Dimensionierung von Solarrohren und Pumpenaggregat – wie geht man vor

Dimensionierung der Solarleitung und der Pumpeinheit – wie geht man vor

Wenn ich mit Kunden spreche, die die Installation eines Solarsystems zur Warmwasserbereitung in Betracht ziehen, stelle ich sehr schnell eine Sache fest: Die meisten von ihnen wählen sorgfältig Kollektoren aus, vergleichen Speicher, überlegen sich die Regelung – und betrachten die Leitung und Pumpeinheit als Fertigprodukt, etwas, das „einfach gekauft wird“. Doch genau hier entstehen die meisten Probleme, mit denen Servicetechniker im Betrieb konfrontiert werden. Unterdimensionierte Leitungen, zu schwache Pumpen, schlechte Hydraulik – all das führt dazu, dass das System zwar funktioniert, aber nicht mit der Effizienz, für die Sie bezahlt haben. Dieser Artikel erklärt Ihnen detailliert, wie die Dimensionierung von Leitungen und Pumpeinheit erfolgt, welche physikalischen Gesetze dahinterstehen und was das in der Praxis für ein durchschnittliches Einfamilienhaus bedeutet.

Warum ist die Dimensionierung der Leitung entscheidend für die Effizienz des gesamten Systems

Ein Solarsystem ist im Grunde ein hydraulischer Kreislauf, durch den ein Wärmeträger – meist eine Mischung aus Wasser und Glykol – vom Kollektor zum Speicher und zurück fließt. Die von dem Kollektor erzeugte Leistung muss schnell genug abgeführt werden, andernfalls stagniert der Kollektor, überhitzt sich das Medium und das System wird durch eine thermische Sicherung oder einen Sicherheitsventil abgeschaltet. Andererseits, wenn das Medium zu schnell fließt (überdimensionierter Kreislauf), arbeitet die Pumpe ineffizient, verbraucht unnötig elektrische Energie und der hydraulische Widerstand stört das Gleichgewicht des gesamten Systems.

Die Praxis zeigt, dass das häufigste Problem nicht die Unterdimensionierung der Kollektoren ist (dabei sind die Leute vorsichtig), sondern die Unterdimensionierung der Leitungen. Ich habe Installationen gesehen, bei denen der Kunde sparte und statt 16 mm eine dünnere Leitung mit 12 mm Durchmesser einbaute – mit welchem Ergebnis? Die Pumpe kämpfte mit dem Widerstand, die Delta-T am Kollektor betrug den ganzen Vormittag 40 °C anstelle der normalen 8–12 °C, der Speicher erwärmte sich auf 60 °C kurz vor Sonnenuntergang. Der Energieverlust lag im Saisonverlauf auf 25–30 % des möglichen Outputs.

Grundlegende Größen, mit denen wir arbeiten

Bevor wir zu den konkreten Berechnungen übergehen, klären wir die Terminologie und die grundlegenden physikalischen Größen, mit denen wir arbeiten:

• Volumenstrom (q) – das Volumen des Wärmeträgers, das pro Zeiteinheit durch die Leitung fließt, angegeben in Litern pro Minute (l/min) oder Litern pro Stunde (l/h). Bei Solarsystemen arbeiten wir meist mit Werten von 0,5 – 3 l/min pro Kollektor.
• Strömungsgeschwindigkeit (v) – die Geschwindigkeit des Mediums in der Leitung, angegeben in m/s. Empfohlene Werte für Solarleitungen liegen bei 0,3 – 0,8 m/s. Unter 0,3 m/s besteht das Risiko von Ablagerungen und Luftblasen, über 1 m/s entsteht Lärm und Verschleiß an den Leitungen.
• Druckverlust (Δp) – der Widerstand der Leitung gegen die Strömung des Mediums, angegeben in Pa oder kPa. Er setzt sich aus der Reibung an den Leitungsrohren und lokalen Widerständen (Knicke, Fittings, Ventile, Kollektor, Wärmetauscher im Speicher) zusammen.
• Leistungshöhe der Pumpe (H) – die Höhe des Mediums, die die Pumpe überwinden kann, angegeben in Metern Wassersäule (mWS) oder in kPa (1 mWS = 9,81 kPa ≈ 10 kPa).
• Viskosität – hängt von der Zusammensetzung und Temperatur des Mediums ab. Glykolgemische haben bei niedrigen Temperaturen eine deutlich höhere Viskosität als reines Wasser – das erhöht die Druckverluste und muss bei der Dimensionierung berücksichtigt werden.

