Kategorie: Klärschlammtrocknung

Grundlagen der Effektivität der solaren Trocknung

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Grundlagen der Effektivität der

Solar-Trocknung in Verbindung mit Absolut-Feuchte geführter zyklischer Belüftung

1. Effektive direkte Nutzung der Sonneneinstrahlung

Die Solarfassade ist durch die direkte Umwandlung der Sonneneinstrahlung in Wärme nicht mit den Wirkungsgradverlusten eine PV- Anlage belastet. D. h., es entfällt

  • der Wandlungsverlust der Sonnenwärme in Elektroenergie,
  • sowie Wechselrichterverlust, Minderung der Leistung bei erhöhter Modultemperatur, usw. (Siehe Anhang)

Temperaturerhöhung durch

mehrstufige Lufterwärmung

  • Die Luft wird (z. B. mit auf dem Dach angebrachten Absorberblechen) vorgewärmt und anschliessend in die Solarfassade zur weiteren Erwärmung eingeblasen.
  • In einem Mehrkammersystem wird Frischluft über Wärmetauscher an der Decke der 1. Kammer in die 2. Kammer geführt und so die Abluftwärme der 1. bzw. 2. Kammer genutzt. Somit erfolgt eine Mehrfachnutzung der solar erzeugten Wärmeenergie.

2. Nutzung der tageszeitlichen Feuchteunterschiede

Grundlage dieser Komponente ist die Nutzung der kostenlosen Energieunterschiede der Aussenluft unter Kontrolle der absoluten Luftfeuchte in Gramm Wasser je m3 Luft.
Die als sensorgesteuerte Zwangslüftung bekannte Steuerungs- und Regeltechnik wird im Bereich Gebäudetrocknung ohne zusätzliche Energiezufuhr seit Jahren erfolgreich eingesetzt. Diese nutzt ausschließlich die tageszeitlichen Luftfeuchteschwankungen (absolute Luftfeuchte in Gramm je m3). Diese Technik ist energetisch den bekannten Trocknungsgeräten um den Faktor 20 – 50 überlegen. D. h., übliche Trocknungsgeräte benötigen zum Entzug von 1 Liter Wasser ca. 1.200 Watt. Die Zwangslüftung benötigt bei einem Feuchteunterschied zwischen Innen – und Aussenluft von 2 Gramm je m3 Luft 50 Watt um 1 Liter Wasser zu entziehen).

3. Absolutfeuchtegeführte zyklische Belüftung

Luftaustausch erfolgt nachdem die absolute Luftfeuchte der zugeführten Luft mit der in der Trockenkammer befindlichen Luft verglichen wird.

  • Somit wird vermieden, dass feuchtere Luft zugeführt wird
  • unnötige Ventilatorlaufzeiten werden vermieden.
  • Wärmeenergie wird nur abgeführt, wenn auch genügend Feuchte abgeführt wird!

Mit einer zyklischen Belüftung wird dem Trocknungsgut Zeit gegeben die Wärmeenergie aufzunehmen und Feuchte abzugeben.

  • In der Ruhephase kann das Trocknungsgut die zugeführte Wärmeenergie aufnehmen. Die Wärmezuführung bewirkt eine Erhöhung des Sättigungsdrucks und das absinken der relativen Luftfeuchte, was eine beschleunigte Feuchteabgabe bewirkt.
  • In der Lüftungsphase wird absolut trockenere Luft zugeführt und feuchte Luft abgeführt. Die absolute Luftfeuchte sinkt wieder. Dies in einem optimierten Zyklus, damit nicht zu viel Energie verloren geht.

Die zyklische Vorgehensweise bewirkt zudem einen schonende Entfeuchtung. Über Grenzwerte kann die Entfeuchtungsleistung verlangsamt werden, über Temperaturerhöhung beschleunigt, individuell auf die Eigenschaften des Holzes zugeschnitten.

 

Die sich ergänzenden Wirkungsweisen von

  1. direkte Wandlung der Sonnenstrahlung in Wärmeenergie
  2. mehrstufige Temperaturerhöhung der Prozessluft
  3. Mehrfachnutzung der solar erzeugten Wärmeenergie
  4. Nutzung der tageszeitlichen Schwankungen der Aussenluft
  5. Absolutfeuchte geführte Regelung
  6. und zyklisches Lüftungsverhalten

ergeben ein genial einfaches System zur Trocknung von Holz

welches

  • schonend,
  • individuell regelbar (an Anforderung der Holzart angepasst)
  • ca. 90 % Primärenergieeinsparung
  • fast frei von Verschleißteilen ist
  • bei vorhandener Halle sich in ca. 2 - 3 Jahren durch die Energiekosteneinsparung amortisiert.

