ENERGIESYSTEME 1. TEILSOLARSYSTEME ZUR GEWINNUNG VON THERMISCHER ENERGIE Transparente Wärmedämmung...
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ENERGIESYSTEME 1. TEIL
SOLARSYSTEME ZUR GEWINNUNG VON THERMISCHER ENERGIE
Transparente WärmedämmungKlassifizierung von transparenten bzw. transluzenten Dämm-materialien:
Absorberparallel(Beispiel: Mehrfachverglasung)
Absorbersenkrecht(Beispiel: Wabenstruktur)
Kammerstruktur(Beispiel: Acrylglasschaum)
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ENERGIESYSTEME 1. TEIL
SOLARSYSTEME ZUR GEWINNUNG VON THERMISCHER ENERGIE
Transparente Wärmedämmung
homogene Struktur(Beispiel: Aerogel)
Doppelscheiben mitVakuumspalt
Porosität bis zum 97 %; Porengröße < 100 nmUnterdruck von 0,1 bar
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ENERGIESYSTEME 1. TEIL
SOLARSYSTEME ZUR GEWINNUNG VON THERMISCHER ENERGIE
Transparente Gebäudeisolierung
Großflächige Fenster oder transparente Wärmedämmungen auf den der Sonne zugewandten Gebäudeseiten verringern als passive Einrichtungen den Wärmebedarf von Gebäuden
Die Gebäudestrukturen selbst dienen als Absorber und Speicher oder zumindest als Pufferspeicher
Durch aktiven Wärmeschutz, Rollos, vor allem auf der Ostseite konnte das Gebäude vor Überwärmung im Sommer geschützt werden
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ENERGIESYSTEME 1. TEIL
SOLARSYSTEME ZUR GEWINNUNG VON THERMISCHER ENERGIE
Wärmedurchlasskoeffizient transparenter Isoliermaterialien
A, TA, A
d
B, TB, B
= 5,7 10-8 W/cm2K4
T = Temperatur = Emissionskoeffizient
StrKonvL qqqq
BAStrBABAL TTqqTTTT
dq
???
BABABA
BBA
BAStr TTTTTT
TTq
22
A
44
111
1
11
- Wärmedurchlaßkoeffizient
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ENERGIESYSTEME 1. TEIL
SOLARSYSTEME ZUR GEWINNUNG VON THERMISCHER ENERGIE
Wärmedurchlasskoeffizient transparenter Isoliermaterialien
3
22
4BABA
Def
r
TTTTT
BAStrStr TTkq
dλ StrStr 3
111
4 r
BA
Str Tk
Die reduzierte Temperatur:
die Pseudo-Wärmeleitfähigkeit:
BAStr
Str TTd
q
Bei kleinen Temperaturdifferenzen (TA-TB):
2BA
Mr
TTTT
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ENERGIESYSTEME 1. TEIL
SOLARSYSTEME ZUR GEWINNUNG VON THERMISCHER ENERGIE
Wärmedurchlasskoeffizient transparenter Isoliermaterialien
A, TA, A, A
d
AAAA und 1
BBBB und 1B, TB, B, B
F, TF, F, F, F FFFFF und 1
der Strahlungsaustausch: FBFAFFAA τT ρT εTTσq 4444
F4
F4
F4 2 BAFF TTTq
.T 5,00 44A
4BFF TTq
)1( BA
44445,0 BABAFFA TTsTTq
FFs 5,0
Stationär:
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ENERGIESYSTEME 1. TEIL
SOLARSYSTEME ZUR GEWINNUNG VON THERMISCHER ENERGIE
Wärmedurchlasskoeffizient transparenter Isoliermaterialien
Beim Einbau von n Folien: 44BAnA TTσ sq
n
i eff, i
n
i eff, iBAn εsεεεs 101
111
11
1111
iR,iL,iR,iL,ieff,i τεε/εεε
11 R,iiR,iL,iiL,i ρτ, ερτε
der Gesamtwärmestrom:
BAL
BAnLStrges TTd
λTTσsqqq 44
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ENERGIESYSTEME 1. TEIL
SOLARSYSTEME ZUR GEWINNUNG VON THERMISCHER ENERGIE
Wärmedurchlasskoeffizient transparenter Isoliermaterialien
In quasihomogenen Strukturen:
τ ε, sε
ξ
d
sε n
ss
eff
effn
50
11
111
00
entspricht der Strahlungseindringtiefe in einem Wärmedämmmaterial
BAL
BAM
BALBA
ges TTd
λTT
d/ξ/s
σTTT
d
λ
d/ξ/s
TTσ q
0
3
0
44
1
4
1
d
λ
d/ξ/s
TΛ LM
0
3
1
4der Wärmedurchlasskoeffizient:
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ENERGIESYSTEME 1. TEIL
SOLARSYSTEME ZUR GEWINNUNG VON THERMISCHER ENERGIE
Wärmedurchlasskoeffizient transparenter Isoliermaterialien
die äquivalente Wärmeleitfähigkeit:L
M λ
ξsd
TdΛλ
1114
0
3
für große Dicken des Dämmmaterials:
LM λ ξTλ 34
ξTλ M34
das Wärmedämmvermögen ist um so größer, je kleiner die Eindringtiefe der Wärmestrahlung ist
