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Hocheffizienter, einfacher Vakuumröhrenkollektor
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21.02.2018 12:43
High5 

Re: Hocheffizienter, einfacher Vakuumröhrenkollektor

die im link von Engelbert gezeigten Kollektoren verstehe ich nicht. Fehlt da nicht die schwarze Absorberfläche? Und du, Herbert, malst die Cu Röhren noch schwarz an?
Thomas

21.02.2018 14:12
Leyonardo 
Re: Hocheffizienter, einfacher Vakuumröhrenkollektor

Hallo Holger73,

danke für das Kompliment.

Für die Bleche meiner Flachkollektoren hatte ich mir eine einfache Biegemaschine zugelegt. Damit habe ich auch diese Bleche (1,5mm, Alu) gebogen. Im einfachsten Fall könnte man aber beim Spengler ein U-förmiges Alublech als wetterfeste Abdeckung biegen lassen, aber um 90° gedreht, so dass die Röhren in eine der Seiten des Blechs eingebaut werden können. Das sollte nicht teuer sein. Für die kleinen erforderlichen Seitenteile kann irgend ein wetterfestes Material verwendet werden.

Jaa, die Vakuumröhren ... Schande über mich. Ich habe erzählt, dass mir die Ebay-Röhren zu dünn waren und jetzt habe ich noch dünnere (47mm). Das kommt daher, dass der erste Heizungsbauer, den ich angerufen habe mir 5 alte Vakuumröhren geschenkt hat. Und wie das halt so ist ... einem geschenkten Gaul schaut man nicht ins Maul.
Für die Tests ist aber der Röhrendurchmesser erst mal nicht so entscheidend. Für einen Kollektor, der dann wirklich was bringen soll, wären Röhren mit 70mm Durchmesser natürlich wesentlich besser oder sogar beidseitig offene Röhren, wie sie Airwasol verwendet (die aber wohl unbezahlbar sind).

Was der Testaufbau gekostet hat, kann ich dir nicht sagen, weil ich nichts kaufen musste (hatte ich alles schon). Das bisschen Alublech kostet ein paar Euro, die Holzfaserdämmplatte ist fast unerheblich, weil man kaum was davon braucht. Die Kupferröhren für die Zuluft sollten eigentlich zum Schrott. Die Gebläselüfter lagen auch unbenutzt bei mir rum. Die dürften eher zu den teureren Komponenten gehören. Die Löcher habe zwar ich mit meiner Fräse gemacht, das geht aber auch mit einem Kreisschneider oder der Stichsäge. Der Arbeitsaufwand ist halt in dem Fall hoch. Aber nach drei Tagen war das auch erledigt.

Wichtig ist jetzt noch die Steuerung, dazu hörst du aber noch was von mir.

Hochscaliert auf einen Kollektor mit 20 Röhren, bei dem die Röhren allerdings beidseitig des Luftsammlers angeordnet sind (jeweils 10 Stück auf jeder Seite) könnte das bedeuten:
- Alublech (1000mm x 600mm x 1,5mm) < 10 (geschätzt)
- Biegen des Alublechs = Preis deinem Verhandlungsgeschick beim Spengler entsprechend
- Seitenteile Alu, Holz, Kunststoff oder ähnliches (200mm x 200mm) < 2
- Holzfaserdämmplatte (1000mm x ca. 680mm x 35mm dick) 9,50 (laut Preisliste Fa. Steico)
- Zuluftröhren (Alu oder anderes Metall, dünnwandig, 10 Stück, ca. je 4m) ?
- Befestigungsgummis für die Vakuumröhren (40 St.) <1/St. ?
- Abstützung für die Vakuumröhren (Alu oder anderes Material, 2St. 1000mm) ?
- 20 Vakuumröhren aus China? für ca. 2-3/St. ohne Transportkosten
- Lüfter, Steuerelektronik und Sensoren ?
- Deine Arbeitszeit = Spaß und vermutlich auch etwas Ärger - kostenlos

Ähhm, da müsste ich aber etwas mehr recherchieren, deswegen habe ich bei einigen Positionen den Preis offen gelassen.