Dimensionierung des Leitungsrohres – Schritt für Schritt

Die richtige Dimensionierung der Leitung beginnt mit der Bestimmung des Volumenstroms und der gewünschten Strömungsgeschwindigkeit. Aus diesen berechnen wir den minimalen inneren Durchmesser der Leitung. Danach wählen wir den nächstgrößeren Standardabmessung.

Schritt 1: Bestimmung des Volumenstroms

Der Volumenstrom des Solarkreislaufs hängt von der Anzahl und der Fläche der Kollektoren ab. In der Fachpraxis arbeitet man mit dem „spezifischen Volumenstrom“, also dem Volumen des Mediums, das pro Quadratmeter Kollektorfläche pro Stunde fließt. Empfohlene Werte liegen zwischen 30 – 50 l/(m²·h), wobei für die meisten Standardflachkollektoren 40 l/(m²·h) als guter Kompromiss zwischen Effizienz und Druckverlusten gewählt wird.

Beispiel: Einfamilienhaus, 2 Stück Flachkollektor IVAR.SOLAR 210 M5, jeder mit einer Fläche von 2,09 m². Gesamte Kollektorfläche: 2 × 2,09 = 4,18 m².

Volumenstrom: q = 40 l/(m²·h) × 4,18 m² = 167 l/h = 2,78 l/min

Damit muss die Pumpe einen Volumenstrom von ca. 165–170 l/h gewährleisten.

Schritt 2: Berechnung des inneren Leitungsdurchmessers

Aus dem Volumenstrom und der gewünschten Strömungsgeschwindigkeit berechnen wir den erforderlichen inneren Durchmesser (d) nach der Formel:

d = √(4 × q / (π × v))

wo q der Volumenstrom in m³/s und v die Geschwindigkeit in m/s ist.

Für unser Beispiel: q = 167 l/h = 0,0000464 m³/s, Zielgeschwindigkeit v = 0,5 m/s

d = √(4 × 0,0000464 / (3,14 × 0,5)) = √(0,0001856 / 1,57) = √(0,0001182) = 0,01088 m ≈ 10,9 mm

Daraus ergibt sich, dass der innere Durchmesser mindestens 10,9 mm betragen muss, was einem Rohr mit einem äußeren Durchmesser von 15 mm (typisches Kupferrohr 15×1 mm mit einem inneren Durchmesser von 13 mm) oder 16 mm Edelstahlwellrohr (innerer Durchmesser ca. 12,5 mm) entspricht. Die Verwendung eines Rohres mit einem Durchmesser von 12 mm (innerer Durchmesser ≈ 10 mm) wäre am Limit und die Strömungsgeschwindigkeiten würden 0,6 m/s überschreiten, selbst bei 2 Kollektoren.

Für Einfamilienhaussolarsysteme mit 2–4 Kollektoren ist ein äußerer Durchmesser von 16 mm Standard – was exakt dem Produkt Edelstahlrohr mit Kautschukisolation – doppelt, 2× 16, 10 m entspricht. Dieses Rohr ist vorinstalliert – es enthält beide Leitungen (Zufuhr und Rücklauf) in einer isolierten Hülle, was die Montage erheblich vereinfacht und Wärmeverluste minimiert.

Schritt 3: Berechnung der Druckverluste

Der Druckverlust setzt sich aus linearen Verlusten (Reibung in den Rohren) und lokalen Verlusten (Fittings, Ventile, Kollektor, Wärmetauscher) zusammen. Für die Dimensionierung der Pumpe benötigen Sie den Gesamtdruckverlust des Kreislaufs.

Lineare Verluste berechnen sich nach der Darcy-Weisbach-Gleichung. In der Praxis zur schnellen Orientierung verwenden wir sogenannte spezifische Druckverluste R (Pa/m), die tabellarisch für verschiedene Durchmesser und Durchflüsse angegeben sind. Bei Kupfer- oder Edelstahlwellrohren DN 16 bei einem Durchfluss von 170 l/h liegt ein typischer Wert von R bei etwa 60–100 Pa/m.

Beispielrechnung: Rohrleitungslänge vom Kollektor zum Speicher (beidseitig) = 2 × 12 m = 24 m. Spezifischer Verlust 80 Pa/m → linearer Verlust = 24 × 80 = 1 920 Pa = 1,92 kPa.

