EBSILON®Professional Online Dokumentation
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Leitungsanschlüsse |
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Fluid Eintritt |
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Fluid Austritt |
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Logikverbindung zum Heliostatenfeld (Bauteil 121) |
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Allgemeines Vorgabewerte Verwendete Physik Kennlinien Bauteilform Beispiel
Im Solar-Receiver wird der Wärmestrom, der an der Aperturfläche ankommt, in einen in das Wärmeträgermedium gelenkten Wärmestrom überführt. Dort wird die Wärme genutzt, um die Temperatur des Mediums oder, im Falle eines Receivers mit Wasser/Dampf als Arbeitsmedium, den Dampfanteil zu steigern. Auf dem Weg von der Apertur zum Medium kommt es zu einigen optischen Verlusten sowie Wärmeverlusten. Diese werden im Receiverbauteil modelliert.
Es steht dem Anwender frei, die Wärme-Randbedingungen der Schaltung durch Angabe geeigneter Werte auf den angeschlossenen Leitungen (zwei Größen von m , Tin und Tout) zu bestimmen.
Die effektive Wärme (in kW),
die an das Medium übertragen wird, wird bestimmt durch
mit den Wärmeverlusten, die sich aus optischen, konvektiven und Strahlungsverlusten zusammensetzen,
Die optischen Verluste hängen nicht von der Temperatur des Receivers ab; bei konvektiven und Strahlungsverlusten ist dies jedoch der Fall.
Die Schaltung bietet dem Anwender verschiedene Möglichkeiten, die Receiververluste zu beschreiben:
• Konstanter Wärmeverlust (Schalter FHLOSS=0)
• Konstante Temperatur des Receivers (Schalter FHLOSS=1)
• Variable Temperatur des Receivers (Schalter FHLOSS=2)
• Benutzerdefinierte Funktion für Gesamtverluste (Schalter FHLOSS=3)
• Benutzerdefinierte Funktion für alle drei Verlust-Terme (Schalter FHLOSS=)
• Tabellenbasierte Werte für Gesamtwirkungsgrad (FHLOSS=5)
Optische Verluste
Die optischen Verluste werden aus dem konstanten optischen Wirkungsgrad ηopt bestimmt als
Das spiegelt die Umsetzung für die Optionen FHLOSS=0, 1, and 2 wider. Falls nur ein Gesamtverlust-Term berechnet wird (FHLOSS=3, 5), werden die optischen Verluste auf 0 gesetzt. Für FHLOSS=4 muss eine Formel zur Berechnung von vom Anwender geliefert werden.
Konvektive Verluste
Für die Option „Konstante Wärmeverluste“ (FHLOSS=0) werden die konvektiven Wärmeverluste berechnet durch
mit einem konstanten flächenspezifischen Wärmeverlust und der Aperturfläche Arec.
Für Optionen 2 und 3 (FHLOSS=2, 3) werden die konvektiven Verluste bestimmt als Funktion einer mittleren Receivertemperatur Trec und einem konstanten Wärmeübergangskoeffizient Alpha ,
Die Receivertemperatur wird entweder auf einen konstanten Wert gesetzt (FHLOSS=2) oder aus der entsprechenden Temperatur des Mediums berechnet, das in den Receiver eintritt, Tin, oder aus ihm austritt, Tout.
Ein Gewichtungsfaktor k für die Temperaturen erlaubt, jegliche repräsentative Temperatur zwischen Eintritt und Austritt zu definieren. Eine Übertemperatur der äußeren Oberfläche der Wand des Receivers kann mit einer Wandübertemperatur bei Volllast ausgedrückt werden, 
.
Für Option 4 (FHLOSS=4) bestimmt eine benutzerdefinierte Funktion den konvektiven Wärmeverlust. Für Optionen 3 und 5 (FHLOSS=3, 5) wird nur der Gesamtverlust dargestellt, entweder durch eine benutzerdefinierte Funktion (FHLOSS=3) oder einen Gesamtwirkungsgradansatz
durch Tabelleninterpolation (FHLOSS=5). In beiden Fällen wird der konvektive Verlust-Term benutzt, um den Gesamtverlust des Receivers darzustellen.
