Solarthermische Niedertemperatursysteme - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 415

Abb. 6.21 Mehrknoten-
modell zur Beschreibung
des inneren Wärmeüber-
tragungsvorgänge in einem
Vakuumröhrenkollektorseg-
ment. (Lustig 2002 )
In einem solchen Fall muss entweder innerhalb eines Segmentes (Unit) eine CFD Be-
rechnung durchgeführt werden, die oftmals die zur Verfügung stehenden Rechnerressour-
cen und -zeit sprengt oder es werden Mehrknotenmodelle in der Unit eingebracht, die die
inneren Wärmübergangsvorgänge im Kollektor lokal beschreiben können. Die Abb. 6.21
zeigt ein solches Mehrknotenmodell, das neben der axialen Wärmeleitung im Fluid und
den Strukturen die Prozesse in Umfangsrichtung mit den zugehörigen Massen (-, die im
elektrischen Sinne durch Kapazitäten dargestellt werden und eine Zeitverzögerung bedeu-
ten,-) mit den entsprechenden Wechselwirkungen erfasst.
Es muss betont werden, dass Mehrknotenmodelle bei ihrer Implementierung eine fun-
dierte Kenntnis der einzusetzenden Modelle und Gültigkeitsbereiche der Korrelationen
erfordern. Im Gegenzug erlauben sie jedoch eine Vielzahl von Parametervariationen bei
Nutzung eines konventionellen Personal-Computers und die Identifikation potenziel-
ler Schwachstellen im Aufbau und Platzierung der Komponenten wie auch eventueller
Schwachstellen des Aufbaus des Kollektorfelds und vieles andere mehr. Mit Hilfe von
Mehrknotenmodelle können zusätzlich auch lokale Größen oder zeitliche Gradienten auf-
gelöst werden, die gegenwärtig noch(!) nicht mit Hilfe der numerischen fluiddynamischen
Programme abgebildet werden können.
Das Ergebnis einer Mehrknotenberechnung zeigt die Abb. 6.22 in einem Vergleich ge-
messener und berechneter Temperaturen des Niedertemperaturkreislaufs einer Hausanla-
ge (aus Abb. 6.20 ) an zwei diskreten Punkten für mehrere aufeinanderfolgende Sommer-
tage. Aus den Graphen ist deutlich zu erkennen, dass es im gezeigten Sommer mehrfach zu
einem Kollektorstillstand gekennzeichnet durch schnelle Gradienten gekommen ist. Die
mit Hilfe des Mehrknotenmodells gewonnen Ergebnisse der Systemsimulation zeigen eine
gute zeitliche Übereinstimmung mit den Messergebnissen auf der Primärseite. Deutlich zu