SimplyDrain2 – Simplest solar drainback systems as add-on for DHW preparation in multifamily houses - phase 2

• Unité de recherche: OFEN
• Numéro de projet: SI/502537
• Titre du projet anglais: SimplyDrain2 – Simplest solar drainback systems as add-on for DHW preparation in multifamily houses - phase 2

Description succincte (Allemand)

Im Projekt werden grosse solarthermische Anlagen zur Nachrüstung der Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhäusern analysiert und entwickelt. Die Solaranlagen beruhen auf dem Drainback-Prinzip. Es sollen sehr kostengünstige Konzepte erstellt werden, durch den Einsatz von Wasser als Wärmeträgerfluid, einfachsten solaren Pufferspeichern und werkzeugfrei verlegbaren Kunststoffleitungen. Experimente und thermohydraulische Simulationen werden eingesetzt, um ein besseres Verständnis der Entlüftungsvorgänge beim Befüllen von Drainback-Anlagen mit verzweigtem Rohrleitungsnetz zu erhalten. Ziel ist die Entwicklung von Anlagenkonzepten, die einen sicheren und effizienten Betrieb ohne Teilstagnation ermöglichen. Es werden Regeln und Planungshilfen für die Auslegung grosser Drainback-Anlagen mit verzweigten Rohrleitungen erarbeitet.

Description succincte (Anglais)

In the project, large solar thermal systems are analysed and developed for retrofitting hot water production in multi-family buildings. The solar systems are based on the drainback principle. Very cost-effective concepts are to be created, by using water as heat transfer fluid, simplest solar buffer storage tanks and plastic pipes that can be laid without tools. Experiments and thermal-hydraulic simulations are used to gain a deeper understanding of the venting processes during the filling of drainback systems with branched pipe networks. The aim is to develop drainback system concepts that enable safe and efficient operation without partial stagnation. Important rules and planning aids are developed for the design of large drainback systems with branched solar circuits.

Description succincte (Français)

Le projet analyse et développe de grandes installations solaires thermiques pour l'équipement ultérieur de la production d'eau chaude dans des immeubles collectifs. Les installations solaires sont basées sur le principe du drainback. Il s'agit de créer des concepts très économiques, en utilisant de l'eau comme fluide caloporteur, des réservoirs tampons solaires très simples et des conduites en plastique pouvant être posées sans outils. Des expériences et des simulations thermohydrauliques seront utilisées pour mieux comprendre les processus de purge lors du remplissage des installations drainback avec un réseau de tuyauterie ramifié. L'objectif est de développer des concepts d'installations qui permettent un fonctionnement sûr et efficace sans stagnation partielle. Des règles et des aides à la planification seront élaborées pour la conception de grandes installations de drainback avec des tuyauteries ramifiées.

 

Rapport final (Allemand)

Ein Drainback-Anlagenkonzept zur solarthermischen Nachrüstung von Warmwasser-Boilern in Mehr-familienhäusern wurde entwickelt. Das System ist so konzipiert, dass der bestehende Boiler weiterhin genutzt werden kann. Die Solaranlage ist atmosphärisch offen, was einen drucklosen Speicher ermöglicht. Alle Rohrleitungen werden mit Gefälle montiert. Somit können Wasser als Wärmeträger-medium und kostengünstige Rohrleitungen aus Kunststoff- und Kunststoffverbund eingesetzt werden. Weitere Vorteile des Anlagenkonzepts sind ein geringer Platzbedarf, einfache Montage, hohe Betriebs-sicherheit sowie Effizienz- und Umweltvorteile. Das Konzept wurde durch Laborversuche und thermo-hydraulische Simulationen mit den Softwares HYDRA und TRACE erfolgreich getestet und ist detailliert für Planer:innen beschrieben. Die Software HYDRA (Neueste Version mit Anleitung in deutscher Sprache: Solar Thermal Pipe Network Analysis download | SourceForge.net) wurde um ein Drainback-Modell erweitert. Untersucht wurde die Anlage bei hohen Temperaturen bis 95 °C und bis Anlagenhöhen von 13 m, für die ein sicherer Betrieb demonstriert werden konnte. Es wurden die Grundlagen für eine Markteinführung geschaffen.

Documents annexés

• Schlussbericht_deutsch [PDF] 5'403 kB

Rapport final (Anglais)

A drainback system concept has been developed to retrofit conventional hot water boilers in multi-family buildings with solar thermal heating. The retrofit concept preserves the existing boiler. Also, the solar system is open to the atmosphere, allowing the use of a non-pressurized storage tank. All pipes are installed with a gradient: this means that water can be used as heat transfer medium and pipes can be constructed of inexpensive plastic composite or plastic. Further advantages of the system concept are compact form, simple installation, and high operational reliability, efficiency and environmental performance. The concept has been successfully tested through laboratory experiments and thermohydraulic simulations using the HYDRA and TRACE software. The concept is described in detail for planners. The HYDRA software (newest version and manual in German: Solar Thermal Pipe Network Analysis download | SourceForge.net) was expanded with a drainback model. The system was tested at high temperatures up to 95 °C and at system heights of up to 13 m, for which safe operation could be demonstrated. The foundations for a market launch have been laid.

Rapport final (Français)

Un concept d'installation auto-écoulement (dit «drainback») a été développé pour la modernisation solaire thermique des chauffe-eaux dans les immeubles collectifs. Le concept permet toutefois garder le chauffe-eau en service sur place. L'installation solaire est ouverte à l'atmosphère, permettant d'utiliser un réservoir sans pression. Toutes les conduites sont installées avec une pente. Il est donc possible d'utiliser de l'eau comme fluide caloporteur et des conduites en plastique ou en composite peu coûteuses. Ce concept présente d'autres avantages: forme compacte, montage simple, et haute fiabilité du fonctionnement, efficacité et rendement environnemental. Il a été testé avec succès dans le cadre d'essais en laboratoire ainsi que simulations thermohydrauliques à l'aide des logiciels HYDRA et TRACE, et est décrit en détail visant aux exigences de concepteurs. Le logiciel HYDRA (dernière version avec mode d'emploi en allemand: Solar Thermal Pipe Network Analysis download | SourceForge.net) a été développé davantage par un modèle «drainback». L'installation a été testée à des températures pouvant atteindre 95 °C et à des hauteurs pouvant atteindre 13 m, pour lesquelles un fonctionnement sûr a pu être démontré. Les bases d'une mise sur le marché ont été posées.