Bei dem
Drain-Back-System (drain-back, engl.: Rückentleerung) erwärmt die Sonne den Kollektor, die
Regelung schaltet die
Pumpe auf hoher Leistungsstufe ein. Damit verdrängt das Solarkreiswasser die
Luft aus dem Kollektor und drückt sie in das Rücklaufgefäß, dessen Inhalt größer ist als der Gesamtinhalt von Verrohrung und Kollektor. Nach ca. 6 Minuten wird die
Pumpe auf eine niedrigere Leistung zurückgeschaltet, um Strom zu sparen, denn nun ist die
Luft in das Rücklaufgefäß verdrängt und die
Pumpe muss nur noch die Widerstände der Rohrleitungen, des Kollektors und des Rücklaufgefässes überwinden. Die
Regelung schaltet die
Pumpe aus, wenn der Kollektor nicht wärmer ist als der untere Speicherteil oder der Speicher zu überhitzen droht. Das Solarkreiswasser läuft rückwärts durch die
Pumpe in das Rücklaufgefäß, so dass im Kollektor keine Frost- oder Überhitzungsgefahr besteht.
Durch ein solches Drain-Back-System werden sowohl das Einfrieren als auch die Überhitzung der Anlage vermieden. Der Einsatz von Glykol als
Frostschutz ist nicht notwendig.
Funktionsablauf
Die
Regelung hat die
Pumpe ausgeschaltet, wenn der Kollektor nicht wärmer ist als der untere Speicherteil oder der Speicher zu überhitzen droht. Das Solarkreiswasser läuft rückwärts durch die
Pumpe in das Rücklaufgefäß, so dass im Kollektor keine Frost- oder Überhitzungsgefahr besteht.
Die Sonne erwärmt den Kollektor, die
Regelung schaltet die
Pumpe auf hoher Leistungsstufe ein. Damit verdrängt das Solarkreiswasser die
Luft aus dem Kollektor und drückt sie in das Rücklaufgefäß, dessen Inhalt größer ist als der Gesamtinhalt von Verrohrung und Kollektor. Nach ca. 6 Minuten wird die
Pumpe auf eine niedrigere Leistung zurückgeschaltet, um Strom zu sparen, denn nun ist die
Luft in das Rücklaufgefäß verdrängt und die
Pumpe muss nur noch die Widerstände der Rohrleitungen, des Kollektors und des Rücklaufgefässes überwinden.
Da das Drain-Back-System mit
reinem Wasser (also ohne
Frostschutzmittel) arbeitet, müssen sich die Kollektoren und die frostgefährdeten Rohrleitungen vollständig entleeren können. Nach dem Abschalten der Primärkreispumpe entleert sich die Anlage aufgrund der Schwerkraft und wird gleichzeitig belüftet. Unter bestimmten Bedingen werden auch
Wasser-Glykolgemische eingesetzt.
In diesen Anlagen kann es nicht zu Stagnationszuständen kommen.
Es wird aber immer wieder über
Dampfstöße (
Dampfschlag) berichtet, die auftreten, wenn
heiße Kollektoren befüllt werden (aus
einem Liter Wasser werden schlagartig ca.
1700 Liter Dampf). Hier kann es zu
Beschädigungen an den
Kollektoren und/oder
Rohrleitungen kommen. Bei einer fachgerechten Bauweise sollte sich der
Dampf im Auffangbehälter entspannen.
Am häufigsten werden
geschlossene Kreisläufe mit Drücken bis 3 bar eingesetzt. Diese Anlagen bestehen aus Metallrohren.
Offene Kreisläufe werden aufgrund der größeren
Korrosionsgefahr mit temperaturegeeigneten
Kunststoffrohren und Bauteilen, die nicht korrodieren, ausgeführt.
Vorteile - Reines Wasser als Wärmeträgermedium altert nicht und hat keine zusätzlichen Korrosionsprobleme und Glykol kann nicht Auscracken
- Reines Wasser hat bessere Wärmeübertragungseigenschaften als Wasser-Glykolgemische (spezifische Wärme, Wärmeleitfähigkeit, Viskosität)
- Wasser ist kostengünstiger
- Der Kollektorkreislauf arbeitet mit niedrigen Drücken
- Der Wartungsaufwand ist gering
Nachteile - Die Auswahl der Kollektoren ist begrenzt
- Die Planung und Installation des Kollektorkreislaufes muss fachgerecht durchgeführt werden
- Die Installation erfordert speziell geschultes Personal
- Das Befüllen heißer Kollektoren können zu Dampfstößen führen
- Die speziellen Kollektorarten haben anlagenbedingt kleine Strömungsgeschwindigkeiten und ungünstige Wärmeübergänge, die den Vorteil der besseren wärmetechnischen Eigenschaften von Wasser wieder aufheben können.
