Mathematische Modellierung und experimentelle Prüfung von Warmwasserspeichern für Solaranlagen

Warmwasserspeicher werden heute in nahezu jeder haustechnischen Anlage eingesetzt, die mit Wasser als Wärmeträgerfluid betrieben wird. Der Einsatz von Speichern in wärmetechnischen Anlagen ist erforderlich, um die zeitlichen Differenzen zwischen der angebotenen und benötigten Wärmeleistung auszugleichen. Der Speicher stellt somit das Zentrum für die Sammlung, Speicherung und Verteilung der Energie dar. Bei thermischen Solaranlagen ist der Einfluss des Speichers auf die Leistungsfähigkeit der Gesamtanlage deutlich stärker ausgeprägt als bei konventionellen Heizungsanlagen. Ursächlich hierfür ist primär, dass die von den Sonnenkollektoren gelieferte Wärmeleistung geringer ist und größere zeitliche Schwankungen aufweist als die Wärmeleistung eines konventionellen Öloder Gaskessels. In einer Solaranlage stellt der Speicher daher gemeinsam mit dem Sonnenkollektor die wichtigste Komponente dar. Für die weitere Optimierung und die Prüfung von Solaranlagen ist es erforderlich, das thermische Verhalten von Warmwasserspeichern mathematisch beschreiben zu können. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich daher mit der mathematischen Modellierung und der experimentellen Prüfung von Warmwasserspeichern für den Einsatz in Solaranlagen. Hierzu wird das Rechenmodell MULTIPORT für Warmwasserspeicher weiterentwickelt und ein neues Verfahren für ihre thermische Prüfung vorgestellt. Die hierbei hergeleiteten Modellierungsansätze sowie das entwickelte Prüfverfahren sind prinzipiell auch für Warmwasserspeicher gültig, die in konventionellen Heizungs- bzw. Trinkwassererwärmungsanlagen eingesetzt werden.