Lokale Verluste lassen sich am einfachsten als Vielfaches der linearen Verluste abschätzen. Bei Systemen mit 2 Kollektoren und einfacher Hydraulik: lokale Verluste ≈ 50–80 % der linearen Verluste. In der Praxis also: 1,92 × 0,65 = 1,25 kPa.

Widerstand des Kollektors: Aus dem technischen Datenblatt des Kollektors IVAR.SOLAR 210 M5 lesen wir den Druckverlust bei Nennstrom ab – typischerweise 1–3 kPa pro Kollektor. Bei 2 Kollektoren in Parallelschaltung ist der Wert der gleiche wie bei einem Kollektor (Parallelschaltung erhöht den Widerstand nicht bei gleichem Durchfluss pro Kollektor). Wir gehen von 2,5 kPa aus.

Widerstand des Wärmetauschers im Speicher: Aus dem Katalog des Speichers – typischerweise 2–5 kPa. Wir gehen von 3,5 kPa aus.

Widerstand der Pumpeneinheit (Armaturen, Kugelhähne, Rückschlagventil, Durchflussmesser, Sicherheitsventil): insgesamt schätzen wir 2–4 kPa ab. Wir gehen von 3 kPa aus.

Gesamtdruckverlust: 1,92 + 1,25 + 2,5 + 3,5 + 3,0 = 12,17 kPa ≈ 12,2 kPa = 1,24 mWS.

Dies ist die minimale Förderhöhe, die die Pumpe überwinden muss. Aus Sicherheitsgründen wählen wir eine Pumpe mit 20–30 % Reserve, also benötigen wir eine Pumpe mit einer Förderhöhe von mindestens 1,5–1,6 mWS bei einem Durchfluss von 170 l/h.

Auswahl der Pumpeneinheit – was alles enthalten ist und worauf Sie achten sollten

Die solare Pumpeneinheit ist nicht nur eine Pumpe. Es handelt sich um ein Komplettgerät, das alle Funktionen integriert, die für den sicheren und effizienten Betrieb des Solarkreislaufs erforderlich sind:

• Umwälzpumpe mit Drehzahlregelung (meist dreistufig oder mit EC-Motor)
• Sicherheitsventil (Schutz vor Überdruck – typischerweise eingestellt auf 6 bar)
• Thermometer an der Zufuhr- und/oder Rücklaufleitung
• Durchflussmesser – ermöglicht die Einstellung des Nennstroms und die visuelle Kontrolle der Zirkulation
• Rückschlagventil – verhindert die Schwerkraftzirkulation in der Nacht
• Kugelhähne – für den Wartungsausgang
• Entlüftungsventil – zur Entgasung des Kreislaufs
• Anschluss für Manometer und Füllventil
• In besseren Ausführungen auch ein Regler mit Temperatursensor

Ein typisches Beispiel für ein solches Komplettgerät ist die solare Pumpeneinheit IVAR.SOLAR K mit Regelung IVAR.SOLAR IMTDC. Diese Einheit integriert einen Differenzregelung, der das Anlaufen der Pumpe anhand der Temperaturdifferenz zwischen Kollektor und Speicher steuert – genau diese Funktion, von der Sie mehr im Artikel Sensoren und Regelung des Solarsystems – wie sie funktionieren und wann sie ausgetauscht werden sollten erfahren.

Wie wählt man die richtige Größe der Pumpeneinheit aus?

Die Auswahl der Pumpeneinheit erfolgt anhand von zwei Parametern, die Sie in ihrer Kennlinie (Q-H-Kennlinie) finden müssen:

1. Durchfluss Q – muss dem berechneten Durchfluss des Kreislaufs entsprechen. In unserem Beispiel 170 l/h.
2. Förderhöhe H – muss den Gesamtdruckverlust überwinden. In unserem Beispiel mindestens 1,5 mWS bei dem entsprechenden Durchfluss.

Der Arbeitspunkt der Pumpe muss auf der Q-H-Kennlinie der Pumpe für die jeweilige Drehzahlstufe liegen. Ideal ist es, wenn die Pumpe bei Nennstrom auf der mittleren Drehzahl eingestellt ist und eine Reserve nach oben hat (z. B. bei Verstopfung des Siebs, erhöhter Viskosität bei kaltem Anlauf usw.).