Wie gesagt, sobald es wärmer wird und ich Zeit habe geht's an die Montage und danach kommen die Messungen.

Bis dann
Herbert

21.02.2018 14:36
Leyonardo 
Re: Hocheffizienter, einfacher Vakuumröhrenkollektor

Hallo Thomas,

die Kollektoren im Link von Engelbert funktionieren eigentlich genau so wie dein VR-Kollektor. In den Vakuumröhren befindet sich das Zuluftrohr für die kalte Luft, die bis zur Spitze der VR geleitet wird. Dann streicht die Luft an der inneren Glasfäche vorbei und nimmt Wärme mit. Die eigentliche Absorberschicht befindet sich auf dem inneren Glasrohr im Vakuumraum. Dort entsteht auch die Wärme durch die Sonnenstrahlung und muss dann durch die dünne Glasschicht nach innen gelangen.

Deswegen muss auch das Zuluftrohr nicht geschwärzt werden, weil ja keine Sonne drauf fällt, deren Lichtstrahlung in Wärme umgewandelt werden muss. Wäre rausgeschmissenes Geld. Das Rohr muss auch nicht aus Kupfer sein und es muss nicht dickwandig sein, es könnte genauso gut aus dünnem Alu, Messing oder Glas sein. Es muss nicht mal gut wärmeleitend sein sondern nur die hohe Temperatur aushalten.
Ich würde allerdings ein Rohr mit möglichst großem Durchmesser verwenden, damit die Zuluft im Rohr am besten laminar strömt und die Luft am Glasrohr (innen) turbulent entlangstreicht. Dann hast du den geringsten Druckverlust und die höchste Wärmeübertragung sprich geringe Lüfterleistung und höhere Ausgangstemperatur.

Vielleicht kannst du ja mal ein oder mehrere der Zuluftröhrchen in deinem VR-Kolli dicker machen. Würde mich interessieren, um wie viel die Leistung steigt.

Bis dann
Herbert

21.02.2018 15:22
Randvogelsberger 

Re: Hocheffizienter, einfacher Vakuumröhrenkollektor

Hey Herbert

Sieht doch ordentlich aus.

Mich würde bei der Versuchsanordnung im Direktvergleich interessieren, ob die Röhre mit schwarzer Luftzufuhr nicht doch mehr Wärme produziert.
Auch wenn du es für rausgeschmissenes Geld hältst, das ist die Gelegenheit für "Versuch macht kluch"

Gruß Andy

21.02.2018 15:25
High5 

Re: Hocheffizienter, einfacher Vakuumröhrenkollektor

Also, an Wolfgangs RöKo kann und will ich nichts ändern. Höchstens woanders aufbauen. Aber zu der Schwärzung der Röhren im Dunkeln habe ich eine mir immer noch nicht ganz verständliche Erklärung aus meinem Lautsprecher Forum im Hinterkopf. Da ging es um die bessere Wärmeabführung von schwarzen Lautsprecherchassis. Meinen Einwand, die seien ja in einer Box und somit im absoluten Dunkeln verbaut, liessen die "Profis" nicht gelten. Ihre Erklärung habe ich vergessen...
Thomas

21.02.2018 16:18
Leyonardo 
Re: Hocheffizienter, einfacher Vakuumröhrenkollektor

Hallo Andy und Thomas.

@Andy:
Na klar, das lässt sich machen. Deswegen habe ich die 4 Röhren in zwei Gruppen zu je 2 Röhren unterteilt. So kann ich immer jeweils zwei unterschiedliche Aufbauten miteinander vergleichen. Auch wenn ich schon meine Vermutung dazu habe, das ist schnell ausprobiert und räumt Zweifel aus.