Erklärung direkte und diffuse Solarstrahlung

Das Sonnenlicht auf der Erdoberfläche setzt sich aus einem direkten und einem diffusen Anteil zusammen.

Die direkte Strahlung kommt aus der Richtung der Sonne und verursacht scharfe Schattenwürfe von Gegenständen. Die diffuse Strahlung hingegen besitzt keine vorgegebene Richtung. An klaren Tagen überwiegt der Anteil der direkten Strahlung an der Gesamt- oder Globalstrahlung. An stark bewölkten Tagen hingegen (vor allem im Winter) ist die Sonneneinstrahlung nahezu vollkommen diffus.

In Deutschland liegt der Anteil der diffusen Sonneneinstrahlung bei ca. 60% und der Anteil der direkten Strahlung bei etwa 40%. Beide Strahlungsarten lassen sich für Solaranlagen nutzen.

Anhang:

Nachfolge Wirkungsgradverluste können bei Photovoltaikanlagen anfallen:

  • PV-Generator mit einer Leistung P = 1 kWp E(ideal) 1.050 kWh
  • Abweichung vom Modulnennwirkungsgrad 4,5%
  • Modulverschmutzung 2,5%
  • Modultemperatur 3,5%
  • Verschattung 2,0%
  • Mismaching und DC-Verluste 3,5%
  • MPP-Anpassungsfehler 1,5%
  • Wechselrichterverluste 7,5%
  • AC-Verluste 3,0%
  • Gesamtverluste 28,0%

Somit rechnerisch verbleibende PV-Generator Leistung E(real) 756 kWh. Im Vergleich zum Solar-Luft-Kollektor geht hier ca. 1/4 des möglichen Energiegewinns verloren. Zusätzlich wird der Wirkungsgrad noch verringert, wenn die gewonnenen Elektrizität gespeichert werden muss

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Grundlagen der Effektivität der

Solar-Trocknung in Verbindung mit Absolut-Feuchte geführter zyklischer Belüftung

1. Effektive direkte Nutzung der Sonneneinstrahlung

Die Solarfassade ist durch die direkte Umwandlung der Sonneneinstrahlung in Wärme nicht mit den Wirkungsgradverlusten eine PV- Anlage belastet. D. h., es entfällt

  • der Wandlungsverlust der Sonnenwärme in Elektroenergie,
  • sowie Wechselrichterverlust, Minderung der Leistung bei erhöhter Modultemperatur, usw. (Siehe Anhang)

Temperaturerhöhung durch

mehrstufige Lufterwärmung

  • Die Luft wird (z. B. mit auf dem Dach angebrachten Absorberblechen) vorgewärmt und anschliessend in die Solarfassade zur weiteren Erwärmung eingeblasen.
  • In einem Mehrkammersystem wird Frischluft über Wärmetauscher an der Decke der 1. Kammer in die 2. Kammer geführt und so die Abluftwärme der 1. bzw. 2. Kammer genutzt. Somit erfolgt eine Mehrfachnutzung der solar erzeugten Wärmeenergie.

2. Nutzung der tageszeitlichen Feuchteunterschiede

Grundlage dieser Komponente ist die Nutzung der kostenlosen Energieunterschiede der Aussenluft unter Kontrolle der absoluten Luftfeuchte in Gramm Wasser je m3 Luft.
Die als sensorgesteuerte Zwangslüftung bekannte Steuerungs- und Regeltechnik wird im Bereich Gebäudetrocknung ohne zusätzliche Energiezufuhr seit Jahren erfolgreich eingesetzt. Diese nutzt ausschließlich die tageszeitlichen Luftfeuchteschwankungen (absolute Luftfeuchte in Gramm je m3). Diese Technik ist energetisch den bekannten Trocknungsgeräten um den Faktor 20 – 50 überlegen. D. h., übliche Trocknungsgeräte benötigen zum Entzug von 1 Liter Wasser ca. 1.200 Watt. Die Zwangslüftung benötigt bei einem Feuchteunterschied zwischen Innen – und Aussenluft von 2 Gramm je m3 Luft 50 Watt um 1 Liter Wasser zu entziehen).