In der Praxis bei Einfamilienhäusern mit 2–4 Kollektoren (4–8 m² Fläche) reichen die meisten gängigen Solareinheiten mit Pumpen der Klasse Grundfos UP 25-40 oder einem Äquivalent aus, also mit einem maximalen Durchfluss von ca. 2–3 m³/h und einer maximalen Förderhöhe von 4–6 mWS. Diese Parameter sind deutlich überschüssig – der Arbeitspunkt liegt bequem im mittleren Bereich der Kennlinie, was wünschenswert ist.

Einfluss von Glykol auf die Dimensionierung – was ändert die Mischung Wasser/Glykol

Die Wärmeträgerflüssigkeit im Solarkreislauf ist keine reine Wasser, sondern eine Mischung aus Wasser und Propylenglykol, meist im Verhältnis 1:1 (50 % Glykol = Schutz bis ca. −28 °C). Diese Mischung hat andere physikalische Eigenschaften als reines Wasser:

• Dichte: ~1060 kg/m³ (ca. 6 % höher als Wasser)
• Spezifische Wärmekapazität: ~3600 J/(kg·K) (ca. 14 % niedriger als Wasser)
• Viskosität bei 20 °C: ca. 4–5× höher als Wasser, bei 0 °C bis zu 10× höher

Die geringere spezifische Wärmekapazität bedeutet, dass für die gleiche Wärmeübertragung ein höherer Durchfluss erforderlich ist (ca. 14–20 %). Die höhere Viskosität erhöht die Druckverluste erheblich – besonders bei kalter Flüssigkeit (Frühling, Herbst, Morgen). Deshalb arbeiten wir bei Berechnungen immer mit Korrekturfaktoren für die Glykolmischung und nicht mit den Werten reines Wassers.

Konkret: Wenn Sie den Durchfluss für reines Wasser auf 160 l/h berechnet haben, erhöhen Sie diesen für die Glykolmischung auf 180–190 l/h. Die Druckverluste im Rohr können bei kaltem Start um 1,5–2× höher sein – deshalb muss die Pumpe ausreichend Reserve an Leistung haben, um den Systemstart auch nach einer kalten Nacht zu ermöglichen.

Anschluss der Kollektoren – Reihen- vs. Parallelschaltung und deren Einfluss auf die Hydraulik

Die Art und Weise, wie die Kollektoren miteinander verbunden sind, beeinflusst die Hydraulik des gesamten Systems grundlegend:

Parallelschaltung

Jeder Kollektor ist einzeln zwischen den gemeinsamen Anschluss und Rücklauf angeschlossen. Der Durchfluss teilt sich gleichmäßig auf die Kollektoren auf (bei symmetrischer Schaltung). Der Druckverlust im Kollektorabschnitt entspricht dem Druckverlust eines Kollektors (nicht der Summe). Der Vorteil ist ein geringer Widerstand, der Nachteil ist die Notwendigkeit der hydraulischen Ausbalancierung – jeder Kollektor muss gleich viel Flüssigkeit erhalten, was bei unsymmetrischen Leitungen nicht immer gegeben ist.

Reihenschaltung

Die Flüssigkeit fließt nacheinander durch die Kollektoren. Der Druckverlust ist die Summe der Widerstände aller Kollektoren. Die Flüssigkeit wird in jedem Kollektor erhitzt, wodurch sie beim zweiten Kollektor wärmer eintritt – das verringert dessen Wirkungsgrad. Für gewöhnliche Installationen wird die Reihenschaltung nur für 2 Kollektoren empfohlen, bei 3 und mehr Kollektoren ist der Widerstand zu hoch und die Temperaturdifferenzen unzulässig.

In der Praxis bei den meisten Einfamilienhäusern (2–4 Kollektoren) wählen wir die Parallelschaltung mit hydraulischer Ausbalancierung – das ist die übliche „umgekehrte Rückführung“ (Tichelman). Mehr dazu finden Sie auch im Artikel Montage des Solarsystems Schritt für Schritt – von den Kollektoren bis zum Speicher.

Thermische Isolierung der Rohre – warum sie weniger wichtig ist, als Sie denken

Die thermische Isolierung der Solarmontage ist ein Thema, das in der Praxis unterschätzt wird. Die Wärmeträgerflüssigkeit fließt vom Kollektor zum Speicher bei Temperaturen von 60–90 °C, wobei die Strecke 6–15 Meter betragen kann. Ohne Isolierung würden Sie einen Teil der Wärme bereits vor dem Erreichen des Speichers an die Umgebung abgeben – und im Winter würde das Rohr von außen so schnell Wärme ableiten, dass die Pumpe den Delta-T nicht in vernünftigen Grenzen halten könnte.

