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

deshalb i.d.R. mit externen Plattenwärmetauschern ausgeführt. Nachteilig können sich die
engen Strömungskanäle im Tauscher auswirken, die sich evtl. leicht zusetzen. Bei kalkhaltigem
Trinkwasser muss daher auf der Primärseite des Tauschers durch eine Rücklaufbeimischung
die Plattentemperatur auf höchstens 65 °C (oder weniger, je nach Kalkgehalt) begrenzt
werden. Bei sehr kalkhaltigem Wasser können geschraubte Tauscher verwendet
werden, die demontiert, gereinigt und danach wieder zusammengesetzt werden können.
Allerdings ist diese Maßnahme mit einem großen Aufwand verbunden, so dass man dies nur
im Notfall akzeptieren kann.
Plattenwärmetauscher können im Gleich- oder im Gegenstrom betrieben werden. In der
Solartechnik wird der Betrieb im Gegenstrom bevorzugt, da dann das Temperaturniveau der
Primärseite möglichst gut auf die Sekundärseite des Tauschers übertragen wird.
Folgende Beziehungen gelten für den Wärmetauscher:
Übertragene Leistung . durch Wärmeübergang
.
über die
.
Tauscherfläche A
Q = k∙A∙Δ m = V 1 ∙ρ 1 ∙c p1 ( 1E - 1A ) = V 2 ∙ρ 2 ∙c p2 ( 2A - 2E )
mit der mittleren logarithmischen Temperaturdifferenz beim Gegenströmer (vgl. Abb. 2.5)
Δ m = (Δ gr - Δ kl )/ln(Δ gr / Δ kl )
Δ m = (( 1E - 2A ) - ( 1A - 2E ))/ln(( 1E - 2A )/( 1A - 2E ))
für den Fall: Δ gr ungleich Δ kl
Für nahezu gleiche Temperaturdifferenzen am Ein- und Austritt kann vereinfacht mit der
arithmetischen Temperaturdifferenz gerechnet werden:
.
Δ m = (Δ gr )/2 + (Δ kl )/2
Δ m = ( 1E - 2A )/2 + ( 1A - 2E )/2
Q [W] übertragene Leistung am Wärmetauscher
k [W/(m 2 TF∙K)] Wärmedurchgangskoeffizient durch die Tauscherwand
A [m 2 ] Tauscherfläche (Fläche der Tauscherwand bzw. -platten)
Δ . m [K]
mittlere logarithmische Temperaturdifferenz
V [m 3 /h] Volumenstrom
ρ [kg/m 3 ] Dichte Wärmeträger
c p [J/(kg∙K)] spez. Wärmekapazität Wärmeträger
1E [°C] Temperatur Primärseite (1) am Wärmetauschereintritt (E)
1A [°C] Temperatur Primärseite (1) am Wärmetauscheraustritt (A)
2E [°C] Temperatur Sekundärseite (2) am Wärmetauschereintritt (E)
2A [°C] Temperatur Sekundärseite (2) am Wärmetauscheraustritt (A)
Der Wärmedurchgangskoeffizient (k-Wert) ist ein Kennwert für das Wärmeübertragungsvermögen
des Tauschers. Er gibt die Leistung an, die pro K mittlerer log. Temperaturdifferenz
(Δ m ) und pro m 2 Tauscherfläche (A) übertragen wird. Der Wärmedurchgangskoeffizient
hängt wesentlich von der Strömungsart (turbulent, laminar) im Wärmetauscher und
damit von der Bauform der Übertragungsflächen und Strömungskanäle sowie dem Tauschermaterial
u.v.a. Bedingungen ab. Er ist für ein Tauschermodell in erster Näherung so
lange annähernd konstant, wie die Strömung in ihm turbulent bleibt und sinkt stark ab, wenn
die Strömung bei sehr geringem Volumendurchsatz in einen laminaren Zustand umschlägt.
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