der Geschwindigkeit der
Temperaturwechsel. So sind der Längenänderungskoeffizient
und der E-Modul über den Temperaturbereich von -20° bis
+60° nicht konstant.
Viskoelastische Werkstoffe haben die Fähigkeit auftretende
Spannungen über die Zeit abzubauen (Relaxation).
Entscheidend dabei ist, wie schnell der Temperaturwechsel
erfolgt. Dies wird dazu führen, dass die Spannungen bei
langsam steigenden Temperaturen nicht unbedingt zunehmen.
Unterstützt wird dieses Verhalten durch die Tatsache, dass
der E-Modul mit steigenden Temperaturen abnimmt.

Jetzt aber ins Bett
Grüße
Peter

So, gibt eine Menge zu schreiben als Reaktion auf eure Beiträge.
Fange mal mit der Wärmeausdehnung an. Das ist das bisher gravierendste Gegenargument, nehme das absolut ernst und werde es vor dem Einbau des ersten Prototypen noch weiter überdenken und mit den Herstellern besprechen.

Nachdem ich zweimal drüber geschlafen und eine Menge nachgedacht habe glaube ich, daß das nicht so gravierend sein kann. Es besteht ja kein grundlegender Unterschied zu den normalen Kollektoren, bei denen von Problemen dieser Art bisher nicht wirklich die Rede war. Wenn überhaupt dann habe ich von Hohlräumen in Zusammenhang mit Eisbildung gelesen.

Stimmt, das Rohr ist länger, bis zu 500m statt 100m. Das macht nichts, die Längenänderung bei 5x100m ist die Gleiche, nur teilt sie sich auf 5 Teilstrecken auf, die zwischendurch fixiert sind. Kann mir beim besten Willen nicht vorstellen, daß 500m Rohr komplett seitwärts durch den Boden schneiden - stellt euch mal die Kräfte vor, die dazu notwendig wären. Wenn sich das Rohr bewegt dann wird es sich an bestimmten Punkten bewegen, wo der Boden besonders locker und plastisch ist. Oder an solchen Stellen wie Schleifen am Ende langer Strecken. Das ist in der Tat ein Unterschied. Bei normalen Kollektoren gibt es 180° Schleifen am Ende von 10-20m langen geraden Strecken. Der Unterschied ist aber nur auf den ersten Blick so groß. Die Bezeichnungen Ring und Spirale sind hier vielleicht etwas irreführend, weil sie runde Strukturen suggerieren. Ein Ringgrabenkollektor ums Haus ist aber ein Rechteck von vielleicht 16x14m. Da läuft das Rohr auch meist gerade. An den Ecken könnten aber Zugkräfte zur Seite auftreten, die rechnerisch das Rohr deutlich bewegen könnten. Bei 60m Umfang einer Schleife kann sich die Länge bei 20° Temperaturdifferenz um 24cm bewegen. Das entspricht einer Umfangsvergrößerung von 8cm. Es wird sich aber nicht das gesamte Rohr um 4cm nach allen Seiten bewegen, sondern das vollzieht sich wenn überhaupt in den 90° Bögen an den Ecken. Die 4 Bögen ergänzen sich zu einem Radius von 1-2m. Es wird also maximal ein Bereich von vielleicht 10% der Gesamtlänge beeinflusst. Oder? Der 180° Bogen am Ende einer konventionellen Schleife würde sich in Richtung Kollektormitte bewegen. Das ist längenmäßig kein wesentlicher Unterschied.

Die Temperaturunterschiede von 20° sind korrekt berechnet, sehe ich auch so. Bei Wasserleitungen ist es weniger, aber auch gravierend. Habe das seit letztem Jahr sporadisch bei mir gemessen. Interessiert mich u.a. deshalb, weil ich irgendwann gelesen habe, daß im Sommer weniger Energie für die Warmwasserbereitung benötigt wird - was die schönen Simulationen zum Ertrag von Sonnenkollektoren erheblich verbessert. Also, bei mir lag am 1. Januar die Trinkwassertemperatur bei 4,8°, am 22. Juni ( letzte Messung ) bei 17,8°. Das sind sicher noch keine Extreme, denke 15° und mehr können hier auch auftreten. Solche Leitungen werden über hunderte von Metern gerade verlegt, z.T. eingepflügt. Da müssten doch enorme Spannungen auftreten. Mal sehen was die Experten dazu sagen.

