Solarthermische Niedertemperatursysteme - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 464

Tab. 6.8 Längenspezifische Wärmeverluste dampfgefüllter, ungedämmter Rohrleitungen bei einer
Temperaturdifferenz Δ T = ( T i − T U ) = 115 °K und einer vertikalen bzw. horizontalen Rohranordnung
Rohrabmessung ( d a (mm))

vertikales Rohr (W/m) horizontales Rohr (W/m)

Q

∗
R

Q

∗
R

10 51 74

20 103 133

30 154 189

50 257 295

70 360 397

100 515 546

Bei nicht thermisch isolierten Rohrleitungen setzt sich der äußere Wärmeübergang α U
aus einem Strahlungs- und einem Konvektionsanteil zusammen:

α U α U , st r α U , kon v .

= + (6.42)

In der einfachsten Form wird der Strahlungsaustausch zwischen Rohroberfläche und der
Umgebung in folgender Weise beschrieben:

σε T Rohr

T U

−

α U , st r ,

=

(6.43)

T Rohr T U

−

in der die Temperaturen in Kelvin einzusetzen sind und σ die Stefan-Boltzmann-Kons-
tante darstellt (vgl. Kap. 4.4 Wärmetransport durch Strahlung). Die Rohroberfläche wird
zumeist als grauer und die Umgebung als schwarzer Strahler behandelt. Oxidiertes Kupfer
hat bei einer Temperatur von 140 °C einen Emissionsgrad ε von etwa ε ≈ 0.73 (Sprenger
et al. 2011 ). Die konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten α U, konv können überschlägig
mit Hilfe folgender Approximationen:

T U ) 0 . 3

α U , kon v

= 1 . 6 ( T Rohr

vertikales Rohr

−

T U ) 0 . 25 + 0 . 1 d a
d 1 / 4

= 1 . 23 ( T Rohr

−

α U , kon v (6.44)

horizontales Rohr,

a

ermittelt werden. Die längenspezifischen Wärmeverluste liegen erheblich über denen ge-
dämmter Rohrleitungen, wie die in Tab. 6.8 aufgeführten Beispielrechnungen für vertikale
und horizontale dampfgeführte Rohre zeigen. Eine Vermeidung eines Stillstands durch
gezielte Kondensation in Rohrleitungen alleine ist also nicht praktikabel.

Vorschaltgefäße
Eine weitere Möglichkeit zur Begrenzung des Systemdrucks ist die Verwendung eines
Vorschaltgefäßes vor dem Membranausdehnungsbehälter (MAG). Technisch ist eine An-
ordnung wie in Abb. 6.51b dargestellt vorzuziehen, da dort Dampfblasen von unten in
das kalte Vorschaltgefäß eindringen können und sofort darin kondensieren. So bleibt das
MAG vor Dampf geschützt, aber durch die unmittelbare Kondensation im Vorschaltgefäß
kommt es zu Druckoszillationen.