Solarthermische Niedertemperatursysteme - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 462

während der Stagnation entstehenden Dampf zu kondensieren, um eine Überhitzung des
Speichers zu verhindern. Zur gezielten Dampfkondensation bieten sich drei Optionen an:

• Wärmeabgabe in Rohrleitungen,
• Vorschaltgefäße und
• Rippenrohrkühler,

die nachfolgend diskutiert werden sollen.

Wärmeabgabe in Rohrleitungen
Systemimmanent besteht immer ein Wärmeverlust über die Rohrleitungen des Solarkrei-
ses. Da die meisten Leitungen der Solaranlage wärmegedämmt sind, ist ihr Kühlvermögen
eingeschränkt. Wenn also kein Stagnationskühler in den Solarkreis integriert ist, fungieren
die gedämmten Rohrleitungen als natürlicher einziger „Kühlkörper“. Der spezifische Wär-
meverluststrom pro Meter Kühlleitungslänge Q

∗

R ergibt sich aus:

= Q R
L

1
α i d i

+ 1
2 λ Rohr

ln d a
d i

+ 1
2 λ iso

ln d iso
d a

+ 1
α U d iso

∗
R

Q = k eff (T i − T U ) mit k eff = π ,

(6.37)

in dem k eff der effektive Wärmeübergangskoeffizient des Rohrs mit der Dämmung ist, T i die
Rohrinnenwandtemperatur und T U die Umgebungstemperatur darstellt. α i beschreibt den
Wärmeübergangskoeffizienten des Wärmeträgers (in flüssiger oder dampfartiger Form)
an das Rohr und α U den Wert vom Isolationsmaterial an die Umgebung. Die spezifischen
Wärmeleitfähigkeiten der Rohrwand und der Isolation sind durch λ Rohr und λ iso gegeben
und als geometrische Größen treten der Rohrinnendurchmesser d i , der der Außenwand d a
sowie der Außendurchmesser der thermischen Isolation d iso auf. Die Flächenbezugsgröße
des inneren und äußeren Wärmeübergangskoeffizienten ist die Innen- bzw. Außenober-
fläche der gedämmten Rohrleitung. Die Oberflächentemperaturen der inneren Rohrwand
T Rohr und der Außenseite der Wärmedämmung T iso ergeben sich aus:

Q Q

∗
R
α i πd i

∗
R
α U πd i so

T R ohr = T i + und T i so = T U + ,

(6.38)

Ein experimentelles Verfahren zur Bestimmung der Rohrleitungsverluste bei Stagnation
ist in (Eggert 2005 ) beschrieben. Dabei wird zunächst der Wärmeübergangskoeffizient des
Zweiphasengemisches an das Rohr ermittelt. Die experimentelle Bestimmung der Rohrlei-
tungsverluste wird mit flüssigem Solarfluid auf einem Temperaturniveau möglichst nahe
des Siedepunktes durchgeführt. Dabei ist die Flüssigkeitsströmung in den Rohren turbu-
lent. Der innere Wärmeübergangskoeffizient α i berechnet sich für Re > 10 4 und Pr > 0.5
(VDI 2005 , Abschnitt Ga) nach der Gnielinski-Korrelation:

( ξ/ 8) R eP r
1 + 12 . 7

− 1 . 5) − 2 . N u = √ mit ξ = (1 . 8 log 10 Re (6.39)

ξ/ 8( P r 2 / 3 − 1)