Solarabsorber

für das Schwimmbad

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Hier finden Sie einige Informationen zu Sonnenkollektoren für die Schwimmbad - Heizung.

Anmerkung: Infos zu Solarreglern finden Sie hier.

Bauformen Von Absorbern

Schlauch- bzw. Rohrregister
Die einfachste Bauform von Absorbern ist dem Gartenschlauch, der in der Sonne liegt und sich erwärmt, nachempfunden. Um die Verlegung zu vereinfachen und möglichst eine dichte Anordnung zu erreichen, haben sich daraus Multischlauchabsorber entwickelt. Bei diesen liegen die Schläuche bzw. Röhrchen dicht nebeneinander und sind, um besser installiert werden zu können, bei manchen Herstellern mit einem Zwischensteg untereinander verbunden.

Die Sammelrohre werden separat geliefert und die Anschlüsse vor Ort mit mechanischen Klemmen, Stöpseln oder Steckverbindungen erstellt. Wesentlich bei diesen Bauformen ist der Abstand zwischen den einzelnen Röhrchen. Denn bei steil stehender Sonne kann dieser nicht, oder nur sehr gering, zur Erwärmung der Röhrchenwand und damit der Erwärmung des Kühlmediums beitragen.

Man muss hier unterscheiden zwischen den:

  • aktiven Flächen, repräsentiert durch den Querschnitt der einzelnen Röhrchen
  • der Aperturfläche, d.h. die Außenmaße des gesamten Feldes. Diese Unterscheidung ist insofern von Bedeutung, als 1 m2 aktive Fläche mehr Leistung abgibt, als 1 m2 Aperturfläche. Letztere wird aber im allgemeinen als m2 Absorber- bzw. Kollektorfläche verkauft.

 

Multikanalabsorber
Liegen die Röhrchen so, dass sich die Wandung berührt, bzw. ist die Oberfläche glatt mit innenliegenden Kanälen, so wird die Absorberfläche identisch mit der Aperturfläche. Diese Multikanalabsorber besitzen eine Kopfleiste, an der die Absorberfläche vom Hersteller im Werk bereits angeschweißt wurde.

Ein Ablängen auf der Bauselle ist dann nicht mehr möglich. Plattenabsorber. Einige Fabrikate haben Absorberplatinen, die als Formteile geblasen bzw. gespritzt werden. Es können nur relativ kleine Platinen hergestellt werden, was die Montagekosten erheblich verteuert. Diese Bauformen hatten bislang keinen Erfolg auf dem Markt.


Gewebeabsorber
Ein Stützgewebe wird beidseitig mit einem Kunststoff (PVC) kaschiert. Kette und Schuss des Gewebe sind so gewoben, dass der Absorber bis zu ca. 1 bar druckfest ist, was seine Handhabung im Anlagenbau vereinfacht. Außerdem sind die geringen Wassermengen im Absorber vorteilhaft. Die Problematik liegt in der Verwendung von PVC, dessen Weichmacher langsam herausdiffundiert. Dies ist hygienisch bedenklich und führt zu Alterungen des Materials. Bei sehr hartem Wasser, bzw. wenn Schmutz eingetragen wird, kann das Gewebe verstopfen. Dennoch wurden mit diesem System, richtig eingesetzt, gute Ergebnisse erzielt. Aus den oben genannten Gründen wird dieser Absorber meistens mit einem Wärmetauscher betrieben.

 

Absorbermaterialien Woraus die Kollektoren bestehen

Beckenwasser ist wegen seines Restchlorgehaltes stets aggressiv. Um in der Solaranlage auf einen Wärmetauscher verzichten zu können, muss das Beckenwasser direkt durch die Solaranlage geleitet werden. Als Absorbermaterial scheiden deshalb praktisch alle gängigen Metalle aus, es sei denn, man trennt den Solarkreis vom Beckenwasserkreis und nimmt einen Wärmetauscher in Kauf.