Mit einer zusätzlichen benutzerdefinierten Funktion kann die Auswirkung des Windes auf die konvektiven Verluste dargestellt werden.
Strahlungsverluste
Wie bei den konvektiven Wärmeverlusten können die Strahlungsverluste mittels einer mittleren Receivertemperatur Trec ausgedrückt werden,
mit der durch den Anwender und die Stefan Boltzmann Konstante Sigma definierten Emissivität Epsilon . Bitte beachten Sie, dass die Temperatur in EBSILON®Professional normalerweise in °C angegeben wird und für diese Berechnung in K umgewandelt werden muss. Die Receivertemperatur ist entweder konstant (FHLOSS=1) oder abhängig von der Eintritts- und Austrittstemperatur wie oben beschrieben (FHLOSS=2). Für die Optionen FHLOSS=0, 3, und 5 werden die Strahlungsverluste auf Null gesetzt, da sie nicht explizit berücksichtigt werden. Bei Option FHLOSS=4 muss der Anwender eine Funktion für den Strahlungswärmeverlust-Term liefern.
Druckverlust im Receiver
Die bei EBSILON®Professional übliche Behandlung des Druckverlusts wird auch bei diesem Bauteil verwendet. Der Anwender legt einen Sollwert fest und hat verschiedene Möglichkeiten, die Teillast-Druckverluste zu bestimmen.
Interaktion zwischen Feld und Receiver
Es ist wichtig zu verstehen, dass die Wirkungsgradmatrix des Heliostatenfelds nur für eine Konfiguration gültig ist. Eine Konfiguration wird bestimmt durch die Position und Parameter aller Heliostaten im Feld, den Standort und die Aperturfläche des Receivers. Selbst eine vergrößerte, geometrisch gleiche Konfiguration wird einen niedrigeren Feldwirkungsgrad haben, da die Abstände und somit die Abschwächung der reflektierten Strahlen größer ist. Soll die Anlage an einem anderen Ort aufgebaut werden, sollte ein neues Heliostatenfeld ausgelegt werden, da die optimale Konfiguration des Heliostatenfelds sich auf irgendeine Art unterscheiden wird.
Um Fehler seitens des Anwenders auszuschließen, werden alle relevanten geometrischen Daten für einen spezifischen Feld-Aufbau an einem einzigen Ort gespeichert. Das beinhaltet die gesamte reflektierende Fläche des Heliostatenfelds Arefl , Receiverhöhe, Receiverradius, Receiversichtwinkel, Receiverneigung, Receiverform (rund, rechteckig, zylindrisch, verkürzt), Receiverapertur Arec (aus den obigen Größen errechnet) und Turmhöhe.
Diese Variablen werden im Heliostaten-Bauteil gespeichert und über eine Verbindungsleitung im Receiver-Bauteil verfügbar gemacht. Die Verbindungsleitung dazwischen wird auch genutzt, um innerhalb des Heliostatenfeldmodells auf einige thermodynamische Größen des Receivers zuzugreifen. Diese werden im Heliostatenfeldmodell benutzt, um einen geeigneten Fokuszustand zu ermitteln.
