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Allgemeines zu Luftkollektoren

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Allgemeines zu Luftkollektoren

Bauarten von Luftkollektoren
Aufgrund der geringeren Wärmekapazität von Luft gegenüber Wasser, kommt der Luftführung bei Luftkollektoren eine erhebliche Bedeutung zu. Denn durch diese kann sowohl die Wärmeübertragung vom Absorber auf die Luft, als auch die Wärmeverluste an die Umgebung erheblich beeinflusst werden. Deshalb ist die Luftführung, bezogen auf den Absorber, neben anderem, ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal von solaren Luftkollektoren.
Eine Auswahl der verschiedenen Bauarten von Luftkollektoren ist in der nachfolgenden Abbildung dargestellt. Es läßt sich erkennen, dass zwischen Luftkollektoren mit überströmten, unterströmten, umströmten und durchströmten Absorbern unterschieden wird.



Der Luftkollektor mit überströmtem Absorber hebt sich im Vergleich zu den Luftkollektoren mit unterströmten und umströmten Absorbern durch seinen sehr einfachen Aufbau hervor, da bei den zuletzt genannten Kollektortypen zwei Luftkanäle realisiert werden müssen. Gegen den Luftkollektor mit überströmten Absorber sprechen die höheren frontseitigen Wärmeverluste, die Nachteile der Staubablagerung auf der Absorberoberfläche (geringere Wärmeaufnahme des Absorbers) und die Gefahr der Kondensation der Luftfeuchte an der Unterseite der Abdeckung. Diese Problematik besteht aber ebenfalls bei dem Luftkollektor mit umströmten Absorber. Da hier aber ein Verdoppelung der Wärmeübertragungsfläche am Absorber vorhanden ist, liegt der Wirkungsgrad verständlicherweise höher als bei einem Luftkollektor mit überströmtem Absorber. Die großen Vorteile der Luftkollektoren mit unterströmtem Absorber liegen darin, dass diese Effekte zum Teil verschwinden (Staubablagerung), erheblich verkleinert werden (Kondensation) und die frontseitigen Wärmeverluste vermindert werden, da die bewegte Luft nicht mit der Abdeckung in Kontakt tritt. Aus diesen Gründen ist der Luftkollektor mit unterströmtem Absorber auch die verbreitetste Kollektorbauweise. Bei den Weiterentwicklungen des Luftkollektors mit unterströmtem Absorber (z.B. berippte, gewellte, V-förmige Absorber) werden zwar bessere Wärmeübertragungen erreicht, aber es werden auch die Strömungsdruckverluste, die bei keiner Bauart zu vernachlässigen sind, erhöht. Bei gleichen Abmessungen und Strömungsgeschwindigkeiten zu der Urform des Luftkollektors mit unterströmten Absorber sind deshalb die Lüfterleistungen zur Überwindung des Strömungsdruckverlust höher, was wiederum die Leistung des Kollektors verringert. Trotzdem liegen die Wirkungsgrade dieser Kollektortypen über den Wirkungsgraden der Luftkollektoren mit überströmten Absorbern.
Ein höheren Wirkungsgrad wird bei Luftkollektoren mit durchströmten Absorbern erreicht. Wegen der Vergrößerung der für den Wärmeübergang effektiven Fläche wird ein nahezu optimaler Wärmeübergang erreicht. Weiterhin strömt die Warmluft im allgemeinen unterhalb des Absorbers, welches die frontseitigen Wärmeverluste gering hält. Der Nachteil dieser Kollektorvarianten liegen in dem höheren Strömungswiderstand beim Durchströmen der Luft, bei der Schwierigkeit eine homogene Durchströmung zu realisieren und der Gefahr, dass sich durch Schmutzteile der Absorber verstopft.
Bei allen Kollektorvarianten können durch einen vermehrten technischen Aufwand die bestimmenden frontseitigen Verluste verringert werden. Durch die Verwendung mehrere Abdeckungen, selektive Beschichtungen oder transparente Wärmedämmung besteht die Möglichkeit, die Verluste des Kollektors gegenüber der Umgebung zu verringern und somit den Wirkungsgrad des Luftkollektors gesamthaft zu erhöhen.
Neu auf dem Markt ist ein Vakuum-Luftkollektor. Dieser soll Temperaturen über 100 °C erreichen können.

Gelegentlich werden Luftkollektoren mit großen Flächen benötigt. Diese werden oft individuell entworfen und gebaut.

Neben den bisher beschriebenen so genannten abgedeckten Luftkollektoren - sie besitzen an der Oberseite eine transparente Abdeckung, gibt es auch nicht abgedeckte Luftkollektoren. Zu diesem Punkt erhalten Sie in Kürze an dieser Stelle weitere Informationen.

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Aufbau von Luftkollektoren
Laut Definition ist ein Solarkollektor ein Einrichtung, welche die Strahlungsenergie der Sonne absorbiert, in Wärme umwandelt und diese an einen durchströmenden Wärmeträger (z.B. Wasser, Luft) abgibt. Der grundsätzlichen Aufbau und die physikalischen Wärmetransporte eines Luftkollektors mit überströmten Absorber sind in der nachfolgenden Abbildung dargestellt.


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