Empfohlene Dicke der Isolierung für Solarmontage beträgt mindestens 20 mm Kautschuk- oder Mineralisolierung mit einer Temperaturbeständigkeit von mindestens 150 °C (bei Stillstand kann die Temperatur im Kreislauf kurzfristig über 120 °C steigen). Kautschukisolierung (z. B. Armaflex HT) ist für diese Anwendung Standard – sie ist temperaturbeständig, UV-beständig (bei Außentrieb) und mechanisch elastisch.

Das Produkt rostfreies Rohr in Kautschukisolierung doppelt, 2× DN 16, 10 m löst die Isolierung bereits bei der Montage – beide Leitungen sind isoliert und zu einer kompakten Leitung zusammengelegt. Ein elektrischer Kabel für Sensor oder Pumpe ist ebenfalls enthalten. Das verkürzt die Montagezeit erheblich und eliminiert Risiken einer ungeeigneten Isolierung von anderen Lieferanten.

Sensoren als Teil der hydraulischen Einheit – wo sie platzen und warum

Die Regelung des Solarsystems basiert auf der Temperatur – genauer gesagt auf der Temperaturdifferenz am Kollektor (T1) und am unteren Rand des Speichers (T2). Die Pumpe startet, wenn T1 um den eingestellten Δt (meist 6–10 °C) höher ist als T2, und schaltet aus, wenn die Differenz unter 2–4 °C fällt. Die richtige Platzierung der Sensoren ist daher genauso wichtig wie die richtige Dimensionierung der Rohre.

Der Sensor am Kollektor muss in der Bohrung der Absorberplatte oder in der Kollektorleitung am Ausgang platzen. Er muss Temperaturen bis 200 °C (Stillstand) aushalten. Dazu eignet sich z. B. Temperatursensor für Bohrung – 180 °C, Kabel 2 m – konstruiert genau für Kollektoranwendungen mit extrem hohen Temperaturen bei Stillstand.

Der Sensor im Speicher wird in eine Bohrung im unteren Bereich des Speichers (1/3 Höhe vom Boden) platzen, wo das kälteste Wasser ist. Damit stellen Sie sicher, dass die Pumpe auch dann läuft, wenn die untere Schicht des Speichers noch nicht erwärmt ist, was die aus dem Kollektor abgeführte Energie maximiert. Für Speicheranwendungen mit geringeren Temperaturanforderungen eignet sich Sensor für Bohrung – PVC-Kabel 4 m, 95 °C – sein 4 Meter langes Kabel ist praktisch bei größeren Speichern und größerer Entfernung zum Regler.

Weitere Informationen zur richtigen Platzierung und Funktion der Sensoren finden Sie im Artikel Sensoren und Regelung des Solarsystems – wie sie funktionieren und wann sie ausgetauscht werden müssen.

Typische Fehler beim Dimensionieren – aus der Praxis der Kundenmontage

Im Laufe der Jahre mit Erfahrung aus der Kundenmontage habe ich diese sich wiederholenden Fehler gesehen:

• Unterdimensionierte Rohre – der häufigste Fehler. Der Monteur wählt ein 12 mm Rohr „weil es billiger und leichter zu verlegen ist“ und das Ergebnis ist ein hoher Druckverlust, das Pumpen arbeitet auf volle Leistung, ein hoher Temperaturgradient auf dem Kollektor. Das System funktioniert, aber an heißen Tagen stagniert es früher, als es müsste.
• Zu langes Serienanschluss der Kollektoren – drei Kollektoren in Serie = riesiger Widerstand, die Pumpe ertrinkt im Arbeit, der dritte Kollektor arbeitet mit so geringer Effizienz, dass man ihn ruhig weglassen könnte.
• Unzureichende Isolierung – dünnes Mineralwolle statt 20 mm Kautschuk, oder gar keine Isolierung durch nicht beheizte Räume (Keller, Fassade). Messbare Wärmeverluste an langen, nicht isolierten Rohren im Winter können bis zu 10–15 % der täglichen Kollektorleistung schlucken.
• Falsche Platzierung des Speicher-Sensors – Sensor in der Mitte oder in der oberen Hälfte des Speichers. Ergebnis: die Pumpe schaltet zu früh aus (die obere Schicht ist warm, die untere noch nicht) und der Speicher erwärmt sich nur teilweise auf 60 °C.
• Vergessene hydraulische Ausbalancierung – bei paralleler Anschaltung von 3–4 Kollektoren ohne Ausbalancierung fließt die meiste Flüssigkeit durch den ersten Kollektor, die anderen sind unterdimensioniert. Das zeigt sich an ungleichmäßiger Temperatur an den Ausgängen der einzelnen Kollektoren.
• Überpumpte Schleife – Durchfluss auf Maximum eingestellt, Pumpe auf 3. Geschwindigkeitsstufe. Ergebnis: Delta T ist 3–4 °C, die Flüssigkeit im Speicherwärmetauscher schafft es nicht, die Wärme abzugeben und die Effizienz sinkt. Optimaler Delta T ist 6–12 °C – dafür ist gerade der Durchflussmesser in der Pumpeinheit.

