Einfache Formel für flüssige Wärmeübertragung

Einige Anmerkungen, die Sie auf den Weg bringen:

Leistung bei voller Sonneneinstrahlung auf Meereshöhe$\approx 1kW/m^2$- Denken Sie daran, den relativen Winkel von Sonne und Solarpanel anzupassen.

Spezifische Wärmekapazität von Wasser: 4,186 J/g/K

Typische Kollektoreffizienz: irgendwo im Bereich von 50-90 %.

Lassen Sie uns eine schnelle grobe statische Berechnung durchführen. Es hört sich so an, als würdest du eine dynamische Mikrosimulation machen - tolle Sache, mach es; Wenn wir zuerst eine statische Schätzung vornehmen können, erhalten Sie eine Vorstellung davon, wie die Zahlen miteinander zusammenhängen, und geben Ihnen eine ungefähre Zahl, mit der Sie die Ausgabe Ihrer Simulation vergleichen können.

Nehmen wir an, die Sonne scheint direkt auf die Platte, entlang der Normalen zur Platte, also ist die Leistung, die auf die Platte trifft$1000 W/m^2$. Nehmen wir einen Wirkungsgrad von 60 % an, also setzen wir$600 W/m^2$in die Wärmeträgerflüssigkeit. Lassen wir vorerst jegliches Frostschutzmittel außer Acht und nehmen wir einfach an, dass unsere Wärmeträgerflüssigkeit reines Wasser ist und somit eine spezifische Wärmekapazität von 4,186 J/g/K hat. Wenn Sie nun 1 Liter Wasser hätten, das Wärme pro Quadratmeter sammelt, würden Sie seine Temperatur um erhöhen

$$\frac{600 W}{1000 g \times 4.186 J /g/K} \approx 0.14 K/s$$

Nun, hier ist eine schnelle Berechnung für einen ganzen Tag. Nehmen wir eine ungefähre Zahl von 6 vollen Sonnenstunden (das sind 16 Stunden Tageslicht im Sommer, schätzungsweise herabgesetzt, um die Variation des Winkels zwischen Panel und Sonne zu berücksichtigen) und einen 200-Liter-Wärmespeichertank; dann wäre unser Anstieg der Temperatur des Tanks an einem Tag von einem einzigen Quadratmeter Kollektor in erster Ordnung:

$$\Delta T_{tank} = \frac{0.14 K/s \times 3600 s/h \times 6 h}{200} \approx 15 K$$ Also ein $4m^2$System würde Ihnen geben $\Delta T_{tank} \approx 60 K$. Dann würde die Leistung auf der Grundlage von Systemverlusten, einschließlich Wärmeverlusten von der Kollektorplatte und dem Wärmespeicher, herabgesetzt.

Der Wärmeverlust von der Platte selbst ist (weitgehend) proportional zur Differenz zwischen der Wärmeübertragungsflüssigkeit und der Umgebungslufttemperatur - das ergibt die von Ihnen erwähnte Verjüngung.

Und Sie brauchen eine Zahl für die Rate, mit der Wärme zwischen der Wärmeträgerflüssigkeit, die durch den Kollektor fließt, und dem Wärmespeicher ausgetauscht werden kann.

(Siehe auch Anhang H von SAP 2009 , der auf pdf p73 beginnt – aber denken Sie daran, dass dies eine grobe statische Annäherung an ein solarthermisches System in Großbritannien ist, keine dynamische Simulation – aber es enthält einige Zahlen, um Ihnen den Einstieg in die Kollektoreffizienz zu erleichtern und thermische Verluste)