Aufbau und Funktion eines Drain-Back-Systems - DBS

(drain-back - engl.: Rückentleerung)

Ein einfaches und kostengünstiges System

Geschichte der Sanitär-, Heizungs-, Klima- und Solartechnik
Abkürzungen im SHK-Handwerk
Bosy-online-ABC

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. Eine Befüllung mit VE-Wasser ist sinnvoll. Ob das Wasser behandelt werden muss oder darf legen immer noch die Hersteller fest. Unter bestimmten Bedingen werden auch Wasser-Glykol-Gemische eingesetzt.


Dampfdruckschaden an einem hartgelöteten
Kupferrohr in einer nicht fachgerecht gebauten Solaranlage

In diesen Anlagen kann es nicht zu Stagnationszuständen kommen.

Es wird aber immer wieder über Dampfstöße 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
Betriebszustände
Kollektoren - befüllt
Kollektoren - unbefüllt - warm
Kollektoren - unbefüllt - kalt
Quelle: Bosch Thermotechnik GmbH - Buderus
Diese Punkte sind besonders zu beachten
Quelle: Bosch Thermotechnik GmbH - Buderus
  •  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.
Bauteile einer DBS-Anlage
Quelle: Bosch Thermotechnik GmbH - Buderus
Back-Box-System -  Video - Conergy GmbH
DrainMaster
Funktion - Ruhezustand - in Betrieb
Quelle: SONNE HEIZT Solar & Energietechnik GmbH
DrainMaster - Selbstentleerende Solaranlagen
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.
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Steamback-System < so geht es auch
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Diskussion über das DBS im HausTechnikDialogForum

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