Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Ziel des Vorhabens ist es, quantifizierbare Aussagen \u00fcber maximal von Rohrverbindungen (au\u00dferhalb des Kollektors) aufzunehmende Druck und Temperaturbelastungen bei thermischen Solaranlagen zu erarbeiten. Diese Aussagen sollen den Herstellern von Rohrverbindungen als Grundlage dienen, um festzustellen, ob die von ihnen angebotene Technik f\u00fcr Solaranlagen geeignet ist.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie vorgesehenen Arbeiten sollen f\u00fcr die Praxis relevante Fragen kl\u00e4ren. Ma\u00dfgeblich beteiligen sich deshalb Firmen, die Rohrverbindungstechniken anbieten, die f\u00fcr den Einsatz in thermischen Solaranlagen denkbar sind. Um den Bezug zur Praxis der Solartechnik zu behalten, beteiligt sich auch ein namhafter Hersteller von Solaranlagen an dem Projekt.
\nAn einer Referenz-Solaranlage sollen unter k\u00fcnstlicher Bestrahlung Stagnationsbedingungen hergestellt und dann gezielt W\u00e4rmetr\u00e4ger in den Kollektor gepumpt werden. Mit zeitlich hoch aufgel\u00f6sten Druckmessungen an den Kollektoranschluss-Stutzen sollen die auftretenden Druckst\u00f6\u00dfe erfasst werden. Auch die Entwicklung der Temperaturverteilung im Kollektor und an den Anschluss-Stutzen soll mit m\u00f6glichst hoher zeitlicher Aufl\u00f6sung erfasst werden.
\nDie in realen Anlagen m\u00f6glichen Materialbeanspruchungen unterscheiden sich voneinander aufgrund unterschiedlicher Randbedingungen. Von Anlage zu Anlage variierende Parameter sind: Kollektorfl\u00e4che, Kollektorneigung, Einstr\u00f6mgeschwindigkeit, Anlagenvordruck, Rohrdurchmesser, Verrohrung bzw. Verschaltung der Kollektoren. Diese Anlagenparameter sollen bei den oben skizzierten Messungen syste-matisch variiert werden und die Abh\u00e4ngigkeiten explizit erfasst werden.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die experimentellen Untersuchungen wurden mit dem Innenkollektorteststand mit Solarsimulator durchgef\u00fchrt. Es konnte gezeigt werden, dass in Stillstandssituationen fraktionierte Destillation in den Kollektoren auftritt und dadurch wesentlich h\u00f6here Temperaturen an den Verbindungsstellen auftreten als bis-lang angenommen worden war. Die hochfrequenten Druckbelastungen lagen unter 0.5 bar und sind damit unkritisch f\u00fcr die Belastungsgrenzen von Verbindungstechniken.
\nDie Temperaturbelastungen im trockenen Zustand (Messungen ohne Fluid) k\u00f6nnen folgenderma\u00dfen zu-sammengefasst werden:
\n\u00d8\tGemessen wurde am Vakuumr\u00f6hrenkollektor der Fa. Wagner: TAnschluss=175\u00b0C bei TAbsor-ber=283\u00b0C.
\n\u00d8\tGemessen wurde am Flachkollektor der Fa. Wagner: TAnschluss=157\u00b0C bei TAbsorber=210\u00b0C. (sehr guter Flachkollektor mit Antireflexverglasung)
\n\u00d8\tDie maximalen Belastungen im trockenen Zustand sind geringer als die Belastungen im gef\u00fcllten Zustand.
\n\u00d8\tDie auftretenden Temperaturen k\u00f6nnen (insbesondere bei Vakuumr\u00f6hrenkollektoren) stark abh\u00e4ngig von der Absorber- und Rahmenkonstruktion sein. Die oben angegebenen Werte sind gleichwohl aussagekr\u00e4ftige Richtwerte f\u00fcr die maximalen Temperaturbelastungen (sehr guter Flachkollektor mit AR-Glas und \u00fcblicher Rahmenkonstruktion, guter Vakuumr\u00f6hrenkollektor mit \u00fcblicher Sammelkastenkonstruktion und Verrohrung.