Im Schwimmbadbereich kommen deshalb fast ausschließlich Absorber aus Kunststoffen zum Einsatz. Diese lassen sich leichter verformen und kostengünstiger herstellen als Metallabsorber. Nachteilige Materialeigenschaften von Kunststoffen sind deren schlechte Wärmeleitfähigkeit und ihre geringe Beständigkeit gegenüber der ultravioletten Strahlung der Sonne und hohen Temperaturen. Um die Zerstörung zu verhindern, werden die Kunststoffe mit Ruß geschwärzt und sind so für den Einsatz als Absorberelemente geeignet. Aufgrund ihrer Resistenz gegen Chemikalien, wie Chlor, werden sie für Systeme zur Schwimmbadheizung häufig eingesetzt. Nachstehend werden die wichtigsten für Absorber verwendeten Kunststoffe angeführt.

  • PE Polyethylen hart: Leicht schweißbar, zähes Material, preiswert.
  • PP Polypropylen: Höhere Temperaturverträglichkeit als PE.
  • PVC Polyvinylchlorid weich: Wird als Folienabsorber mit Stützgewebe eingesetzt, Versprödung durch Entweichung der Weichmacher.
  • PVC hart: Klebbar, weit verbreitet im Rohrleitungsbau, die Oberfläche muss gegen UV-Strahlung durch geeignete Farbanstriche geschützt werden. Als Absorbermaterial nicht geeignet.
  • EPDM Ethylen-Propylen-Dien-Monomere: So genannter Kunstkautschuk, flexibel, auch wassergefüllt frostfest, klebbar, sehr gute UV-Resistenz, hohe Temperaturbeständigkeit (max.150°C), sehr lange Lebensdauer, teurer als die oben genannten Kunststoffe, wird als so genannter Mattenkollektor von mehreren Herstellern angeboten.
  • ETFE Folie weich, Ethylen-tetra-fluorethylen: Kann als eine der wenigen marktgängiggen Folien aus Kunststoff, wegen seiner UV-Durchlässigkeit auch transparent, der Solarstrahlung ausgesetzt werden. Als Abdeckfolie, aber auch als Absorbermaterial im Einsatz, hohe Temperaturbeständigkeit (max. 150°C), relativ teuerer Werkstoff.

 

Güte Was eine Solarheizung leistet

Güte eines Absorbers und einer Solaranlage.

Die Güte eines Absorbers wird durch vier Eigenschaften bestimmt:

  • Absorptionsvermögen für die kurzwellige Strahlung, diese soll möglichst groß sein
  • Emissionsvermögen für die langwellige (Wärme-) Strahlung, dieses soll möglichst klein sein
  • Wärmeübertragungsfähigkeit von der Absorberoberfläche zum Wärmeträgermedium
  • Beständigkeit des Materials gegen Umwelteinflüsse.

Die Leistung einer Solaranlage ist nicht gleich bedeutend mit der Güte des Absorbers, sondern im wesentlichen abhängig von der gleichmäßigen hydraulischen Durchströmung der Absorbermatten. Nur die Wärmemenge kommt beim Nutzer an, die tatsächlich auch vom Wärmeträgermedium aufgenommen und abtransportiert wurde.

Mit anderen Worten: Ein Absorber ist nur so gut, wie die vom Kühlmedium abtransportierte Wärmemenge.

Um dieses gleichmäßige Durchströmen zu erreichen, müssen folgende Randbedingungen eingehalten werden:

  • die Strömung muss turbulent sein
  • die Fließgeschwindigkeit im Verteilerrohr darf nicht größer sein, als die in den abgehenden Querschnitten
  • der Druckverlust längs des Absorbers, sollte deutlich über der Summe der Druckverluste in der Verrohrung des Feldes liegen. Mit schmalen langen Elementen sind diese Randbedingungen eher einzuhalten, als mit kurzen breiten.