@Thomas:
Die Kollegen im Lautsprecherforum haben schon recht. Schwarz strahlt Wärme besser ab - nimmt aber auch Wärme genauso gut auf. Wenn du eine Temperaturdifferenz hast, wird die Wärme in Richtung der niedrigeren Temperatur abgestrahlt, proportional zur Höhe der Temperaturdifferenz. Die aktiven Teile im Lautsprecher sind ja in der Regel gut warm gegenüber der Umgebung und strahlen dann natürlich die Wärme auch besser ab, als wenn sie hell wären. Deswegen sind Kühlkörper im Elektronikbereich auch fast immer schwarz.

Bei dem Zuluftröhrchen im Vakuumröhrenkollektor bin ich skeptisch. Das wird zwar durch die Wärme vom inneren Glasrohr prinzipiell auch erwärmt aber ich glaube dass der wirksame Strahlungsanteil dort eher gering ist. Dadurch wird das Metallrohr etwas wärmer, die Glasoberfläche (innen) etwas kühler und der Luftstrom kann am Metallrohr etwas mehr Wärme mitnehmen, am Glasrohr aber etwas weniger. Das ist für mich ganz schlecht einzuschätzen, ob das einen spürbaren Unterschied macht. Ich werde das auf jeden Fall mal testen (siehe oben -> Andy).

Ich glaube eher, wenn der Zwischenspalt zwischen innerem Glasrohr und dem Frischluftrohr recht klein gemacht wird, so dass sich dort eine turbulente Strömung ausbilden kann, wird der Effekt durch den höheren Wärmeübergang (Alphazahl googeln!) sehr viel größer sein. Durch turbulente Luftsrömung kannst du den Wärmeübergang drastisch erhöhen, allerdings i. d. R. durch höhere Lüfterleistung erkauft. Der Effekt ist nicht linear, so dass mit zunehmender Turbulenz irgendwann nur die Lüfterleistung steigt aber nicht mehr die gewonnene Wärmeenergie.
Aber das werd ich demnächst hoffentlich genauer wissen.


Ich freue mich auf jeden Fall über jede Idee, was man mit dem Versuchsaufbau noch testen könnte (einiges hab ich schon selbst auf der Liste).

Bis dann
Herbert

21.02.2018 16:45
Randvogelsberger 

Re: Hocheffizienter, einfacher Vakuumröhrenkollektor

Hey Herbert

lege doch die Zuluftröhrchen auf dem Golfplatz aus....
http://www.zdrax.de/assets/pdf/Stroemung...rbelbildung.pdf


Gruß Andy

21.02.2018 17:18
Leyonardo 
Re: Hocheffizienter, einfacher Vakuumröhrenkollektor

Hey Andy der Artkel ist klasse. Genau sowas hatte ich schon gesucht.

Man hat schon Kollektorbleche mit Dellen gebaut, die tatsächlich die Wärme besser abgeben. Irendwann probier ich das auch aus.

Aber nicht auf dem Golfplatz. Ich spiele nämlich nicht Golf ... ich habe noch S...ex. (ou, manche Wörter sind hier verboten)

Gruß
Herbert

06.03.2018 14:52
Leyonardo 
Re: Hocheffizienter, einfacher Vakuumröhrenkollektor

Gestern habe ich den Testkollektor mit den 4 Vakuumröhren das erste Mal (an einer ungünstigen Stelle) aufgebaut, um bei dem wärmeren Wetter wenigstens ein paar Versuche machen zu können.

>> Forschermodus ein: (Thomas du kannst die nächsten Absätze einfach überfliegen) :-)

Die ersten Ergebnisse waren allerdings nicht so wie erwartet, aber wohl nur deshalb, weil ich die Vakuumröhren gedanklich erst mal mit einem üblichen Luftkollektor verglichen habe.
Mit steigender Einstrahlung stieg die Temperatur nach dem Lüfter auf bis zu 60°C an. Das Regeln der Luftmenge über die Lüfterdrehzahl brachte allerdings nicht das erwartete Ergebnis. Egal ob die Drehzahl gering oder hoch war, änderte sich die Temperatur nicht sehr viel oder in unerwarteter Weise. Außerdem war eine Zeitverzögerung mit im Spiel, die die Beurteilung der Messwerte erschwerte. Diese Zeitverzögerungen sind wohl durch die Speicherkapazitäten von Kupferröhre, Glasröhre und Isolierung bedingt.

