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3.2 Abhängigkeit des Druckverlustes von der Luftdichte
Über die Dichte und die kinematische Viskosität wirkt sich der niedrigere Druck nicht nur auf
die Wärmeübergänge, sondern in starkem Maße auch auf den Druckverlust in einem
Strömungsapparat aus.
Exemplarisch wird hier der Druckabfall im Kiesbettspeicher behandelt. Duffie und Beckman
(S.177) zitieren Shewen, der die Gleichung von McCorquodale (1978) empfiehlt:
∆ p
=
ρ
( L / d ) ⋅ ( 1 − ε )
2
3
[ / Re ⋅ ε ] ⋅ 1,24 ⋅ Re/ ( 1 − ε )
[ + 368 ]
2
Luft
⋅ v
Luft
⋅
(3.8)
Darin sind L,d und ε Größen, die die Geometrie beschreiben.
:
v Luft
⋅ d
Re =
(3.9)
ν
Wie schon in Gleichung 3.2 gezeigt geht die Luftdichte umgekehrt proportional in die
kinematische Viskosität ein. Damit ist die Reynoldszahl proportional zur Luftdichte, wie aus
Gleichung 3.9 zu erkennen ist. Die Reynoldszahl geht wiederum in einer komplexen
Beziehung in die Gleichung des Druckverlustes ein.
Das Ergebnis der Dichteabhängigkeit zeigt Diagramm 3-6. Es zeigt sich, dass der
Druckverlust in einem luftdurchströmten Kiesbettspeicher bei gleichbleibendem
Volumenstrom auf einer Höhe von 3700m um bis zu 40% abnimmt.
Diagramm 3-6: Höhenabhängigkeit des Druckverlustes in einem Kiesbettspeicher
Hält man den Massenstrom über der Höhe konstant, so erhöht sich bei gleichem Querschnitt
mit abnehmender Dichte der Volumenstrom. Damit steigt die Luftgeschwindigkeit im
System. Diagramm 3-7 zeigt die Verläufe von Druckverlust, Luftgeschwindigkeit und
Leistung über der Höhe. Obwohl die Luftgeschwindigkeit zunimmt sinkt der Druckverlust
bedingt durch die geringere Dichte ab. Aus dem gegenläufigen Verhalten resultiert, dass die
benötigte Antriebsleistung bei gleichem Massenstrom über der Höhe beinahe konstant bleibt.
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