 

Erkenntnisse mit Sonnenbeheizten Schwimmbädern

  • Unverglaste Solaranlagen sind sehr gut geeignet um Freibäder zu beheizen. Sie weisen ein weit besseres Kosten-Nutzen-Verhältnis auf, als verglaste.
  • Das Flächenverhältnis zwischen Kollektor- und Beckenwasserfläche sollte zwischen 0,5 und 0,7 liegen. Bei Mehrbeckenanlagen ist es vorteilhaft, die Solaranlage wahlweise nur auf ein Becken arbeiten zu lassen. Dann kann das oben erwähnte Verhältnis auch unter 0,5 liegen, denn nicht alle Becken benötigen gleichzeitig dieselbe Wassertemperatur.
  • Solaranlagen erwärmen bei einsetzendem Schönwetter die Becken sehr schnell. Je kälter die Ausgangstemperatur ist, desto höher ist die Temperaturanhebung im Becken. Der Betreiber hat somit die Gewähr, der Mehrzahl der Besucher am zweiten schönen Tag, warmes Badewasser anbieten zu können.
  • Genügend große Aufstellflächen sind in Freibädern oft schwierig zu finden. Ebenerdige Kollektorfelder verschmutzen schneller als schräg aufgestellte Elemente.
  • Schwankende Beckenwassertemperaturen. Eine solare Beckenwasserheizung ist dann besonders wirtschaftlich, wenn ganz auf eine Zentralheizung verzichtet wird. Bei den weit verbreiteten so genannten Schönwetterbädern passt sich der Besucherstrom den Sonnenscheinstunden an. Bei Einsatz von Solaranlagen wird der Anspruch der Besucher an warmes Wasser so bestens gedeckt. Den Stammbesuchern, die unabhängig vom Wetter kommen, müssen diese Temperaturschwankungen seitens des Betreibers begründet werden. Grundsätzlich treten bei solarbeheizten Schwimmbädern Temperaturschwankungen auf, die allerdings seitens der Stammbesucher ohne Begründung Unmut erzeugen. Hier ist ein Lernprozess notwendig. Die anderen Besucher kommen nach einer Schlechtwetterperiode meist erst am zweiten schönen Tag und finden dann warmes Wasser vor.
  • Der Wärmeverlust der Becken wächst mit steigenden Wassertemperaturen überproportional. Ein Becken, welches konstant auf 28°C gehalten wird, benötigt rund dreimal soviel Energie, wie dasselbe Becken, welches auf 24°C gehalten wird.
  • Unverglaste Solaranlagen sind zur Beckenwassererwärmung von Warmbecken (mehr als 26°C) nicht geeignet. Der Wirkungsgrad nimmt sehr schnell in Funktion der Wassertemperatur ab.
  • Bei den Regelgeräten von großen Solaranlagen muss auf Präzision geachtet werden. Die besten Erfahrungen wurden mit den Anlagen gemacht, bei denen das Einschaltsignal vom Ausschaltsignal getrennt wurde. Einfache Differenztemperaturgeräte "verschenken" oft wertvolle Energie.
  • Bei größeren Solaranlagen sollten Wärmemengenmesser und Strahlungsmesser mit eingebaut werden, denn nur damit ist die Funktionskontrolle über die Betriebsjahre möglich. Die Registratur der täglichen Einstrahlung und des täglichen Solargewinnes, ist eine verlässliche Methode, die Funktion der Solaranlage von Tag zu Tag, bzw. jährlich zu überprüfen.
  • Die wichtigste Größe im Anlagenbau ist die gute, gleichmäßige Durchströmung der Solaranlage. Es hat sich gezeigt, dass lange mattenartige Elemente erheblich einfacher diese Bedingung erfüllen, als kleine Elemente.
  • Die Verschmutzung von strukturierten Oberflächen sollte nicht unterschätzt werden.
  • Die Verbindung von Wärmepumpen und unverglasten Solaranlagen hat sich in keinem der untersuchten Projekte weder technisch, noch wirtschaftlich bewährt.
  • Die hygienischen Anforderungen an die Wasserqualität steigen bei höheren Temperaturen. Ohne ausreichend gute Filterleistung kann eine Solaranlage nicht installiert werden.

 

Umweltenlastung bei der Verwendung von Sonnenbeheizen Schwimmbädern

In den alten deutschen Bundesländern gibt es rund 2700 Freibäder mit einer Wasserfläche von 3,45 Mio. m2, wovon rund 2 Mio. m2 beheizt werden. Bei durchschnittlichen Wassertemperaturen von lediglich 23 C und einer Saison von Mitte Mai bis Mitte September muss mit einem mittleren Wärmebedarf von ca. 400 kWh/m2 gerechnet werden. Das hierfür aufgewendete Energieäquivalent liegt also bei rund 100 000 t Heizöl EL, bei einem angenommenen Nutzungsgrad der Wärmeerzeugung von 80 %.