| FSPEC |
Vorgaben für Massenstrom und Temperaturen Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Massenstrom und eine Temperatur gegeben, die andere Temperatur wird berechnet |
| FHLOSS |
Schalter für Wärmeverlust-Modell Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Konstanter Wärmeverlust Hinweis: Wenn die Option FHLOSS = 0 oder 1 ausgewählt wird, wird der Einfluss der Fluidtemperaturen auf die Wärme nicht berücksichtigt. |
| ETAOPT | Optischer Wirkungsgrad |
| QALOSS | Apertur-spezifischer Wärmeverlust (nur für FHLOSS=0) |
| EMIS | Emissivität der Receiver-Oberfläche |
| ALPHA | Konvektiver Wärmeverlustkoeffizient |
| TREC | Receiver -Temperatur |
| K | Gewichtsfaktor |
| DTWDES | Auslegungs-Wandtemperaturdifferenz |
| EQLOSS | Anpassungsfunktion für alle Verluste a,b,c |
| EQLOSSOP | Anpassungsfunktion a für optische Verluste EQLOSSOP=f(...) |
| EQLOSSCO | Anpassungsfunktion b für konvektive Verluste EQLOSSCO=f(...) |
| EQLOSSRA | Anpassungsfunktion c für Strahlungsverluste EQLOSSRA=f(...) |
| FWIND | Methode zur Berechnung des Windeinflusses Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: gegeben durch konstanten Faktor CORWIND =1: Anpassungsfunktion EWIND |
| CORWIND | Faktor für zusätzliche konvektive Verluste durch Wind |
| EWIND |
Anpassungsfunktion für Windeinfluss
(Ergebnis ist ein Faktor für den konvektiven Wärmeverlust) |
| FMODE |
Schalter für Berechnungsmodus (Auslegung / Teillast) Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: GLOBAL |
| DP12N | Nominaler Druckabfall (dieser Wert wird verwendet wenn FDP12N=0) |
| FDP12PL |
Methode zur Berechnung des Druckverlustes in Teillast: Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Abhängig von Massenstrom |
| EDP12PL | Anpassungsfunktion (für FDP12PL=4) Teillast-Druckverlust (DP12/DP12N=EDP12PL(M1/M1N) |
| FQINC |
Definition der eingestrahlten Leistung Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Aus angeschlossenem Heliostatenfeldmodul (121) übernommen =1: Durch Parameter vorgegeben (für Testzwecke) |
| QINC | Eingestrahlte Leistung auf Receiver-Apertur AREC |
| FSTAMB |
Definition der Umgebungstemperatur
Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) |
| TAMB | Umgebungstemperatur (dieser Wert wird verwendet wenn FSTAMB=0) |
| FSWIND |
Definition der Windgeschwindigkeit und Windrichtung
Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) =0: Durch Parameter VWIND und AWIND gegeben |
| VWIND | Windgeschwindigkeit (>0, dieser Wert wird verwendet wenn FSWIND=0) |
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AWIND |
Windrichtung (von Süd nach Nord=0° positiv in östlicher Richtung, Werte im Bereich von 0..360°, dieser Wert wird verwendet wenn FSWIND=0) |
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ISUN |
Index des Referenz-Solardatenbauteils |
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M1N |
Massenstrom (nominal) |
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V1N |
Spezifisches Volumen an Punkt 1 (nominal) |
Die blau markierten Parameter sind Referenzgrößen für den Teillastmodus. Die Ist-Teillastwerte beziehen sich in den verwendeten Gleichungen auf diese Größen.
Generell sind alle sichtbaren Eingaben erforderlich. Häufig werden jedoch Standardwerte zur Verfügung gestellt.