3. Absolutfeuchtegeführte zyklische Belüftung

Luftaustausch erfolgt nachdem die absolute Luftfeuchte der zugeführten Luft mit der in der Trockenkammer befindlichen Luft verglichen wird.

  • Somit wird vermieden, dass feuchtere Luft zugeführt wird
  • unnötige Ventilatorlaufzeiten werden vermieden.
  • Wärmeenergie wird nur abgeführt, wenn auch genügend Feuchte abgeführt wird!

Mit einer zyklischen Belüftung wird dem Trocknungsgut Zeit gegeben die Wärmeenergie aufzunehmen und Feuchte abzugeben.

  • In der Ruhephase kann das Trocknungsgut die zugeführte Wärmeenergie aufnehmen. Die Wärmezuführung bewirkt eine Erhöhung des Sättigungsdrucks und das absinken der relativen Luftfeuchte, was eine beschleunigte Feuchteabgabe bewirkt.
  • In der Lüftungsphase wird absolut trockenere Luft zugeführt und feuchte Luft abgeführt. Die absolute Luftfeuchte sinkt wieder. Dies in einem optimierten Zyklus, damit nicht zu viel Energie verloren geht.

Die zyklische Vorgehensweise bewirkt zudem einen schonende Entfeuchtung. Über Grenzwerte kann die Entfeuchtungsleistung verlangsamt werden, über Temperaturerhöhung beschleunigt, individuell auf die Eigenschaften des Holzes zugeschnitten.

 

Die sich ergänzenden Wirkungsweisen von

  1. direkte Wandlung der Sonnenstrahlung in Wärmeenergie
  2. mehrstufige Temperaturerhöhung der Prozessluft
  3. Mehrfachnutzung der solar erzeugten Wärmeenergie
  4. Nutzung der tageszeitlichen Schwankungen der Aussenluft
  5. Absolutfeuchte geführte Regelung
  6. und zyklisches Lüftungsverhalten

ergeben ein genial einfaches System zur Trocknung von Holz

welches

  • schonend,
  • individuell regelbar (an Anforderung der Holzart angepasst)
  • ca. 90 % Primärenergieeinsparung
  • fast frei von Verschleißteilen ist
  • bei vorhandener Halle sich in ca. 2 - 3 Jahren durch die Energiekosteneinsparung amortisiert.

Erklärung direkte und diffuse Solarstrahlung

Das Sonnenlicht auf der Erdoberfläche setzt sich aus einem direkten und einem diffusen Anteil zusammen.

Die direkte Strahlung kommt aus der Richtung der Sonne und verursacht scharfe Schattenwürfe von Gegenständen. Die diffuse Strahlung hingegen besitzt keine vorgegebene Richtung. An klaren Tagen überwiegt der Anteil der direkten Strahlung an der Gesamt- oder Globalstrahlung. An stark bewölkten Tagen hingegen (vor allem im Winter) ist die Sonneneinstrahlung nahezu vollkommen diffus.

In Deutschland liegt der Anteil der diffusen Sonneneinstrahlung bei ca. 60% und der Anteil der direkten Strahlung bei etwa 40%. Beide Strahlungsarten lassen sich für Solaranlagen nutzen.

Anhang:

Nachfolge Wirkungsgradverluste können bei Photovoltaikanlagen anfallen:

  • PV-Generator mit einer Leistung P = 1 kWp E(ideal) 1.050 kWh
  • Abweichung vom Modulnennwirkungsgrad 4,5%
  • Modulverschmutzung 2,5%
  • Modultemperatur 3,5%
  • Verschattung 2,0%
  • Mismaching und DC-Verluste 3,5%
  • MPP-Anpassungsfehler 1,5%
  • Wechselrichterverluste 7,5%
  • AC-Verluste 3,0%
  • Gesamtverluste 28,0%

Somit rechnerisch verbleibende PV-Generator Leistung E(real) 756 kWh. Im Vergleich zum Solar-Luft-Kollektor geht hier ca. 1/4 des möglichen Energiegewinns verloren. Zusätzlich wird der Wirkungsgrad noch verringert, wenn die gewonnenen Elektrizität gespeichert werden muss


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