Solarthermie-2000 – Teilprogramm 2 - Solar - so heizt man heute

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Ein Wärmetauscher soll folgende Anforderungen erfüllen:
- Hohe exergetische Effizienz (geringer Temperatursprung zwischen den mittleren
Temperaturen der beiden Medien).
- Hohe energetische Effizienz (geringe Wärmeverluste, gute Wärmedämmung)
- Geringer Strömungswiderstand; dennoch turbulente Wärmeträgerströmung
- Geringe Kosten (sowohl bei Anschaffung als auch bei Wartung)
Es gibt zwei Arten von Wärmetauschern, die je nach Größe der Solaranlage eingesetzt werden.
In kleinen Anlagen werden hauptsächlich innenliegende, direkt im Solarspeicher integrierte
Wärmetauscherverwendet. Diese Tauscher (z.B. Schlangen aus Glatt- oder Rippenrohr
aus Kupfer oder Edelstahl) sind nur auf der Innenseite zwangsdurchströmt. Die Strömung
an der Außenseite baut sich durch den thermischen Auftrieb des erwärmten Wassers
auf. Sie haben den Vorteil, dass der Speicher mitsamt dem Wärmetauscher geliefert werden
kann. Auch entfällt die Pumpe für einen separaten Speicherladekreis. Der Nachteil dieser
Tauscher ist, dass sie im Vergleich zu beidseitig zwangsdurchströmten Tauschern keine
große Übertragungsleistung haben, da an ihrer Außenfläche nur Konvektion durch natürlichen
Auftrieb auftritt. Bei großen Anlagen nehmen daher die notwendigen Wärmetauscherflächen
stark zu, so dass es problematisch ist, sie im Solarspeicher einzubauen.
Externe Wärmetauscher können aus Rohrbündeln in engen zwangsdurchströmten Behältern
(Rohrbündeltauscher) oder aus Platten, zwischen denen abwechselnd die zwei Wärmeträger
fließen (Plattenwärmetauscher), aufgebaut sein. Diese Tauscher können genau an die benötigte
Leistung durch Variation der Rohrbündel- oder Plattengröße bzw. -zahl oder auch
J 1E
DJ gr
J 2A
T e m p e r a tu r [° C ]
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
Abb. 2.5:
Temperaturverlauf Sekundärseite
Tauscherfläche
Temperaturverlauf Primärseite
Temperaturverhältnisse am Plattenwärmetauscher
im Gegenstrom (Δ gr =7 K, Δ kl =3 K, Δ m =5 K)
J 1A
DJ kl
J 2E
durch Zusammenschalten
mehrerer Tauscher angepasst
werden. Bei geschraubten
Plattenwärmetauschern
ist nachträglich
sogar in einem gewissen
Maß eine Vergrößerung
der Tauscherfläche durch
Hinzufügen weiterer Platten
möglich. Rohrbündeltauscher
sind in der Regel
weniger anfällig bei verschmutzten
Medien.
Plattentauscher haben bei
erzwungener turbulenter
Strömung (entsprechend
profilierte Plattenoberflächen)
sehr gute Wärmeübergänge
und so selbst
bei großen Leistungen
nur kleine Abmessungen.
Großanlagen werden