Bereich 1: Kollektorfeld

9. November 2020
TechnikSolarthermie AufbauKollektorfeld


Allgemeine Merkmale

Zum Bereich Kollektorfeld gehören die Solarkollektoren, das Kollektorfeld mit allen notwendigen Einbauten sowie das Kollektormontagesystem und die Kollektorfeldverrohrung.

Variationen

  • Aqua-System
  • Luftkollektoren-System
  • Drain-Back-System

Ergänzungen für bestimmte Funktionsprinzipien

Es gibt keine spezifischen Ergänzungen für den Bereich 1: Kollektorfeld.

Kleine Wissenssammlung

Auswahl des geeigneten Kollektortyps

Entscheidend für die Auswahl des geeigneten Kollektortyps sind folgende Faktoren:

  • Verfügbares Platzangebot und Aufstellbedingungen
  • Einsatzzweck und benötigtes Temperaturniveau
  • Preis-Leistungs-Verhältnis

Dimensionierung Kollektorfeld

Solaranlagen zur Trinkwassererwärmung

Solaranlagen in Mehrfamilienhäusern werden meist auf spezifische Kollektorflächen von 0,5–1 m2/Person ausgelegt. Damit werden zwischen 20 % und 45 % des Energiebedarfs zur Warmwasserbereitung (ohne Zirkulationsverluste und ohne Raumheizungsbedarf) solar gedeckt. Wärmeüberschüsse werden möglichst vermieden. Pro Person kann gemäß VDI 6002 ein Auslegungsverbrauch von ca. 20–25 l/(p·d) (60 °C) angesetzt werden. Wenn möglich, ist der Warmwasserbedarf zu messen (siehe auch Ausführungen imBereich 8). Eine Simulationsberechnung ist für Anlagen in Mehrfamilienhäusern Standard und zur Beantragung von Fördergeldern auch Voraussetzung.

Beispiel:

  • Solaranlage zur Warmwasserbereitung für ein Gebäude mit 8 WE (20 Personen)
  • 20 Personen × 22 l/(p·d) = Auslegungsverbrauch 440 l/d (60 °C)
  • Auslegung mit Faustformel 0,5 … 1 m²/p ergibt eine übliche Bandbreite der Kollektorfläche von ca. 10 … 20 m²

Solaranlagen zur Heizungsunterstützung

Für Solaranlagen zur Heizungsunterstützung kann in erster Näherung in etwa die doppelte der für die Warmwasserbereitung erforderliche Kollektorfläche angesetzt werden. Da die Auslegung von vielen Faktoren abhängt, ist eine Simulationsberechnung notwendig.

Wind- und Schneelasten

Kollektoren und deren Unterkonstruktionen müssen die notwendige Festigkeit bei der jeweiligen Wind- und Schneelastzone erbringen. Es gelten die DIN 1055 bzw. EN 1991 sowie für die Festigkeit der Kollektoren und Montagesysteme die EN 12975. Beachten Sie die entsprechenden Hinweise der Hersteller.

  • Schnee wirkt als zusätzliches Gewicht auf die Konstruktion. Deshalb ist die Schneelastzone des Anlagenstandorts zu berücksichtigen.
  • Wind wirkt in Form von Druck oder Sog auf die Konstruktion. Entscheidend sind die Gebäudehöhe, Windlastzone und die Geländebeschaffenheit.

Um die Sicherheit der Gesamtkonstruktion zu gewährleisten, muss im Planungsprozess geprüft werden, ob die Dachkonstruktion (Dachstatik) das Gewicht der Anlage und die zusätzlichen Schnee- und Windlasten aufnehmen kann. Gegebenenfalls ist ein Statiker hinzuzuziehen.

Ebenso muss geprüft werden, ob die Befestigungspunkte und/oder die Gewichte einen sicheren Halt der Anlage gewährleisten. Auch hier finden sich in der Regel die notwendigen Vorgaben, z. B. zur Anzahl der Dachhaken als Befestigungspunkte, in den Herstellerunterlagen.

Abstände vom Dachrand

Bestimmte Bereiche des Daches (Eckbereiche, Randbereiche) sind nicht mit Kollektoren zu belegen. Die Streifenbreite darf 1 m nicht unterschreiten, die Berechnung erfolgt Gebäude- und Standortbezogen nach DIN 1055 Teil 4:

  • Mindestabstand zum Dachrand (Ortgang):
    Jeweils der kleinere Wert von 1/10 der Gebäudebreite (Giebelbreite) oder 1/5 der Gebäudehöhe zu den seitlichen Rändern muss freibleiben.
  • Mindestabstand zum Dachfirst:
    Mindestens zwei Pfannenreihen bzw. jeweils der kleinere Wert von 1/10 der Gebäudelänge (Trauflänge) oder 1/5 der Gebäudehöhe von der Traufe zum First muss freibleiben.

Kollektorreihenabstände bei Flachdachmontage

Zur Vermeidung von Verschattung muss bei der Planung ein ausreichender Reihenabstand berücksichtigt werden. Je nach Kollektortyp, Neigungswinkel und Breitengrad werden üblicherweise Mindest-Reihenabstände von mehr als 3,5 m realisiert. Beachten Sie die Ausführungen der VDI 6002 Blatt 1 sowie die Herstellerangaben.

