ColSim - Simulation von Regelungssystemen in ... - OptiControl

5.3. SOLARKREISREGELUNGEN 79
600
500
Einstrahlung E=1000 [W]
Wärmeleistung Qp [W/m^2]
400
300
200
100
0
Low-Flow
E=800 [W]
E=600 [W]
E=400 [W]
High-Flow
0 20 40 60 80 100
Massenstrom [kg/hm²]
Abbildung 5.9: Thermische Leistung eines Flachkollektors in Abhängigkeit des Massenstroms für verschiedene
Einstrahlungsleistungen E=1000 W/m 2 , 800 W/m 2 , 600 W/m 2 und 400 W/m 2 . Der Betrieb bei
Low-Flow Bedingungen hat einen geringeren Betriebswirkungsgrad ( 0.85) zur Folge.
_Q( _m) =A E + k T Umg , k T KollIn
1+ k
(5.7)
2 _mc p
Abbildung 5.9 zeigt die thermische Leistung eines Flachkollektors mit einem Verlustkoeffizienten
von k = 4W=m 2 K bei einer Einlauftemperatur T KollIn = 50 o C für verschiedene
Einstrahlungen zwischen 400 und 1000 W/m 2 .BeimLow-Flow Betrieb 13 reduziert sich die thermische
Leistung auf 85 % des maximalen Wirkungsgrads. Der maximale Wärmestrom wird
theoretisch für einen unendlichen Massenstrom 14 erreicht, d.h. _Q konvergiert streng monoton
gegen Q _ opt :
_Q opt = lim _Q Koll = A ( E + k T Umg , k T KollIn ) (5.8)
_m!1
Bei gegebener hydraulischer Auslegung der Anlage wird daher die Energieausbeute des Kollektors
für die maximale Pumpenleistung optimal, d.h. ein 2-Punkt-Reglers kann den optimalen
Massenstrom aufprägen:
_m opt =
(
_m max : E , k (T KollIn , T Umg ) > 0
0 : E , k (T KollIn , T Umg ) 0
Die Pumpe müßte also bei positiver Energiebilanz bei maximalem Massenstrom _m max in Betrieb
genommen werden. Diese Optimierungsbedingung gilt bei Vernachlässigung der Fremdenergie
für die Pumpe, d.h. solange die hydraulischen Randbedingungen unberücksichtigt bleiben.
13 Low-Flow Betrieb entspricht einem flächenspezifischen Massenstrom von 8 bis 12 kg/hm 2 .
14 Dabei wird die mittlere Kollektortemperatur gleich der Eintrittstemperatur.
(5.9)