Selbstbau Poolheizung mit Solarabsorber aus PE-Rohr

Motivation

Im Internet gibt es schon viele Leute, die sich eine Poolheizung aus schwarzen Rohren gebaut haben. Viele haben einfach irgenwas zusammengebastelt und dann am Ende gemerkt, dass es nicht funktioniert, oder manchmal hat es wohl auch funktioniert aber über die tatsächliche Leistung konnte dann doch niemand Aussagen treffen. Daher habe ich mir gedacht, ich mache es besser und beweise damit auch den Skeptikern von PE-Rohr-Solarabsorbern, dass so ein Projekt sehr wohl eine lohnenswerte Anlage ist.

Worauf ist beim Bau zu achten?

• mehrere Schnecken
• Pumpe
• Ausrichtung
• Entlüftung

Überlegungen zur Position der Ansaugung des Vorlaufs

Da sich über Nacht das Wasser im Pool stark schichtet (sprich unten ist es deutlich kälter als oben), und da das Wasser auch tagsüber von der Solarplane an der Wasseroberfläche erwärmt wird, dachte ich, es wäre besser, das kalte Wasser vom Boden des Beckens anzusaugen. Dazu habe ich den Ansaugschlauch vom Skimmer abgezogen, mit einem Stein beschwert und zu Boden sinken lassen.

Ergebnisse:

1. durch den starken Sog der Pumpe und den Kabelbinder am Ende (zur Befestigung des Steins) hat sich der Schlauch einmal komplett plattgesaugt und kein Wasser mehr durchgelassen. Das habe ich zum Glück gleich bemerkt und behoben.

2. im Badebetrieb ist es blöd, regelmäßig die Position des Ansaugschlauchs täglich zwischen Skimmer und Beckenboden zu wechseln.

3. Die Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf hat sich scheinbar nicht geändert, egal wo ich das Wasser angesaugt habe! D.h., diese Optimierung bringt gar nichts.

Das hat mir erstmal keine Ruhe gelassen, also habe ich zusätzlich zu meinem “normalen” Wassertemperatursensor noch einen weiteren Sensor in den Pool geworfen, der jedoch die Temperatur am Beckenboden gemessen hat. Damit konnte man schön sehen, wie bei ausgeschalteter Pumpe eine Temperaturdifferenz von 0,7°C zwischen Beckenboden und dem “normalen” Sensor 25cm unter der Wasseroberfläche entsteht.

Sobald jedoch die Pumpe läuft, wird die Schichtung innerhalb weniger Minuten komplett aufgehoben, so dass die Temperatur praktisch überall im Pool identisch ist. Daher kommt der Ansaugschlauch jetzt wieder an den Skimmer, und gut ist!

Theoretische bzw. berechnete Leistung

Da ich 200 m PE Rohr mit 25 mm Durchmesser verlegt habe, kann man als beschienene Fläche erstmal ganz einfach 200 m · 0.025 m = 5m² ansetzen. Die 2 · 12 m Solarschlauch als Zu- und Ableitung kann man mal vernachlässigen (24 m · 0.038 m = 1m², aber teilweise verschattet verlegt).

Als Strahlungsleistung der Sonne kann man in Deutschland über den Daumen 1000 W/m² annehmen.

Wenn man jetzt mal ganz grob einen Wirkungsgrad von 60% annimmt (nicht rechtwinkliger Einfall der Strahlen, partielle Abschattung, Wärmetransport in Halterungen, etc.), dann sollte man mit einer Heizleistung von 5 m² · 1000 W/m² · 60% = 3000 W rechnen können.

Praktische bzw. gemessene Leistung

Als der Solarkollektor dann endlich montiert war und lief, wollte ich natürlich wissen, wie hoch die Leistung tatsächlich ist. Dazu messe ich zum Einen die Vor- und Rücklauftemperaturen. Die pendeln sich bei Sonnenschein bei einem Unterschied von ziemlich genau 0,9 °C ein – hört sich erstmal enttäuschend wenig an. Es ist von Hand praktisch keine Erwärmung des Rücklaufs spürbar.