Diese Punkte sind besonders zu beachten:
- Das Gefälle der Rohrleitungen sollte 1,5 bis 3 cm/m (> 1 cm/m - 1 bis 3 %) betragen. Bei den Rohrbefestigungen muss die Wärmedehnung eingeplant werden, damit es nicht zu Wassersäcken kommt. Frei verlegte Rohre müssen vor dem Durchbiegen geschützt werden.
- Auch bei den Fittings und Verbindungen von Kollektoren muss das Gefälle beachtet werden. Dies besonders bei übereinander in Serie geschalteten Kollektoren. Nicht alle Ausführungsformen der Kollektoranschlüsse sind für das DBS geeignet.
- Die Kollektoren sollten ein Gefälle von mindestens 0,5 cm/m (> 0,5 %) haben.
- Bei parallelgeschalteten Kollektoren sind die Art der Kollektoranschlüsse für die Verlegung der Vor- und Rücklaufleitungen zu beachten.
- Der Querschnitt der Vorlaufleitung ist besonders zu beachten. Einerseits muss über diese Leitung der Kollektor belüftet werden und andererseits muss beim Systemanlauf über diese Leitung die Luft durch das Wasser mitgerissen werden. Das erfordert einen kleineren Querschnitt als bei der Rücklaufleitung.
- Systeme mit geschlossenem Kreislauf, in dem sich Komponenten aus Stahl befinden, erzeugen einige Zeit Korrosionsprodukte (Fe-Oxide), die sich ablagern und z. B. im Kollektor Verstopfungen hervorrufen können. Hier sind spezielle Filter vorzusehen. In offenen Systemen muss rostfreier Stahl eingesetzt werden (z. B. in Pumpen). Neben Kupfer oder Messing sind auch Kunststoffe geeignet.
- Die Solarkreispumpe muss nicht nur den Strömungswiderstand im Normalbetrieb aufbringen können, sie muss auch den Höhenunterschied zur Füllung des Kollektors überwinden. Um parallelgeschaltete Kollektoren problemlos füllen zu können ist ein Volumenstrom von etwa 40 – 80 l/m²h notwendig. Die hohen Füll-Volumenströme sind nach einigen Minuten reduzierbar. Eine kleine Höhendifferenz zwischen Kollektor und Vorratsbehälter führt auch zu kleineren Pumpenförderhöhen.
Das
Drain-Back-System vermeidet Stagnation und somit eine
Dampfproduktion, die evtl. schon nach kurzer Zeit zum Ausfall des Umlaufes der
Solarflüssigkeit führt. Da der Flüssigkeisbehälter an der
Außenluft angebracht ist, muss das System mit einer
Solarflüssigkeit gefüllt werden.
Der Flüssigkeitsbehälter (
DrainMaster) ist direkt unter den selbst entleerenden Kollektoren angeordnet. Es werden nur die Kollektoren entleert und dadurch können die Verbindungsleitungen zum Kollektor beliebig lang sein und eine freie Leitungsführung ist möglich. Dieses System benötigt keine
Ausdehnungsgefäße, keine
Rückschlagklappen,
Luftabscheider und kann mit einer normalen Umwälzpumpe betrieben werden. Alle von der
Solarflüssigkeit berührten Teile sind aus Edelstahl gefertigt.
Funktionsprinzip Im
Ruhezustand sind der DrainMaster und die Rohrleitungen mit
Solarflüssigkeit gefüllt. Erwärmet sich der
Sonnenkollektor aufgrund von
Sonneneinstrahlung, startet die Umwälzpumpe und das Kollektorfeld wird aus dem Flüssigkeitsvorrat des DrainMaster befüllt. Die rausgedrückte Luft aus dem Kollektorfeld wird im DrainMaster gesammelt.
Die Anlage ist so lange
in Betrieb bis der Speicher gefüllt ist, also die eingestellte
Temperaturdifferenz unterschritten wird, schaltet die Umwälzpumpe ab. Die
Solarflüssigkeit läuft aus dem Kollektorfeld in den DrainMaster zurück und die
Luft aus dem DrainMaster steigt in das Kollektorfels auf.