Plattenwärmetauscher Auslegung
Ein zentraler Bestandteil vieler thermischer Systeme sind Plattenwärmetauscher, die für einen effizienten Wärmeübergang zwischen verschiedenen Medien sorgen. Polysun unterstützt bei der präzisen Auslegung von Plattenwärmetauschern, indem es wichtige Parameter wie Übertragungsfläche, Materialeigenschaften und Strömungsverhältnisse berücksichtigt.
Die Plattenwärmetauscher Auslegung in Polysun hilft dabei, die optimale Größe und Konfiguration des Wärmetauschers zu bestimmen, um die gewünschte Leistung bei minimalen Verlusten und Druckabfällen zu erreichen. Dadurch können Planer Kosten sparen, die Betriebssicherheit erhöhen und die Energieeffizienz des Gesamtsystems steigern.
Dank der flexiblen Modellierungsmöglichkeiten in Polysun lassen sich sowohl interne als auch externe Wärmetauscher realistisch abbilden und in verschiedensten Anlagentypen integrieren. Dies bietet Anwendern eine solide Grundlage für fundierte technische Entscheidungen und wirtschaftliche Planungen.
Auslegung mit Komponente Plattenwärmetauscher
In Polysun stehen bei gewissen Anlagetypen interne, bei anderen externe Wärmetauscher zur Verfügung. Spezifische Plattenwärmetauschmodelle einzelner Hersteller können aus einem umfangreichen Katalog ausgewählt und simuliert werden.
Die Übertragungsrate des Wärmetauschers ist umso besser, je grösser die Übertragungsfläche ist (d.h. die „Gesamttauscherfläche“), je dünner die Wandstärke des Rohres ist und je grösser die Leitfähigkeit des Materials ist, aus dem das Wärmetauscherrohr besteht. Schliesslich spielt es auch eine Rolle, wie hoch die Strömungsgeschwindigkeit im Rohr ist. Diese hängt von der Durchflussrate ab. Die Zahl der „parallel durchströmten Schlangen“ gibt an, wie viele Wärmetauscher parallel (z.B. ineinander angeordnet) benutzt werden.
Beim externen Wärmetauscher kann wahlweise eine „Fixe Einlasshöhe“ oder eine „Variable Einlasshöhe“ (d.h. eine Schichtlanze) verwendet werden. Es lässt sich sowohl das untere wie das obere Ende der Schichtlanze definieren. Interessanterweise liegt das Optimum bei der Höhe der Schichtlanze nicht bei der obersten Schicht, sondern auf etwa ¾ der Speicherhöhe. Dies bewirkt, dass im oberen Bereich des Speichers keine „perfekte“ Schichtung vorliegt, dafür aber die Wärmeverluste am oberen Deckel nicht so gross sind. Die Schichtlanze sollte aber mindestens bis in den Bereich eines Tagesbedarfes reichen.
Die Wärmedurchgangsrate k [W/(m2*K)] mal die Übertragungsfläche A [m2] ergibt die Wärmeübertragungsrate des Wärmetauschers. Diese liegt in der Grössenordnung von einigen Tausend W/K. Die Grösse DT gibt an, wie gross die Temperaturdifferenz zwischen dem kollektor- und speicherseitigen, warmen Wasser ist (sein müsste), um die abgeführte Leistungsdichte von 500 W/m2 mit dem Wärmetauscher auf den Speicher zu übertragen. Diese Grösse hängt von der Übertragungsrate und der Kollektorfläche ab.
Der Volumenstrom auf der Kollektorseite lässt sich durch die Durchflussrate bestimmen. Der Volumenstrom auf der Speicherseite ist dadurch bestimmt, dass der Kapazitätsstrom (= Durchsatz mal Wärmekapazität des Fluids) auf beiden Seiten des Wärmtetauschers derselbe ist. Falls im Kollektorkreis ein Glykolgemisch verwendet wird, im Speicher aber nur Wasser, sind die beiden Volumenströme nicht gleich.
Wärmetauscher verbraucherseitig
Wenn auf der Seite des Warmwasserverbrauches ein Wärmetauscher (WT) eingesetzt wird, geht es bei der Plattenwärmetauscher Auslegung nicht nur darum, dass die Wärme möglichst effizient übertragen wird, sondern auch, die gewünschte Wassertemperatur zu erreichen. Dazu ist eine Regelung der Pumpe auf der Speicherseite des Wärmetauschers vorgesehen. Diese ist so gesteuert, dass auf der Verbraucherseite gerade die gewünschte Wassertemperatur erzielt wird.
Die Temperatur, die oben im Speicher vorliegen muss, um die gewünschte Warmwassertemperatur erreichen zu können, wird in der untersten Zeile des Dialoges als „Minimal nötige Speichertemperatur“ angegeben. Sie hängt von der Kalt- und Warmwassertemperatur, der Übertragungsrate und dem Nenndurchsatz ab. Der Nenndurchsatz gibt an, welche Menge Warmwasser pro Zeiteinheit im Maximum bezogen wird. Auch die entsprechende „Entnahmeleistung“ wird angegeben.
Welche Medien (Primär- und Sekundärseite) kann ich mit einem Plattenwärmetauscher in Polysun verwenden?
Bei der Plattenwärmetauscher Auslegung können in Polysun verschiedene Medien wie Wasser, Sole oder Frostschutzmittel berücksichtigt werden. Die Software bezieht automatisch die physikalischen Eigenschaften wie Dichte, Wärmekapazität und Viskosität in die Berechnung ein.
Welcher Volumenstrom ist erforderlich?
Für die Plattenwärmetauscher Auslegung wird der Volumenstrom aus der geforderten Leistung und der Temperaturspreizung berechnet. Ein höherer Volumenstrom steigert die Wärmeübertragung, erhöht jedoch auch den Druckverlust und damit den Pumpenaufwand.
Wie wähle ich die Austauschfläche und den Wärmeübertragungskoeffizienten?
Die erforderliche Austauschfläche richtet sich nach dem Wärmeübertragungskoeffizienten (k-Wert), der vom Medium, Strömungsgeschwindigkeit und Plattengeometrie abhängt. Polysun stellt dafür vordefinierte Kennwerte bereit und berücksichtigt auch Sicherheitsaufschläge für realistische Betriebsbedingungen.
Welche Normen und Sicherheitsfaktoren sind zu beachten?
Für Plattenwärmetauscher gelten unter anderem EN 1148 und ISO 9001 Qualitätsrichtlinien sowie Druckgeräteverordnungen (PED). Bei der Auslegung wird häufig ein Sicherheitszuschlag von 10 % – 20 % eingeplant, um Unsicherheiten bei Lastschwankungen oder Alterung auszugleichen.
Wie berücksichtige ich Teillastbetrieb und variable Lastprofile?
Plattenwärmetauscher arbeiten auch im Teillastbetrieb effizient, solange Volumenstrom und Temperaturspreizung angepasst werden. In Polysun lassen sich variable Lastprofile simulieren, um die Performance bei unterschiedlichen Betriebszuständen zuverlässig zu bewerten.