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Autoren
OldBo
26.06.2020
Es wird zwischen Erdluft- und Solar-Luftkollektoren unterschieden.
Erd-Luftkollektoren (L-EWT)
Schema eines Erdwärmetauschers
 Schema eines Erdwärmetauschers
Quelle: Dipl.-Ing. Gerd Dibowski DLR
Temperaturdifferenzen - Wärmestrom
 Temperaturdifferenzen - Wärmestrom
Quelle: energie + innovation
Schema - EWT im Sommer
 Schema - EWT im Sommer
Quelle: REHAU AG + Co
Schema - EWT im Winter
 Schema - EWT im Winter
Quelle: REHAU AG + Co
Schema - Haus mit Keller
 Schema - Haus mit Keller
Quelle: Helios Ventilatoren GmbH + Co KG
Schema - Haus ohne Keller
 Schema - Haus ohne Keller
Quelle: Helios Ventilatoren GmbH + Co KG
Rohre eines EWT
 Rohre eines EWT
Quelle: REHAU AG + Co
Ein Luft-Erdwärmetauscher (L-EWT) nutzt, wie auch der Luftbrunnen, die Energie im Erdreich zur Luftvorwärmung und Luftkühlung für eine raumlufttechnische Anlage. Diese wird heutzutage in Einfamilienhäusern auch als "Kontrollierte Wohnungslüftung" (KWL) bezeichnet, die dann in Verbindung mit einem EWT als zentrales System ausgeführt wird.

Das Erdreich hat in einer Tiefe von 1,5 bis 2 m je nach Jahreszeit und Region eine konstante Temperatur von ca. 7 - 12 °C. Diese Tatsache wird zur Vortemperierung der Außenluft genutzt.

Die Außenluft wird durch erdverlegtes Rohrleitungssystem angesaugt und im Winter vorgewärmt bzw. im Sommer vorgekühlt. Dadurch die Energiebilanz eines Gebäude positiv beeinflusst. Was besonders das Kühlen der Raumluft in wärmeren Gegenden kostengünstiger bzw. in vielen Fällen sogar überflüssig macht.

Ein Erdwärmetauscher besteht aus
  •  Ansaugelement
  •  Rohrsystem/Kanalsystem
  •  Hauseinführung/Kondensatableitung

Ansaugelement

Die Ansaugsäule bzw. der Luftturm sollte möglichst freistehend platziert werden. Die Ansaugöffnung muss ca. 1 bis 1,5 m über der Erdgleiche angeordnet sein, damit möglichst wenig Pollen und Autoabgase angesaugt werden. In dem Bautel ist grundsätzlich eine Vorreinigung der Außenluft über Grob- oder besser mit Feinfilter nach DIN EN 779 vorzunehmen. Damit wird gewährleistet, dass sich Staub und Pollen nicht an der Rohrinnenwandung ablagern können und die Bildung von Bakterienkulturen und Mikroorganismen wird verhindert. Besonders wichtig ist eine regelmäßige Filter- und Rohrkontrolle.

Rohrsystem

Ein Rohrsystem muss so ausgeführt werden, dass es hygienisch einwandfrei gehalten werden kann. Deswegen sollte der EWT fachlich richtig ausgelegt werden.

  •  Material der Rohre
  •  Dimensionierung des Rohrs
  •  Querschnitt und Länge der Rohre
  •  Gefälle der Rohren
  •  Kondensatabfluss
Am besten eignet sich Polyethylen (PE-HD) als Rohrmaterial, da es antibakteriell, antistatisch und geruchsneutral ist. Außerdem hat es die beste Wärmeleitfähigkeit gegenüber anderen Kunststoffen. Die Rohrleitung sollte mindestens 40 m lang sein. Eine genaue Auslegung ist aber immer angesagt.

Hauseinführung

Die Wand- oder Bodenplattendurchführung sollte mit einem geeigneten Bauteil ausgeführt werden.
Besonders bei drückendem Wasser muss eine ordentliche Abdichtung gewählt werden.
- eine dichte Mauerdurchführung
- eine passende Ringraumdichtung
Bei gemauerten und Betonkellern kann die Mauerdurchführungen mit Futterrohre ausgeführt werden. Als Rohrabdichtung zwischen Mauerhülse und Rohr wird eine passende Link-Seal-Ringraumdichtung verwendet.