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ENERGIESYSTEME 1. TEIL
SOLARSYSTEME ZUR GEWINNUNG VON THERMISCHER ENERGIE
Gesamtenergiedurchlassgrad
transparente Abdeckung
Absorber, TA
einq
inq
TU
UAgesineinN TTkq qq
inein qq
ein
in
q
q ατ g
UAgeseinN TTkgqq
die Nutzleistung:
der Gesamtenergiedurchgang durch die transparente Abdeckung:
der Gesamtenergiedurchlassgrad:
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ENERGIESYSTEME 1. TEIL
SOLARSYSTEME ZUR GEWINNUNG VON THERMISCHER ENERGIE
Gesamtenergiedurchlassgrad
Material Geometrie Transmis-sionsgrad
(diff)
Gesamtenergie-durchlassgrad
(diff)
Wärmeüber-gangskoeffizient
[W/m2K]
KapillarplattenPolykarbonat
10 cm Dicke
3 mm Ø
0,69 ± 0,05 0,71 ± 0,05 0,92 ± 0,03
Kapillar-platten PMMA
5 cm Dicke
3 mm Ø
0,70 ± 0,05 0,78 ± 0,05 1,08 ±0,03
quadr. Waben-struktur
Polykarbonat
10 cm Dicke
4 mm Ø
0,75 ± 0,05 0,82 ± 0,03 1,07 ± 0,03
Aerogelkugel zwischen
PMMA-Platten
0,3/2,0/0,3 cm
0,37 ± 0,03 0,42 ± 0,03 1,09
PMMA = Polymethylmethacrylat
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ENERGIESYSTEME 1. TEIL
SOLARSYSTEME ZUR GEWINNUNG VON THERMISCHER ENERGIE
Simulation von Kollektor-Leistungserträgen - f-chart-Methode
immenen zu besttormessungaus Kollek
uegesglRKN Tki FFQ
FK = Kollektorfläche
refl. Str.
am Boden diff. Str.
gl
difS
r.direkte St
gl
difR
β-ρ
β
i
i R
i
i- F
2
cos1
2
cos11
FR = horizontale Richtungskorrektur
RS = horizontale Richtungskorrektur für direkte Solarstrahlungder Solare Deckungsgrad:
fWärmebedar
zenergieSolare Nut
fWärmebedar
ergief-ZusatzenWärmebedarf
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ENERGIESYSTEME 1. TEIL
SOLARSYSTEME ZUR GEWINNUNG VON THERMISCHER ENERGIE
Simulation von Kollektor-Leistungserträgen - f-chart-Methode
L
ΔtTkFF
fWärmebedar
steWärmeverluX uegesRK
L
ατΔtiFF
fWärmebedar
meaufnahmesolare WärY
glRK
t = Zeitintervall
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ENERGIESYSTEME 1. TEIL
SOLARSYSTEME ZUR GEWINNUNG VON THERMISCHER ENERGIE
Energiekosten bei Solaranlagen
Barwertmethode
n Jahren K0 - ursprüngliches Kapitalz - Zinsfuß Kn - Endwert
nn zKK 10
BWK
z
KK nn
n
1
0
nni/z
KK
11
10
i
z-i
i
zz'
1
11
1
izz'
BW - Barwertfaktor
mit Inflation: i -Inflationsrate
der effektive Jahreszins:
Bei geringeren Inflationsraten:
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ENERGIESYSTEME 1. TEIL
SOLARSYSTEME ZUR GEWINNUNG VON THERMISCHER ENERGIE
Energiekosten bei Solaranlagen
......
z
K
z
K
z
KK E/aE/aE/a
E
32 111
KE/a - Energiegewinn oder Energieerlös pro Jahr
der Barwert:
der mindest jährliche Energieerlös, der für eine wirtschaftliche Kapitalinvestition K0 erzielt werden muss:
0,
110min0
z
z
zK)(KKK nE/aE
nE/a
z
z
K
)(Ka
110
min
der Annuitätsfaktor:
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ENERGIESYSTEME 1. TEIL
SOLARSYSTEME ZUR GEWINNUNG VON THERMISCHER ENERGIE
Energiekosten bei Solaranlagen
zan
lim
zan %1001
p=12%/a
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ENERGIESYSTEME 1. TEIL
SOLARSYSTEME ZUR GEWINNUNG VON THERMISCHER ENERGIE
Energiekosten bei Solaranlagen
1
1111
1110 z
z/ir
z/e
ze
K
Ka
n
nE/a
€/kWh,,
E
aKk
a/FE 170
600
1058,10220
r - Rate von Reparatur- und Wartungsarbeitene - Rate der Energiepreissteigerung
der Mindestenergieerlös pro aufgewendetem Kapital:
Beispiel:
Ea/F=600 kWh/m2a
K0 =1022,58 €/m2
a = 10 %
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ENERGIESYSTEME 1. TEIL
SOLARSYSTEME ZUR GEWINNUNG VON THERMISCHER ENERGIE
(1/3) für Kollektoren(1/3) für Speicher- und Kreislaufkomponenten(1/3) für Planungsaufwand und kaufmännische Kosten
Energiekosten bei Solaranlagen
500 €/m2
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ENERGIESYSTEME 1. TEIL
SOLARSYSTEME ZUR GEWINNUNG VON THERMISCHER ENERGIE
Betriebsergebnisse