Was sind Fluide und wie werden sie in Polysun verwendet?
Polysun wurde so konzipiert, dass ein beliebiger Aufbau von Solarsystemen anhand von vorgegebenen Komponenten möglich ist. Als erster Schritt der Simulation muss deshalb der Aufbau einer Anlage analysiert werden. Dazu werden der Reihe nach zuerst die Fluiddomänen identifiziert, und danach die Fluidkreisläufe.
Definition: Als Fluid bezeichnet man die Flüssigkeit, welche die Komponenten durchströmt und Energie transportiert. Da das Fluid oft verschiedene Stoffe enthält, gibt es in Polysun den Basisfluid-Katalog mit den reinen Stoffen (wie z.B. Wasser, Ethylenglykol, Propylenglykol), sowie den Fluidmischung-Katalog mit den in Realität verwendeten Flüssigkeiten (wie z.B. Trinkwasser, Ethylenmischung, Propylenmischung).
Definition: Eine Fluiddomäne ist ein zusammenhängender, hydraulischer Bereich mit einem gemeinsamen Fluid. Eine Anlage besteht typischerweise aus mehreren Fluiddomänen. Die zu einer Fluiddomäne gehörenden Anlagekomponenten werden von demselben Fluid durchflossen.
Definition: Eine Fluiddomäne besteht aus einem oder mehreren Fluidkreisläufen. In einem Fluidkreislauf hat es immer genau einen Durchflusserzeuger. Resultate werden für Fluidkreisläufe ermittelt (nicht für Fluiddomänen).
Die klimatischen Gegebenheiten in Mitteleuropa machen es erforderlich, dass Solaranlagen auch Minustemperaturen standhalten müssen. Dies verunmöglicht es z.B., dass im Kollektor das benötigte Warmwasser direkt erzeugt wird. Wenn reines Leitungswasser im Kollektor gefriert, zerstört es durch seine Ausdehnung den Kollektor. Normales Leitungswasser hat zudem den Nachteil, dass der Kollektor mit der Zeit verkalken würde.
Um das Wärmeträgerfluid für die genannten Anforderungen tauglich zu machen, wird normales Wasser mit einem gewissen Anteil Glykol vermischt. Es wird dafür in vielen Fällen Ethylenglykol (z.B. Antifrogen L) oder Propylenglykol (z.B. Antifrogen N) als Frostschutzmittel verwendet. Da das Fluid in einem geschlossenen Kreis zirkuliert, ist das Verkalkungsproblem nicht akut. Beim Mischungsverhältnis sind verschiedene Gesichtspunkte zu beachten:
- Die Wärmekapazität des Fluids nimmt mit zunehmender Glykolkonzentration ab
- Die Zähigkeit erhöht sich bei höherem Glykolanteil (Problem des Druckverlustes)
- Der Gefrierpunkt sinkt mit zunehmendem Glykolanteil
- Der Siedepunkt steigt mit zunehmendem Glykolanteil
- Mögliche chemische Prozesse, speziell bei Übergängen verschiedener Metalle, müssen berücksichtigt werden
- Die Hitzebeständigkeit der Fluids ist zu beachten
Ab einer gewissen Konzentration verursacht gefrierendes Fluid keine Probleme mehr, da es nicht mehr wie Eis (kristallin) gefriert, sondern eine sulzig-körnigeStruktur erhält. Es kann keine Sprengwirkung mehr entfalten. Ab einem Volumenanteil von 33 % (Propylenglykol), bzw. 38 % (Ethylenglykol) triff der erwähnte Effekt ein. In Polysun kann die Glykolkonzentration definiert werden.