Ich hatte erwartet, dass beim Hochdrehen der Lüfterdrehzahl die Temperatur am Warmluftausgang immer geringer werden würde. Aber sie stieg und fiel scheinbar unkoordiniert in nur geringem Ausmaß. Und das liegt wohl an der Art des Wärmetauscherverfahrens im Röhrenkollektor. Da die Röhre an einem Ende geschlossen ist, muss die kalte Zuluft über eine innenliegende Metallröhre bis fast zum geschlossenen Ende des inneren Glasrohrs geführt werden. Dabei steigt die Temperatur der Luft in dieser Metallröhre je nach Lüftergeschwindigkeit und Solareinstrahlung mehr oder weniger stark an. Beim Zurückstömen zwischen Metallrohr und Glasrohr ergibt sich eine Mischtemperatur zwischen den Temperaturen des Metallrohrs und des Glasrohrs. Die Temperatur steigt entweder weiter an, oder fällt bei niedriger Luftgeschwindigleit sogar wieder ab, weil sie sich am Metallrohr teilweise wieder abkühlt. Da das Metallrohr am Eingang so kalt wie die Umgebungstemperatur ist, stellt sich somit eine Temperatur ein, die etwa in der Mitte zwischen Zulufttemperatur und der Temperatur am inneren Glasrohr liegt. Nur bei geringen oder großen Luftmengen gibt es eine größere Abweichung davon.

So wie es aussieht, haben die Speicherkapazitäten von Metallrohr, Glasrohr und Isolierung einen geringen dynamischen Einfluß. Einen sehr viel größeren Einfluß hat natürlich die Lüfterleistung und die verschieden dicken Kupferrohre, die ich für die Zuluft verwendet habe. Die 15mm dicken Röhrchen der einen Hälfte des Testkollektors führen zu höheren Temperaturen, die 22mm dicken Röhren der anderen Hälfte zu geringeren (bis zu 10°C Unterschied). Allerdings ist der Luftstrom bei gleicher Lüfteransteuerung bei den dünnen Röhrchen wie erwartet geringer. Genaue Werte kann ich im Moment nicht messen, weil mein neues Anemometer wohl einen Programmierfehler hat und deswegen zurück ging.

>> Forschermodus aus.

Ein Röhrenkollektor dieser Bauart kann also in seinem Verhalten nicht mit einem üblichen Flachkollektor verglichen werden. Die Temperatur der erwärmten Luft ist nicht so stark abhängig von der Einstellung des Lüfters sondern im Wesentlichen von der Solareinstrahlung. Ich denke aber, er kann genau so wie ein Flachkollektor mit der gleichen Lüfteransteuerung optimal genutzt werden.
Durch das Metallrohr für die Zuluft, ist die Energie bei diffusem Licht aber leider nicht so gut zu nutzen, wie es das bei einer einfach durchströmten Vakuumröhre wäre (siehe ursprüngliche Idee) weil nur etwa die Hälfte der Temperatur des Glasrohrs erreicht wird und somit bei niedrigen Außentemperaturen die Schwelle zur Raumtemperatur möglicherweise nicht erreicht wird. Für den Betrieb bei starker Sonneneinstrahlung ergibt sich kein Nachteil.

Ich werde demnächst einen besseren Testaufbau machen um zuverlässigere Ergebnisse zu bekommen.

Bis dann
Herbert

06.03.2018 15:34
Engelbert 

Re: Hocheffizienter, einfacher Vakuumröhrenkollektor

Hallo Herbert,

welches Aneometer benutzt du?

Gruß Engelbert

Bin ich ölig, bin ich fröhlich.

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