\nDie Temperaturbelastungen mit Fluid k\u00f6nnen folgenderma\u00dfen zusammengefasst werden:
\n\u00d8\tDie maximalen Temperaturbelastungen der Rohrverbindungsstellen im Solarkreis h\u00e4ngen vom Systemdruck ab. Die auftretenden Temperaturen m\u00fcssen deshalb in Relation zur Sattdampftemperatur des Ausgangsfluids bei dem maximal eingestellten Systemdruck betrachtet werden. Aufgrund der im Projekt nachgewiesenen fraktionierten Destillation sind auftretenden Temperaturen teilweise allerdings h\u00f6her als die Sattdampftemperatur des Ausgangsfluids.
\n\u00d8\tAn der Rohrleitung bis 200 cm vom Kollektoranschluss wurden Temperaturen gemessen, die der Sattdampftemperatur des Ausgangsfluids entsprechen.
\n\u00d8\tAn den Anschl\u00fcssen des Kollektorfeldes wurden Temperaturen gemessen, die h\u00f6her als die Sattdampftemperaturen des Ausgangsfluids liegen:
\n–\t190 bis 210\u00b0C wurden gemessen bei 160\u00b0C Sattdampftemperatur (6 bar Systeme)
\n–\t160 bis 190\u00b0C wurden gemessen bei 130\u00b0C Sattdampftemperatur (3 bar Systeme)
\n\u00d8\tAn den Verbindungsstellen zwischen zwei Kollektoren des Kollektorfeldes wurden deutlich h\u00f6here Temperaturen als die Sattdampftemperatur gemessen:
\n–\t210 bis 220\u00b0C wurden gemessen bei 160\u00b0C Sattdampftemperatur (6 bar Systeme)
\n–\t180 bis 190\u00b0C wurden gemessen bei 130\u00b0C Sattdampftemperatur (3 bar Systeme)
\n\u00d8\tAm Absorber wurden Temperaturen gemessen, die der Sattdampftemperatur von reinem Glykol entsprechen, bis zur maximalen Absorbertemperatur (250 bis 280\u00b0C)
\nDie Ergebnisse zu den Untersuchungen der auftretenden Druckst\u00f6\u00dfe sind:
\n\u00d8\tDie hochfrequent gemessenen Druckst\u00f6\u00dfe liegen im Bereich von ca. 0.5 bar (am Kollektoranschluss gemessen).
\n\u00d8\tAlle schnellen Druckst\u00f6\u00dfe konnten messtechnisch erfasst werden.
\n\u00d8\tEs konnten keine akustischen Schl\u00e4ge w\u00e4hrend der Messungen festgestellt werden.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Die Ergebnisse des Projekts wurden in Form eines Workshops im Januar 2003, zu dem die Firmen der Solarthermie-Branche in Deutschland, \u00d6sterreich und der Schweiz eingeladen wurden, ver\u00f6ffentlicht und diskutiert. Au\u00dferdem wurden die Projektergebnisse in einem Tagungsbeitrag zum 13. Symposium Ther-mische Solarenergie, 14.-16- Mai 2003, in Kloster Banz, Staffelstein, ver\u00f6ffentlicht. Die Folien der Workshop-Pr\u00e4sentation und der Tagungsbeitrag sind im Internet unter http:\/\/www.kollektortest.de, -> Ver\u00f6ffentlichungen verf\u00fcgbar.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Durch die Verdampfungsvorg\u00e4nge in Stagnationsf\u00e4llen dringt Dampf in die Rohrleitungen des Solarkreises vor und es treten Temperaturbelastungen der Rohrverbindungen auf. Durch fraktionierte Destillation des W\u00e4rmetr\u00e4gers sind die Temperaturbelastungen deutlich h\u00f6her als bislang angenommen wurde. Die maximal auftretenden Druckbelastungen sind als unkritisch zu bewerten. Die Projektergebnisse erm\u00f6glichen es Herstellern von Rohrverbindungen festzustellen, ob die von ihnen angebotene Technik f\u00fcr Solaranlagen geeignet ist.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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