Praktischer Dimensionierungsablauf von Anfang an – Zusammenfassung für den Monteur

Für denjenigen, der den gesamten Ablauf an einem Ort haben möchte:

1. Bestimme die Anzahl und Fläche der Kollektoren → Berechnung der Gesamtfläche Ac [m²]
2. Berechne den Durchfluss: q = 40 × Ac [l/h], bei Glykolmischung um 15 % erhöhen
3. Wähle die Zielströmgeschwindigkeit 0,4–0,6 m/s
4. Berechne den minimalen inneren Durchmesser und wähle die nächste Standardrohrgröße
5. Messe die Gesamtlänge des Rohres (Vorlauf + Rücklauf)
6. Berechne die linearen Druckverluste (R × L), schätze lokale Verluste (50–80 % linearer)
7. Ergänze aus Katalogen der Kollektoren und des Speichers ihre Widerstände bei Nennstrom
8. Füge den Widerstand der Pumpeinheit hinzu (~2–4 kPa)
9. Gesamtdruckverlust = Arbeitspunkt, danach wähle die Pumpe aus (füge 20–30 % Reserve hinzu)
10. Überprüfe, dass der Arbeitspunkt auf der Q-H-Kurve der Pumpe in der mittleren Drittel liegt (nicht am Ende oder am Anfang der Kurve)
11. Überprüfe die Platzierung und den Typ der Sensoren gemäß den Temperaturanforderungen

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Kann ich normales Kupferrohr anstelle von Edelstahlwellrohr verwenden?

Ja, Kupferrohr (z. B. Cu 15×1 oder Cu 18×1) ist mit Glykol-Wärmeträgern voll kompatibel und wird in Solaranlagen regelmäßig verwendet. Es hat eine glatte innere Oberfläche, was bedeutet, dass der Reibungswiderstand geringer ist als bei einem gleichmäßigem Wellrohr aus Edelstahl. Andererseits ist das flexible Wellrohr aus Edelstahl einfacher zu verlegen – besonders durch Decken und Wände, und das doppelt isolierte, vorgefertigte Modell mit Kabel spart Montagezeit. Die Wahl hängt vom räumlichen Lösung ab – bei geraden Trassen ist Kupfer billiger, bei komplizierten Trassen (Keller, Durchbrüche) spart das Wellrohr aus Edelstahl Zeit und Geld.

Wie wichtig ist die Genauigkeit des Rechnens? Ist eine grobe Schätzung nicht ausreichend?

Für kleine Anlagen (2–3 Kollektoren, kurze Trassen bis 10 m) ist die Abweichung vom optimalen Punkt meist tolerierbar, da Solarpumpeinheiten mit Leistungsreserve ausgelegt sind. Bei langen Trassen (15 m und mehr), großer Anzahl von Kollektoren (4+) oder Serien-Parallelschaltungen lohnt sich eine präzise Berechnung – es wäre schade, nach der Installation festzustellen, dass die Pumpe nicht ausreicht, oder umgekehrt, dass sie unnötig auf volle Leistung arbeitet 8 Stunden am Tag und Ihnen jährlich mehrere Euro extra für Strom kostet.

Auf welchen Geschwindigkeitsstufen sollte die Pumpe normalerweise arbeiten?

