Solarthermische Hochtemperatursysteme - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 530

Abb. 7.37 Einfluss wär-
mespeichernder Wasser-
schläuchen unter dem
Kollektordach auf den
Tagesgang der Leistungs-
bereitstellung eines Auf-
windkraftwerks. (Weinrebe
2004 )
werk erhöht der Kollektor die Temperatur der Außenluft um bis zu 30 K und in der Folge
ergeben sich im Kamin Aufwindgeschwindigkeiten der Größenordnung von 15 m/s, die
auch eine Wartung während des Betriebs erlauben.
Bei der Errichtung hoher Türme oder Kamine bieten sich hauptsächlich zwei Bauwei-
sen an: Stahlfachwerk oder Kabelnetzturm - mit Trapezblech oder Membranen verkleidet.
Mehrere Analysen zeigten, dass für potenziell interessante Standorte die Stahlbetonröhre
die langlebigste und kostengünstigste Lösung darstellt.
Vom Prinzip her ist der Turm eines Aufwindkraftwerke nichts anderes ein großer Na-
turzugkühlturm. Große Türme sind komplexe Bauwerke, in denen eine Vielzahl von Be-
lastungen berücksichtigt werden müssen.
Die wesentlichen statischen Belastungen sind die durch das Eigengewicht hervorgeru-
fenen Spannungsverteilungen, die thermischen Belastungen auf der Innenseite und die
durch die solare Einstrahlung. Im Betrieb ist beispielsweise im Winter in Deutschland bei
der Auslegung von Naturzugkaminen am Fuß eine rotationssymmetrische Temperatur-
differenz Δ T = −45 K anzusetzen. Durch die solare Einstrahlung muss bei einem Stillstand
des Turms eine nicht rotationssymmetrische effektive Temperaturdifferenz zwischen den
Schalenoberflächen von Δ T = + 25 K angesetzt werden (Lenz and Meiswinkel 2005 ).
Den statischen Belastungen sind dynamische Belastungen überlagert, die durch die ein-
wirkenden Windkräfte und seismische Bewegungen (Erschütterungen bis hin zu Erdbe-
ben) entstehen. Sie erfordern eine dynamische Betrachtung des Turms im Zusammenhang
mit seinem Untergrund (elastische oder starre Bettung, Fundamente, Lagerung) bei gege-
benen Randbedingungen (Windlasten-, Erdbebenlasten). Grundlegende Arbeiten fanden
hier insbesondere bei der Entwicklung großer Kühltürme für Kernkraftwerke in den 70
Jahren statt (Peters 1971 , 1972 ). Nichtlineare Modelle zur Beschreibung des dynamischen
Verhaltens bei seismischen und Windbelastungen sind unter anderen in (Stempniewski
1990 ; Lang 2003 ) und der dort angegebenen Literatur zu finden. Die Bemessungsgrund-
lagen zur Auslegung von Türmen bilden die einzelnen DIN Vorschriften (DIN 1045 2008 )
und deren Verweise. Die Abb. 7.38 zeigt typische Auslegungsabmessungen eines Natur-
zugturmes, wie sie auch bei thermischen Kraftwerken eingesetzt werden.
Dünne Röhren verformen sich unter Windlast zu einem ovalen Querschnitt insbeson-
dere an den Sogflanken (vergl. Abb. 7.39 a). Dadurch werden die Meridianspannungen
sehr hoch und der Turm kann oval verformt werden. Der Ovalisierung kann ähnlich wie