Für weitere Informationen über die Farbe der Eingabefelder und ihre Beschreibungen siehe Komponenten bearbeiten\Vorgabewerte
Für weitere Informationen über Auslegung vs. Teillast und Nominalwerte siehe Allgemeines\Nominalwerte übernehmen
| RQINC | Eingestrahlte Leistung auf die Receiverapertur AREC |
| RQAINC | Spezifische eingestrahlte Leistung auf Receiver (RQINC/AREC) |
| QLOSS | Gesamtverlust im Receiver |
| QALOSS | Spezifischer Gesamtverlust des Receivers (QLOSS/AREC) |
| RQLOSSCO | Thermische Verluste des Receivers (Konvektion) |
| RQLOSSRA | Thermische Verluste des Receivers (Strahlung) |
| RQLOSSOP | Optische Verluste des Receivers |
| RQEFF | Vom Fluid aufgenommene Wärme |
| ETAREC | Receiver-Wirkungsgrad (RQEFF/RQINC) |
| RTREC | Effektive Receivertemperatur (wenn FHLOSS=1,[2],[3],[4]) |
| DTW | Wandtemperaturdifferenz (wenn FHLOSS=2,[3],[4]) |
| DP12 | Druckverlust |
| RVWIND | In der Berechnung verwendete Windgeschwindigkeit |
| RAWIND | In der Berechnung verwendete Windrichtung |
| SCONV | Verwendeter Korrekturfaktor für Windeinfluss |
| RTAMB | Verwendete Umgebungstemperatur |
| AREC | Receiver-Aperturfläche (durch Heliostatenfeld-Matrix bestimmt) |
| RECELEV | Höhe des Receivers über dem Erdboden |
| FRECFORM | Form des Receivers |
| RECDIAM | Receiverdurchmesser / Weite / Basisdurchmesser |
| RECHEI | Receiverhöhe / Durchmesser / Kantenlänge / Länge der Mantellinie |
| RECTILT | Receiver-Neigungswinkel |
| RECVIEW | Receiver-Sichtwinkel |
| QINCDES | Auslegungs-Intercept-Leistung (vom Heliostatenfeld übernommen) |
Der effektive Wärmeeintrag in das Fluid ist gegeben mit:
| M1*(H2-H1) = RQEFF . |
Der effektive Wärmeeintrag QEFF hängt von der eingestrahlten Leistung QINC und den Verlusten am Receiver ab.
| RQEFF = RQINC - RQLOSS |
Der Gesamtwärmeverlust RQLOSS setzt sich aus drei einzelnen Termen zusammen:
| RQLOSS = RQLOSSOP + RQLOSSCO + RQLOSSRA |
mit
| RQLOSSOP | Optische Verluste (hängen nicht von der Temperatur ab) |
| RQLOSSCO | Konvektive Wärmeverluste |
| RQLOSSRA | Wärmeverluste durch Strahlung |
Der Anwender kann zwischen mehreren Möglichkeiten zur Berechnung der einzelnen Verlustterme wählen. Diese werden in den folgenden Abschnitten aufgeführt.
FHLOSS=0: Konstanter Wärmeverlust
Ein konstanter Wärmeverlust wird für den Absorber mittels Parameter QALOSS vorgegeben. Es wird in diesem Fall nicht zwischen konvektiven Wärmeverlusten und Wärmeverlusten durch Strahlung unterschieden.
| RQLOSSOP | = (1-ETAOPT) * QINC |
| RQLOSSCO | = SCONV * QALOSS * AREC |
| RQLOSSRA | = 0 |
FHLOSS=1: Konstante Receivertemperatur TREC
Strahlungs- (RQLOSSRA) und konvektive (RQLOSSCO) Wärmeverluste werden aus einer vorgegebenen Receivertemperatur TREC berechnet.
| RQLOSSOP | = (1-ETAOPT) * QINC |
| RQLOSSCO | = SCONV * ALPHA * (RTREC - RTAMB) * AREC * 0.001 (W-> kW Umrechnung!) |
| RQLOSSRA |
=EMIS * SIGMA * ( (RTREC+273.15)**4 - (RTAMB+273.15)**4) * AREC * 0.001 (W-> kW Umrechnung!)
mit RTREC = TREC SIGMA = 5.6704 E-8 W/(m2K4) (Stefan-Boltzmann Konstante) |
FHLOSS=2: Variable Receivertemperatur
Diese Variante ist ähnlich wie FHLOSS=1, aber die Receivertemperatur wird durch die Ein- (T1) und Austrittstemperaturen (T2) des Fluids am Receiver definiert. Der Anwender hat die Möglichkeit, die Gewichtung zwischen Ein- und Austrittstemperatur mittels Parameter K festzulegen. Zusätzlich wird eine lastabhängige Temperatur über die Receiverwand addiert. Der Anwender muss hierfür die Auslegungs-Temperaturdifferenz DTWDES sowie die Auslegungseinfallleistung QINCDES (gesperrter Vorgabewert) vorgeben.