Kondensatableitung

Warme feuchte Luft kann in den relativ kühlen Rohren kondensieren. Dieses Kondensat muss abgeleitet werden, damit die Leitungen wieder abtrocknen können, denn die Feuchtigkeit fördert die Verkeimung bzw. die Ansammlung von Bakterien in den Rohren. Die Rohrleitungen sollten somit ein Mindestgefälle von 2 % zum Syphon betragen.

Bypass

Während der Übergangszeiten, also wenn die Luft nicht vorgewärmt bzw. vorgekühlt werden muss, ist es sinnvoll, eine Bypassschaltung mit einer elektrischen Bypassklappe einzubauen. Damit kann die Außenluft direkt in die KWL-Anlage gelangen.

Rohrmaterialien
PVC-Rohre (Kanalrohre) sollten nicht verwendet werden. An den Steckverbindungen kann sich Wasser ansammeln (Keimbildung) und die Steckverbindungen sind nicht wirklich luftdicht. Dadurch kann Luft mit Feuchtigkeit durch das Erdreich angesaugt werden. Sollte diese Rohrart trotztdem eingesetzt werden, dann muss es aus hygienischen Gründen nur weichmacherfreier PVC ("PVC-Hart") sein. Am besten eignen sich PE-Rohre, die an den Stößen geschweißt werden (gute Dichtheit). Diese Rohre sind auch statisch gut belastbar und unempfindlich gegen Ablagerungen, Verkrustungen, Abrieb und Frost. Aber auch PP-Rohre können eingesetzt werden.
Solar-Luftkollektoren
Energiebilanz eines Solar-Luftkollektors mit unterströmtem Absorber
 Energiebilanz eines Solar-Luftkollektors mit unterströmtem Absorber
Quelle: energie + innovation
Solar-Luftkollektoren - Bauarten
 Solar-Luftkollektoren - Bauarten
Quelle: energie + innovation
Twinsolar-Luftkollektor mit PV-Modul
 Twinsolar-Luftkollektor mit PV-Modul
Quelle: Grammer Solar GmbH
Solar-Luftkollektor
 Solar-Luftkollektor
Quelle: Grammer Solar GmbH
Jumbosolar - Industrielüftung
 Jumbosolar - Industrielüftung
Quelle: Grammer Solar GmbH
Hackschnitzeltrocknung durch Luftkollektoren
 Hackschnitzeltrocknung durch Luftkollektoren
Quelle: TFZ - Technologie- und Förderzentrum Bayern
Keller- oder Hausentfeuchtung mit SolarVenti® Warmluftkollektoren
 Keller- oder Hausentfeuchtung mit SolarVenti® Warmluftkollektoren
Quelle: SolarVenti

Ein Solar-Luftkollektor ist eine gute Alternative zu einem Erdwärmetauscher - Luft oder Luftbrunnen, um die Außenluft für eine zentrale Kontrollierte Wohnungslüftung oder einer größeren lüftungstechnischen Anlage vorzuwärmen. Die Solar-Luftkollektoren sind durch ein vernachlässigtes oder fehlendes Marketing in der Öffentlichkeit nahezu unbekannt.

Luftkollektoren haben den selben Aufbau wie der von Flachkollektoren einer thermischen Solaranlage. Sie bestehen aus einem Kollektorgehäuse, einer transparenten Abdeckung, einem Absorber und einer rückseitigen Wärmedämmung. Bei der Auswahl der Materialien der Komponenten und die Witterungsbeständigkeit sind dieselben Grundregeln wie bei einem Flachkollektor zu beachten.

Solar-Luftkollektoren können zur Beheizung, Nachtkühlung und/oder Belüftung von Gebäuden eingesetzt werden. Die vom Prinzip her einfachen Solar-Lüftungssysteme arbeiten nach dem "Wärmefallen-Prinzip" oder auch "Wintergarten-Prinzip". Komplette Gebäude oder Teilfassaden können mit einem Glasvorbau und integrierten Luftkollektoren versehen werden.

Die Luftführung in den Luftkollektoren beeinflusst die Wärmeaufnahme, weil der Wärmeübergang vom Absorber auf den Wärmeträger Luft gegenüber Wasser geringer ist. Die verschiedenen Bauarten beeinflussen die Wärmeübertragung vom Absorber auf die Luft, als auch die Wärmeverluste an die Umgebung erheblich.

