Impuls- und Energietransport in solarthermischen Systemen - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 272

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Impuls- und Energietransport
in solarthermischen Systemen

Die Abschn. 3.3-3.5 behandelten bereits die Berechnung des Kollektorwirkungsgrades
und der darin auftretenden Verluste. Dort wurde auf die detaillierte Diskussion der einzel-
nen passiven wie insbesondere auch aktiven Verlustmechanismen verzichtet. Die Erarbei-
tung der passiven Mechanismen zur Aufnahme solarer Einstrahlung im vierten Kapitel
erlaubt nun einen neuen und fundierteren Einblick in die Beurteilung der konstruktiven
Gestaltung sowie der anlagenbaulichen Realisation solarthermischer Systeme. Die darin
gewonnen Erkenntnisse zeigen, dass durch die physikalischen Prozesse ein hoher Anteil
der solaren Einstrahlung in Wärme umgesetzt werden kann. Begrenzungen ergeben sich
hauptsächlich durch konstruktive Rahmenbedingungen sowie materialspezifische Be-
grenzungen. Bei adäquater Material- und Temperaturwahl sowie konstruktiver Gestal-
tung lassen sich im passiven Bereich ca. 80 % an Energieumsetzung erreichen. Der Ge-
samtwirkungsgrad solarthermischer Systeme liegt jedoch deutlich unterhalb dieser Werte.
Woran liegt dies? Eine Ursache ist der konvektive Transport des ein- oder mehrphasigen
Wärmeträgers in den Rohrleitungen sowie in den im Solarsystem auftretenden Kompo-
nenten wie Pumpen, Ventile, Rohrleitungen und/oder Speicher, die alle verlustbehaftet
sind und damit zu einer Verringerung des Wirkungsgrads führen.
Die im Kollektor mit Hilfe der Absorption „eingefangene Wärme“ muss also konvek-
tiv beispielsweise mit Hilfe einer Pumpe zum Verbraucher transportiert werden. Dieser
konvektive Impuls- und Energietransport kann aber auch zum Stillstand eines Kollektors
führen, weshalb sich der Abschn. 5.1 diesem Phänomen als Ausgangspunkt widmet, da er
viele Aspekte der nachfolgenden Abschnitte beinhaltet.
Es existiert eine umfangreiche Fachliteratur zum konvektiven Impuls- und Energie-
transport. Stellvertretend seien hier lediglich der VDI-Wärmeatlas (VDI 2005 ) sowie die
Übersichtswerke von Kakac et al. ( 1985 , 1987 ) genannt. Ziel ist dieses Abschnittes ist es die
Grundgedanken des Ein- und Mehrphasigen Impuls- und Energietransports zu erarbeiten
und die für ingenieurtechnische Überschlagsrechnungen wichtigsten Korrelationen anzu-
geben.