Die meisten Solaranlagen in Einfamilienhäusern arbeiten optimal auf dem 2. Geschwindigkeitsstufe. Der erste Stufe reicht oft nicht aus, um den Widerstand bei vollem Durchfluss zu überwinden, die dritte Stufe überpumpt die Schleife und verringert Delta T. Wenn die Pumpe mit einem EC-Motor mit stufenloser Regelung ausgestattet ist, regelt der Regler die Umdrehungen automatisch nach Delta T. Dies ist die bevorzugte Variante für moderne Anlagen – sie verbraucht weniger Strom und das System ist flüssiger.

Was passiert, wenn das Rohr zu klein dimensioniert ist (kleiner Durchmesser)?

Erhöhte Strömungsgeschwindigkeit → deutlich höherer hydraulischer Widerstand (der Widerstand wächst mit dem Quadrat der Geschwindigkeit) → die Pumpe arbeitet im ungeeigneten Arbeitspunkt, oder erreicht den erforderlichen Durchfluss gar nicht. Ergebnis: der Kollektor überhitzt, es kommt zur Stagnation, der Sicherheitsventil entlässt Dampf, das System verliert Glykolmischung. Bei wiederholter Stagnation kommt es zur Degradation des Glykols, Karbonisierung und Schäden an Dichtungen. Das System muss erneut gefüllt und gereinigt werden, im schlimmsten Fall muss die Pumpe ausgetauscht werden.

Ist eine hydraulische Ausbalancierung bei 2 Kollektoren in paralleler Schaltung notwendig?

Bei zwei Kollektoren mit symmetrischer Schaltung (gleich lange Vorläufe) ist die Ausbalancierung automatisch – unter der Voraussetzung, dass die Kollektoren vom Typ und der Fläche gleich sind. Wenn ein Rohr offensichtlich länger als das andere ist, oder die Kollektoren nicht identisch sind, empfehlen wir, die Regelventile nach dem Durchflussmesser in der Pumpeinheit einzustellen. Bei drei und mehr Kollektoren ist die hydraulische Ausbalancierung immer notwendig – die verlässlichste Lösung ist die Schaltung „Tichelman" (umgekehrter Rücklauf).

Welcher Betriebsdruck ist im Solarkreislauf richtig?

Beim kalten System (20 °C) sollte der Druck 1,5–2,5 bar betragen, abhängig von der Höhe der Kollektoren über der Pumpeinheit (plus 0,1 bar pro Meter Höhe plus 0,5–1 bar statische Reserve). Beim warmen Kreislauf (80 °C) steigt der Druck um 0,5–1,5 bar aufgrund der thermischen Ausdehnung – deshalb muss das Ausdehnungsgefäß korrekt berechnet sein und das Sicherheitsventil ist typischerweise auf 6 bar eingestellt. Unterdruck (Druck unter 1 bar) auch beim warmen Kreislauf deutet auf Flüssigkeitsmangel oder ein Problem mit dem Ausdehnungsgefäß hin.

Fazit – das Dimensionieren lohnt sich, wenn es ordentlich gemacht wird

Das Dimensionieren der Rohre und der Pumpeinheit in der Solaranlage ist keine geheimnisvolle Wissenschaft. Es sind konkrete Berechnungen mit klaren Eingaben und Ausgaben – und das Ergebnis zeigt sich direkt daran, wie viel warmes Wasser und zu welchen Kosten Ihr System erzeugt. Ein richtig dimensioniertes System arbeitet leise, effizient und mit minimalen Wärmeverlusten; die Pumpe arbeitet im vernünftigen Punkt der Leistungscharakteristik, Delta T auf dem Kollektor ist im optimalen Bereich 8–12 °C und der Speicher erwärmt sich gleichmäßig die ganze nutzbare Tageszeit.

Wenn Sie ein Projekt von Anfang an planen, beginnen Sie mit der Auswahl der Kollektoren (Thema detailliert in dem Artikel Welche Leistung braucht ein Solarkollektor – Berechnung nach Anzahl der Personen und Verbrauch), und dann gehen Sie zum Dimensionieren der Rohre und der Pumpe gemäß dem in diesem Artikel beschriebenen Ablauf. Das resultierende System wird Ihnen 20 und mehr Jahre dienen – und jedes Prozent mehr an seiner Leistung bedeutet echte gesparte Euros jede Sommer-Saison.

Haben Sie eine Frage zu diesem Thema?

Können Sie sich nicht entscheiden oder haben Sie eine konkrete Situation in Ihrem Haushalt? Schreiben Sie uns – wir beraten Sie gerne.

Name und Vorname Füllen Sie dieses Feld nicht aus:

E-Mail

Nachricht