Projekt Energie

18.02.2021

Pufferwärmespeicher in Plattenform; 1

Im letzten Beitrag (Pufferwärmespeicher in Plattenform) wurde das Problem der Entladung eines plattenförmigen Pufferwärmespeichers erörtert. Ein ähnlich gelagertes Problem kann bei der Aufladung eines Pufferspeichers in Form einer dünnen Platte beobachtet werden, wobei die Richtung des Wärmestroms entgegengesetzt verläuft. Der vorliegende Beitrag widmet sich daher der Beschreibung des Wärmeaustausches zwischen einem solchen plattenförmigen Pufferspeicher (s. Abb. 1) der Dicke , der Höhe  sowie der Breite  und einer Kühlflüssigkeit in umgekehrter Richtung. Auch hierbei soll vorausgesetzt werden, dass die Platte aus einem Baustoff der Dichte  gefertigt wurde sowie die spezifische Wärmekapazität  und einen bestimmten Wärmeleitkoeffizienten  aufweist. Die flache äußere Oberfläche der Platte  wird von einer durchfließenden Flüssigkeit mit der Temperatur  und dem Wärmeübergangskoeffizient  aufgeheizt, alle anderen Außenflächen der Platte sind wärmeisoliert. Der Platte mit der Anfangstemperatur  wird ein Wärmestrom zugeführt. Wiederum kommt es in der Platte zu einer unbestimmten Wärmediffusion, deren Untersuchung zur Ausweisung eines Temperaturfelds innerhalb der Platte führt, wobei die Koordinate  senkrecht zur Fläche  verläuft, die anfangs eine adiabatische Zustandsänderung beschreibt, sowie der entsprechenden Zeit . Die Lösung der diese Diffusionsvorgänge beschreibenden Fourier-Gleichung erfüllt beide Grenzbedingungen, d.h. Ausgangs- sowie Rand- bzw. Rahmenbedingungen. Dieser unbestimmten Wärmediffusion widmen sich ausführlich die im Literaturverzeichnis genannten Fachbeiträge [1, 2, 3].

Vorliegender Beitrag widmet sich nunmehr vor allem der Aufladung des Wärmespeichers, also der Aufheizung der Platte bis zu einer entsprechenden hohen Temperatur. Bei der Dimensionierung des Wärmespeichers finden die gespeicherte Wärmemenge, der Wärmestrom sowie die für die Entladung des Speichers benötigte Zeit entsprechend Berücksichtigung.

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