| RQLOSSOP | = (1-ETAOPT) * QINC |
| RQLOSSCO | = SCONV * ALPHA * (RTREC - RTAMB) * AREC * 0.001 (W-> kW Umrechnung!) |
| RQLOSSRA |
=EMIS * SIGMA * ( (RTREC+273.15)**4 - (RTAMB+273.15)**4) * AREC * 0.001 (W-> kW Umrechnung!) mit RTREC = TREC |
FHLOSS=3: Anpassungsfunktion für Gesamtverluste
Der Anwender hat außerdem die Möglichkeit, eine Anpassungsfunktion für die gesamten Receiververluste (einschließlich der optischen Verluste) zu definieren. Diese Option ist für Anwender bestimmt, die ein eher umfangreicheres Receiververlustmodell mit starken Abhängigkeiten zwischen den einzelnen Verlusttermen haben wollen.
| RQLOSSOP | = 0 |
| RQLOSSCO | = SCONV * EQLOSS() |
| RQLOSSRA | = 0 |
FHLOSS=4: Individuelle Anpassungsfunktionen für Verluste
Es ist dem Anwender ebenfalls möglich, individuelle Anpassungsfunktionen für die drei Verlustterme bereitzustellen. Dies ist nützlich, wenn die drei einzelnen Terme eher unabhängig von einander berechnet werden können.
| RQLOSSOP | = EQLOSSOP() |
| RQLOSSCO | = SCONV * EQLOSSCO() |
| RQLOSSRA | = EQLOSSRA() |
FHLOSS=5: Kennlinienbasierte Werte für den Gesamtwirkungsgrad
Diese Variante ist gedacht für Anwender, die eine lastabhängige Kennlinie für den Wirkungsgrad des Receivers kennen.
| RQLOSSOP | = 0 |
| RQLOSSCO | = SCONV * CQLOSS * QINC |
| RQLOSSRA |
= 0
mit CQLOSS = CQLOSS (QINC/QINCDES) |
Die thermischen Verluste am Receiver können durch Wind zunehmen (erzwungene Konvektion). Ein Faktor SCONV ist in das Modell eingebaut, um den erhöhten konvektiven Wärmeverlust RQLOSSCO zu modellieren. Der Faktor SCONV wird berechnet als:
| FWIND=0: | SCONV = CORWIND |
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FWIND=1: |
SCONV=CORWIND*EWIND
(Der Einfluss des Windes kann in einer Anpassungsfunktion EWIND modelliert werden, Standard ist EWIND = 1) |
mit CORWIND als einem Parameter >=1 und EWIND als Anpassungsfunktion mit einem Ergebniswert >=1.
Die bei EBSILON®Professional übliche Behandlung des Druckverlusts wird auch bei diesem Bauteil verwendet. Der Anwender gibt einen Nominalwert vor und hat verschiedene Möglichkeiten, die Teillast-Druckverluste zu bestimmen.
Der nominale Druckverlust muss durch den Anwender mittels des Parameters DP12N vorgegeben werden.
Der Anwender hat folgende Möglichkeiten für die Berechnung des Drucks im Teillastfall:
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FDP12PL=0: |
Abhängigkeit vom Massenstrom (bezogen auf die Nominalwerte) |
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FDP12PL=1: |
Abhängigkeit vom Massen- und Volumenstrom (bezogen auf die Nominalwerte) |
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FDP12PL=2: |
Konstant bei Nominalwert |
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FDP12PL=3: |
Kennlinienbasierte Werte CDP12PL: DP12/DP12N=CDP12PL(M1/M1N) |
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FDP12PL=4: |
Anpassungsfunktion EDP12PL: (DP12/DP12N=EDP12PL(M1/M1N) |
CD12PL: Druckverlust-Kennlinie
DP12/DP12N = f(M1/M1N)
CQLOSS: Wärmeverlust-Kennlinie
QLOSS/QINC = f(QINC/QINCDES)
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Form 1 |
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