Civil Engineering Reference
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Abb. 7.45
Schemaskizze
zur Stratifikation, Wärme-
verluste und Wärmebilanz
in einem Solarteich und
eingeführtes Koordinaten-
system. UCZ = obere kon-
vektive Zone, NCZ =
stagnierende Zone und
LCZ = untere konvektive
Zone. Temperatur und
Dichteprofil aus Messungen
von (Leblanc et al.
2011
)
zone = LCZ), wie sie die Abb.
7.45
illustriert. Die obere relativ dünne konvektive Zone ver-
fügt über eine nahezu konstante Dichte, die nahe der des Meereswassers ist, während in
der nichtkonvektiven Zone die Dichte nahezu linear mit der Tiefe
z
zunimmt. Diese Über-
gangsschicht wird als Halokline oder Salzgehaltssprungschicht bezeichnet. In der unteren
konvektiven Zone, die nach Messungen die größte Dicke einnimmt, ist die Dichte erneut
nahezu konstant und entspricht nahezu der einer gesättigten Sole.
Die auf den Solarteich unter dem Einfallswinkel θ
i
einfallende Sonnenstrahlung wird
im Fluid absorbiert und zum größten Teil in der LCZ-Schicht eingespeichert und heizt
diese auf. In der nichtkonvektive Zone erfolgt der Wärmetransport in erster Linie durch
einen relativ langsamen Wärmeleitungsvorgang und somit wirkt diese Schicht wie eine
thermische Isolation. Der Nutzen eines Solarteichs beschränkt sich damit auf die gespei-
cherte Energiemenge. Dem stehen die erforderlichen konstruktiven Aufwendungen sowie
die Wartungs- und Betriebskosten gegenüber. Die thermische Leistungsfähigkeit ist letzt-
lich eine Funktion
• der solaren Einstrahlung,
• der Wärmeverluste über alle Ränder an die Umgebung (Boden wie Atmosphäre),
• der inneren Wärmeverluste der unteren konvektiven Zone an die darüber liegenden
Schichten,
• des Teichvolumens und damit der Speicherkapazität und schließlich
• der Effizienz des Wärmetauscherkomplexes an das Leistungskonversionssystem.
Alle Schichten eines Solarteiches unterliegen einer zeitlichen Dynamik und haben ihre
eigenen zum Teil um Größenordnungen verschiedenen spezifischen Zeitkonstanten. Eine
vollständige korrekte Analyse erfordert daher eine simultane Lösung der Massen-, Im-
puls- und Energieerhaltung. Die große Herausforderung ist die Kopplung des simultan
erfolgenden Wärme- und Salztransports. Insbesondere die Durchmischung ist ein gekop-
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