Die Solar-Luftkollektoren unterscheiden sich durch 6 verschiedene Bauarten:

  •  Kollektoren mit unter- oder durchströmten Absorbern
  •  Frischluft- oder Umluftkollektoren
  •  Klein- oder Großflächenkollektoren
  •  Abgedeckte und nicht abgedeckte Kollektoren
  • Vakuum-Röhrenluftkollektor
  •  "Frischluftkollektoren" - Nicht abgedeckte Kollektoren (Absorber
Ein Solar-Luftkollektor mit überströmtem Absorber hat einen sehr einfachen Aufbau. Er hat einen höheren frontseitigen Wärmeverluste, Staubablagerung auf der Absorberoberfläche und die Gefahr der Kondensation der Luftfeuchte an der Unterseite der Abdeckung.

Ein Solar- Luftkollektor mit unterströmtem Absorber hat geringe Staubablagerungen, eine erheblich verkleinerte Kondensation und die frontseitigen Wärmeverluste werden vermindert.

Ein Solar-Luftkollektor mit durchströmtem Absorber hat einen sehr guter Wärmeübergang, aber einen höheren Strömungswiderstand beim Durchströmen des Absorbers. Durch die Verwendung selektiver Beschichtungen werden die Verluste des Kollektors gegenüber der Umgebung verringert und dadurch der Wirkungsgrad des Luftkollektors erhöht.

Neu auf dem Markt ist ein Vakuum-Röhrenluftkollektor, der Austrittstemperaturen von über 100 °C erreichen kann.Diese können in Trocknungsanlagen und in Häusern mit geringen Heizlasten (z. B. Passivhaus), die keine wasserführenden Heizsysteme benötigen, eingesetzt werden.

Es gibt auch nicht abgedeckte Kollektoren (Absorber). Hier strömt die Luft entlang (unter) einem schwarzen Blech oder durchströmt ein Blech mit vielen sehr kleinen Löchern. Es handelt sich um eine besondere Bauart von Frischluftkollektoren. Diese Kollektoren werden zum Belüften und Temperieren z. B. von großen Treppenhäusern, Hallen, Turnhallen, Schwimmbädern. Außerdem werden sie auch als Solarfassade eingesetzt und kommen in Verbindung mit einer kontrollierten Lüftung zum Einsatz. Diese Systemvariante ist einfach im Aufbau und kostengünstig. Der Wirkungsgrad ist, besonders bei stärkerem Wind, geringer als der von abgedeckten Kollektoren.

Vor- und Nachteile von Solar-Luftkollektoren gegenüber wasserführenden Kollektoren:

Vorteile

    • Luft friert nicht ein
    • Luft ist kostenlos
    • Einfacher Aufbau
    • Undichtigkeiten im Kollektor oder in den Rohren verursachen keine Bauschäden durch austretende Solarflüssigkeiten
    • Keine Übertragungsverluste durch Wärmetauscher
    • Luft als Wärmeträger gewährleistet einen störungsfreien Anlagenbetrieb
    • Heizung in Verbindung mit einer Kontrollierteen Wohnungslüftung in Häusern mit sehr geringer Heizlast
    • Für einzelne Räume und ganze Gebäude nutzbar
    • Eine Nachtkühlung ist möglich
    • Duo-Kollektoren für Strom und Warmluft erhältlich

Nachteile

    • Aufgrund der geringeren Wärmekapazität und Dichte von Luft im Vergleich zu Wasser werden für den Wärmetransport größere Volumenströme (größere Rohrleitungsquerschnitte) und Kollektorflächen benötigt.
    • Größere Antriebsleistungen der Ventilatoren im Gegensatz zu Pumpen müssen in der Energiebilanz der Heizungs- und Lüftungsanlage mit berücksichtigt werden.
    • Fehlende Informationen über Solar-Luftkollektoren und ihre Einsatzmöglichkeiten nicht nur bei den Kunden sondern auch bei den Fachbetrieben
    • Aufgrund der Vielseitigkeit hoher Beratungsbedarf
    • Abhängigkeit von der Sonne

Dort, wo höhere Lufttemperaturen erreicht werden müssen z. B. Holztrocknung), sind Konstruktionen mit unterströmten Absorber vorteilhaft, da die erwärmte Luft nicht in direktem Kontakt mit der kalten oberen Abdeckung stehtFehlende Informationen über Solar-Luftkollektoren und ihre Einsatzmöglichkeiten nicht nur bei den Kunden sondern auch bei den Fachbetrieben.