Blitzschutz

Die Installation einer Blitzschutzanlage ist freiwillig, sofern keine behördliche Verordnung (z. B. Landesbauordnung) dies vorschreibt. Grundlage für den Bau von Blitzschutzanlagen ist die VDE-Richtlinie 0185 (DIN 57185). Ist bereits eine Blitzschutzanlage installiert, sind Kollektoren und deren Befestigungssysteme darin einzubeziehen.

Äußerer Blitzschutz auf geneigten Dächern

Das Risiko eines direkten Blitzeinschlages auf einem geneigten Dach wird durch die Installation einer Kollektoranlage nicht erhöht. Soll das Kollektorfeld in die bestehende Blitzschutzanlage integriert werden, muss das gesamte Kollektorfeld innerhalb der Maschen der Blitzschutzanlage liegen. Ein Sicherheitsabstand von 0,5 m zu den ableitenden Teilen der Blitzschutzanlage ist einzuhalten. Die genaue Berechnung des Trennungsabstandes ist in DIN EN 62305 T3 geregelt.

Achtung: Der Bestandschutz älterer Blitzschutzanlagen erlischt durch eine nachträgliche bauliche Veränderung wie die Integration der Solaranlage. Die bestehende Blitzschutzanlage ist dann auf den aktuellen technischen Stand zu bringen! Beachten Sie das bei der Kalkulation Ihres Angebotes.

Äußerer Blitzschutz auf Flachdächern

Auf Flachdächern sind Kollektoren exponierte Punkte und daher potentielle Einschlagpunkte. Mit dem Blitzkugelverfahren kann überprüft werden, ob die Fangstangen der Blitzschutzanlage die aufgeständerten Kollektoren ausreichend überragen. Zur Bewertung des Blitzschadenrisikos bietet DIN EN 62305 T2 verschiedenen Verfahren/Hilfsmittel an.
Ist keine Blitzschutzanlage installiert, sollte das Kollektorfeld als Schutzmaßnahme separat geerdet werden. Dafür ist die Erdung aller metallenen Komponenten über eine außen verlegte Erdungsleitung durchzuführen (Trennungsabstände beachten!), die mit dem Fundamenterder oder einer anderen geeigneten Erdungseinrichtung verbunden wird.

Innerer Blitzschutz

Um bei direkten Blitzeinschlägen Schäden durch Überschläge in die Gebäudeinstallation zu vermeiden, sind Vor- und Rücklaufleitungen des Kollektorkreises grundsätzlich in den Hauptpotentialausgleich zu integrieren. Im Fall eines separat geerdeten Kollektorfeldes auf Flachdächern ohne Blitzschutzanlage sind mindestens Cu 16 mm² empfehlenswert.

Verschaltung des Kollektorfeldes

Einfeldanlagen

Wenn möglich, sollten Kollektoren als Einfeldanlagen aufgebaut werden. Die Druckverluste der Einzelkollektoren addieren sich. Die Bauart, die Betriebsweise, die notwendigen Volumenströme und der resultierende Kollektorfelddruckverlust von in Reihe geschalteten Kollektoren bestimmen die maximale Anzahl von Kollektoren in Reihe. Beachten Sie die jeweiligen Herstellerangaben.

Vorteil Einfeldanlagen

  • Klarer und übersichtlicher Aufbau
  • Einfache Installation mit vorkonfektionierten Montagesets
  • Keine Abgleichorgane notwendig
  • Kurze Leitungswege auf dem Dach
  • Kurze Montagezeiten

Mehrfeldanlagen

Sollen mehrere Kollektoren verschaltet werden, kommt eine Kombination aus Reihen- und Parallelschaltung zum Einsatz.
Zum Abgleich von Teilfeldern, d. h. zur Einhaltung einer gleichmäßigen Durchströmung, sollten Abgleichventile im Bypassprinzip eingesetzt werden.

Entlüftung bzw. Hydraulik im Kollektorfeld

Für die sichere Entlüftung werden auch die Rohrleitungen innerhalb der Teilfelder mit einer Fließgeschwindigkeit zwischen 0,4 m/s und 0,7 m/s ausgelegt. Die Nennweiten der Kollektorfeldverrohrung sind entsprechend stufig auszuführen.

Pro Teilfeld sollte eine Entlüftungsmöglichkeit eingeplant werden, z. B. mittels hochtemperaturbeständigem Lufttopf in Kombination mit einem Handentlüfter (siehe auch Ausführungen Bereich 2).

Sind Teilfelder durch Abgleichventile, Absperrhähne etc. komplett von Sicherheitseinrichtungen (MAG, Sicherheitsventil) absperrbar, so müssen die Hähne gegen Fehlbedienung gesichert sein (abnehmbare oder verplombte Hähne). Absperrbare Teilfelder erleichtern Wartungs- und Inbetriebnahmearbeiten, sind für die hier betrachteten relativ kleinen Kollektorfelder bis ca. 50 m² aber aus Kostengründen eher unüblich. Alle Einbauten müssen druck-, temperatur-, und glykolbeständig sein (Anforderungen siehe Bereich 2).

Hinweis:

Werden im Vorlauf jedes Teilfeldes Tauchhülsen für Temperaturfühler installiert, erleichtert das die temporäre Temperaturmessung (z. B. bei der regelmäßigen Kontrolle im Rahmen von Wartungsarbeiten) sowie das Einmessen bei Inbetriebnahme. Unterschiedliche Vorlauftemperaturen geben Rückschlüsse auf ungleichmäßige Durchströmung der Teilfelder. Die VDI 6002 Blatt 1 empfiehlt eine Abweichung von unter 10 %. Die Ergebnisse sollten immer protokolliert werden.

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