Was du zur Geschwindigkeit der Änderung sagst ist interessant, Peter. Die 20° Differenz treten ganz langsam über ein ganzes Jahr auf. Könnte mir vorstellen daß die Plastizität des Bodens da eine Menge kompensiert.
Andererseits gibt es bei Erdkollektoren aber auch schnelle Temperaturänderungen, und zwar im Verlauf eines Taktes. In einer Pause nähert sich die Soletemperatur der Bodentemperatur. Nach Beginn eines neuen Taktes fällt sie allein durch die Spreizung, dann durch die Temperaturdifferenzen durch inneren Wärmeübergang, Übergang durch Rohrwand und außen am Rohr, binnen kurzer Zeit um mehrere Grad. Das kann im Mittel 3-4° und mehr ausmachen, und das 2.000 mal pro Jahr.
Wenn es hier Bewegungen im Zentimeterbereich gäbe müßte das u.a. Auswirkungen auf Beschädigungen durch spitze Steine haben - steter Tropfen höhlt den Stein. Gehört haben wir davon bisher nichts.
In dieser Hinsicht ist der Einrohrkollektor übrigens günstiger als die bekannten Bauformen. Zu den Merkmalen gehört ja die turbulente Strömung, und durch diese und den größeren Durchmesser ist die Soletemperaur um 2° größer. Dieser Unterschied vollzieht sich in jedem einzelnen Takt aufs Neue, und zwar binnen weniger Minuten nach Start der Wärmepumpe, weil es sich hier um den ersten Wärmeübergang überhaupt handelt, der schon beim ersten Soleumlauf voll wirksam wird. Beim laminaren Standardkollektor mit 4x 100m 25x2,3 sind das mindestens 1,5° mehr Wärmeübergang als beim turbulenten 40er, und das ist eine blitzartige Änderung, sobald die kalte Welle aus der Maschine kommt.

Das Thema ist damit für mich nicht abgehakt, betrachte das weiter als sehr ernst zu nehmenden Einwand, den es weiter abzuklären gilt. Denke aber daß ich ein paar gewichtige Gegenargumente gefunden habe. To be continued.

Grüße
Frank

Korrektur. Das Argument turbulent/laminar zieht nicht, denn diese Differenz bleibt innerhalb des Rohres und erreicht die Rohrwand nicht. In dieser Hinsicht also kein Unterschied, nur der kleinere äußere Wärmeübergang durch den größeren Durchmesser wird wirksam. Dieser bewegt sich aber nur im Bereich ~0,5°.

Hallo Frank,fdl1409,


kleine Anmerkung zur Wärmeausdehnung durch ein etwas negatives Erlebnis bei meiner Anlage:

Ich habe,wie du weißt,an meinen Teichkollektor eine 75mtr lange Anbindeleitung.Die geht etwa geradlinig bis leicht gekrümmt vom Hauseingang zum 4-teiligen Sammler(Verteiler) der 4 Lakritzen.

Während vom Sammler zu den Schnecken keinerlei Probleme(außer dem einmaligen Aufschwimmen) auftrat,endete die Anbindeleitung in einer Beinahekatastrophe:
Durch Temperaturunterschiede der Sole(Kälteleistung ein-aus) bewegte sich an der Hauseinführung das PE-Rohr mehrere mm vor und zurück.
Das blieb offenbar lange ohne Folgen,bis sich schließlich eine Lockerung der Schraubverbindung zur relativ starren an der Wand vom HB insuffizient befestigten WP-Eingangsleitung einstellte.Es entleerte sich gottseidank nur der Ausgleichsbehälter,bei laufender UWP wäre wahrscheinlich der gesamte Inhalt(mehrere100 ltr) in den Heizraum gepumpt und verteilt worden.So war aber der Schaden nicht groß und wir haben daraus gelernt.


Gruß
Josef