Diese Kollektoren gibt es aber auch als Kollektoren für die Aufdachmontage und als Kleinpaneele für die Hauswand.

Im Sommer wird die vertikale Luftbewegung im verglasten Bereich für den Luftaustausch genutzt. Die im Winter eingefangene Strahlungswärme unterstützt die Gebäudeheizung über die kontrollierte Wohnungslüftung. Die Einstrahlintensität wird durch automatische Jalousiensysteme geregelt.

Die solare Energie aus der Luft kann auch zur Kühlung über eine Adsorptionswärmepumpe genutzt werden. Die Effektivität der solaren Lüftung ist von der Strahlungsintensität, den Gebäudekonstruktion und der verwendeten Haustechnik abhängig.

Den Solar-Luft-Kollektor gibt es in verschiedenen Aufführungen, ja sogar viele Eigenbauten. Besonders hat sich speziell perforiertes schwarzes Aluminiumblech bewährt, das auch die diffuse Einstrahlung (bei bedecktem Himmel) in Wärme umgewandelt. Die Perforation lässt eine gute Zirkulation zu. Dadurch wird der Luftkollektor relativ gleichmäßig erhitzt.

Die seit 1992 in Deutschland entwickelten und gefertigten Absorberbleche erhöhen die Zulufttemperatur, abhängig von der Luftwechselrate, um bis zu 30 °C. und sind weltweit in verschiedensten Ausführungen (auch ohne Glasabdeckung) im Einsatz. Die Effizienz wurde bei vielen Mess-Studien nachgewiesen. Im Solarluftkollektor wurde, ohne Vorerwärmung, bereits im März 2006 eine Temperatur von über 70° C. gemessen. Bei 1maligem Luftwechsel in der Minute, sank die Temperatur erst nach über 90 Minuten Ventilatorlaufzeit auf 55° C. quelle: DRYTEC

Auch bei der Trocknung von Holzhackschnitzel werden Solarsysteme (Luftkollektoren), die auf dem Gewächshausprinzip basieren, angewendet. Hier wird die von einem Luftkollektor erwärmte Luft durch das Holzschnitzellager geleitet. Dadurch ist eine kostengünstige Hackschnitzelaufbereitung möglich.

Entfeuchtung mit einem Solar-Luftkollektor
Um einen Keller oder oder andere feuchte Räume (z. B. in lange leerstehende Sommerhäuser) effektiv zu entfeuchten, ist eine regelmäßige Belüftung und Erwärmung des Kellers notwendig. Mit einem Solar-Luftkollektor kann ein hoher Luftaustausch und eine steigende Erwärmung erfolgen. Dieser leitet vorgewärmte, frische Außenluft in den Keller. Gleichzeitig muss die Raumluft mit der aufgenommenen Feuchte abgesaugt werden.

Das SolarVenti® Keller-Set besteht aus einem leistungsstarken SolarVenti® Warmluftkollektor mit Gebläsefunktion zur Erwärmung von Luft und einem darauf abgestimmten Absaugset. Der SolarVenti® arbeitet unabhängig vom Stromnetz mit einem im Gerät eingebauten Solarmodul und betreibt so vollautomatisch den Ventilator für die erwärmte Zuluft, sowie den Abluftventilator im Absaugset. Der im SolarVenti® Keller-Set enthaltene Komfortregler sorgt zuverlässig dafür, dass auch bei Abwesenheit die angeschlossenen Kellerräume optimal be- und entlüftet werden. Die Luft im Keller wird alle 2 Stunden komplett ausgetauscht und so werden Schadstoffe wie Radon oder Lösemittel wirkungsvoll entfernt.

Mit diesen solarbetriebenen Luftkollektoren sind auch folgende Anwendungen möglich: Radonabsaugung, Holztrocknung, Getreidetrocknung, Früchtetrocknung, Hackschnitzeltrocknung, Heutrocknung, Kaffeetrocknung, Kräutertrocknung oder Klärschlammtrocknung. Die Montage ist senkrecht oder waagerecht möglich. Quelle: SolarVenti®

Allgemeines zu Luftkollektoren - energie + innovation

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