Aber die Leistung hängt natürlich stark vom Durchsatz ab. Also habe ich als nächstes den Volumenstrom der Pumpe im Heizbetrieb gemessen. Dazu habe ich den Schlauch an der Einlaufdüse abmontiert. Um den Widerstand beim Einströmen gegen das Poolwasser zu simulieren habe ich das Schlauchende dann ca. 30cm angehoben und einen Maurerkübel damit gefüllt. Ergebnis: ca. 26,4 Liter in 30 Sekunden (ca. 3200 l/h), nur unwesentlich weniger als die Nennleistung der Pumpe (3500 l/h). Die Parallelisierung der Heizschlangen und die großen Schlauchdurchmesser haben sich also gelohnt!

Wir haben also folgende Werte:

• Dichte von Wasser bei 20°C: 998 kg/m³
• Spezifische Wärmekapazität: 1,1625 Wh/(kg·K)
• Temperaturdifferenz: 0,9 °C (bzw. 0,9 K)
• Volumenstrom: 3,2 m³/h

Damit ergibt sich als Leistung:

3.2 m³/h · 998 kg/m³ · 1,1625 Wh/(kg·K) · 0,9K = 3341 W

Das passt zumindest ziemlich genau zum vorher theoretisch errechneten Wert.

Was bedeutet das für die Pooltemperatur?

Man kann nun mit der Leistung von gut 3 kW ziemlich gut berechnen, wie stark dadurch der Pool aufgeheizt wird. Es geht aber auch “intuitiver”. Die Heizung heizt 3200 Liter in einer Stunde um 0,9 °C auf, bei einem 10.000l Becken schafft die Heizung also alle 3,5 Stunden ein Grad Erhöhung zusätzlich.

Da die Solaranlage bis 9:00 Uhr und ab 17:30 Uhr verschattet ist, bekomme ich also 8,5 Betriebsstunden pro Tag, sprich mehr als 2°C pro Tag wärmeres Poolwasser durch die Heizung.

Bei schönem Wetter mit abgedecktem Pool schaffe ich es dann, die Wassertemperatur an einem Tag um 5°C anzuheben.

Wenn man dann in einer kalten Nacht wie in diesem Beispiel wieder 3 °C verliert, ist das zwar unschön, aber trotzdem kein Problem!

Messtechnik

Um eine effiziente Heizungssteuerung zu realisieren, muss man natürlich erstmal einige Werte regelmäßig messen. Interessant für die Benutzung ist natürlich die Wassertemperatur des Pools. Billige Schimmthermometer zeigen zum einen nur die Temperatur an der Wasseroberfläche an und sind bei direkter Sonneneinstrahlung nochmal ungenauer. Außerdem will ich ja schon auf der Arbeit wissen, ob heute Abend gebadet werden kann. Daher benutze ich fertige, wasserdichte DS18B20-Thermosensoren, die es für ca. 2 Euro pro Stück, wenn man jedoch ausreichend lange Kabel haben will, sollte man gleich die passende Kabellänge bestellen, das spart einiges an Arbeit.

Mit denselben Sensoren messe ich auch die Vor- und Rücklauftemperaturen der Heizung, indem ich die Thermosensoren einfach mit Kabelbindern direkt an den Poolschläuchen befestige und dann noch weißen Stoff drumwickle (als Isolation gegen die Außentemperatur).

Wenn man möchte, kann man noch mehr Sensoren anschließen, z.B. für die Außentemperatur.

Die Sensoren kann man an so ziemlich alle Bastelprojekte anschließen, die aktuell im Smart-Home-Bereich benutzt werden, z.B. ESP32 oder Arduino Hardware. Ich habe mich jedoch auf die absolute Standard-Hardware verlassen: Wemos-D1-Mini Platinen mit ESP8266 Chip. Die gibt es mittlerweile fast geschenkt, sie sind unglaublich zuverlässig, haben exzellenten WLAN-Empfang und es gibt tolle, fertige Software für alle erdenklichen Einsatzgebiete.

Steuerung

• fhem