Für die Umwelt bedeutet dies eine jährliche Belastung von:

  • Kohlendioxyd (CO2) 250 000 t
  • Kohlenmonoxyd (CO) 11 250 kg.
  • Stickoxyde (NOX) 25 000 kg
  • Schwefeldioxyd (SO2) 30 000 kg

Die gesamten vorgelagerten Emissionen wie Transport und diverse Umwandlungsschritte sind hierbei noch nicht berücksichtigt. Bei einer rein solaren Beheizung aller Freibäder und einer Betriebsdauer der Solaranlagen von 20 Jahren lässt sich mit o.g. Zahlen leicht eine Gesamtmenge möglicher Schadstoffeinsparungen berechnen.

 

Wirtschaftlichkeit einer Schwimmbad Sonnenheizung

Hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit von Solaranlagen zur Beheizung von kommunalen Schwimmbädern sollten verschiedene Gesichtspunkte berücksichtigt werden, die sich nicht alle in Schilling und Groschen ausdrücken lassen. Gerade die öffentliche Hand kann und muss hier Akzente setzen: 

  • Fossilbeheizte Freibäder steigern zwar die Freizeitattraktivität der Anlagen, belasten aber gleichzeitig die Umwelt - ein Widerspruch in sich.
  • Der zur Zeit niedrige Ölpreis kann sich sehr schnell ändern. Finanzierung, Planung und Realisierung von Solaranlagen brauchen ihre verwaltungstechnische Vorlaufzeit.
  • Schönwetterbäder sollten überhaupt nicht nachgeheizt werden, nur so kann der Vorteil einer Solaranlage für den Betreiber voll ausgenützt werden.
  • Bei Ausfall einer bestehenden Heizkesselanlage sollte diese für ein Schönwetterfreibad nicht mehr ersetzt werden. Die eingesparten Investitionskosten können der Solaranlage "gutgeschrieben" werden.
  • Fast alle Hersteller bieten mittlerweile 10 - 15 Jahre Garantie auf die Absorberanlage (Heizungsanlage 2 Jahre).
  • Unverglaste Kollektorsysteme zur Beheizung von Schwimmbädern liefern pro Saison etwa 250 - 350 KWh/m2 Aperaturfläche. Je nach Wirkungsgrad der Kesselanlage ersetzen diese 300 - 400 KWh thermische Energie bzw. 30 - 40 l Heizöl (Mittel 40 l/m2 Saison). Bei den Verhandlungen mit Kommunen hat sich die Methode nach VDI 2067 bewährt. Eventuelle zukünftige Preissteigerungen oder Verbilligungen werden nicht berücksichtigt.

Die einzige Unsicherheit ist in der Nutzungsdauer von Solaranlagen zu sehen. Unter diesem Gesichtspunkt ist es von besonderer Wichtigkeit, nur langlebige Werkstoffe einzusetzen. Die Rechnung wird noch einfacher, wenn durch den Wegfall einer konventionellen Heizung die gesamten Haushaltsmittel für den Kauf von Heizöl bzw. Gas zur Amortisation der Solaranlage herangezogen werden können. Dann ergeben sich Amortisationszeiten von 5 - 7 Jahren.

 

Schlussfolgerungenzur Wirtschaftlichkeit

In der Regel werden Freibäder von der weitaus größten Anzahl der Besucher bei schönem Wetter besucht. Diese "Schönwetterbäder" können grundsätzlich nur mit unverglasten Solaranlagen beheizt werden. Auf eine Zusatzheizung mit fossilen Energieträgern sollte auf jeden Fall verzichtet werden. Diese Einsparungen zur Beckenwassererwärmung ist betriebswirtschaftlich sehr interessant. Abschreibungszeiten von 5 - 7 Jahren sind selbst bei niedrigen Energiepreisen durchaus erreichbar.

Die Investitionen einer Solaranlage würde nicht nur die laufenden öffentlichen Haushalte, sondern auch die Umwelt entlasten und außerdem positive Auswirkungen auf die Arbeitsmarktsituation haben.  

 
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