Physik Forum

[JIm]

Hallo,

hab grad was durchgerechnet und bin mir nicht ganz sicher, ob der Lösungsweg grundsätzlich richtig ist.
Wäre nett wenn da mal jmd drüberschauen könnte:

Es soll Wasser durch Sonnenstrahlung mit einem Massenstrom von 0,1666kg/s (=10l/min) von 20°C auf 50°C erwärmt werden.
Das Wasser fließt durch ein schwarzes Rohr mit Außendurchmesser 20mm

Ich will rausfinden wie lang das Rohr sein muss.

Meine Rechnung:

Q´ = m´ * cpw * (T2-T1)
= 0,1666kg/s * 4168J/kg*K * (30-20)°C = 20800Watt

1. Annahme:
Bei einer Wärmestrahlung der Sonne an der Erdoberfläche von ca 1350 W/m^2 werden von dem Schwarzen Rohr ca 1000W/m^2 zu Wärme emittiert.

d.h.: A= Q` / 1000W/m^2
= 20800W / 1000W/m^2 = 20,8m^2 (benötigte Mantelfläche)


2. Annahme:
Das Rohr wird nur von der einen Seite bestrahlt.

d.h.: A = U/2 *L = (Pi*d)/2 * L ( /2 wegen: Halbe Mantelfläche)

umgestellt nach L : L= (A*2)/(Pi*d)
= (20,8m^2*2)/(Pi*0,02m) = 660m


ist das alles richtig?

Freue mich über Antworten!
Danke!!!
Schönen Gruß!
Jim3000

[Frank]

Wenn keine Spiegel oder ähnliches verwendet werden, darfst Du nur die projizierte Fläche als Einstrahlfläche verwenden, also Rohrlänge*Durchmesser.

[Gast]

OK danke ist das denn sonst richtig?

[Gast]

Oh hab da oben 50°C hingeschrieben aber 30 eingesetzt... ist aber vom prinzip egal. will ja nur wissen ob der rechenweg richtig ist.

[Frank]

[Gast]

OK und ist die annahme mit 1000W auch realistisch?

[Frank]

Unter optimalen Bedingungen könnte man 1kW/m² ansetzen.
Aber da Dein Rohr auch nicht ideal schwarz ist und die Bedingungen hierzulande selten optimal sind, würde ich eher mit 500 bis 800 W/m² rechnen. Ist aber nur so ein Bauchgefühl. Da gibt es sicherlich irgendwo genauere Wertetabellen.

[Gast]

Ja, das genau ist mein Problem ich hab schon wie verrückt gegoogled, aber nichts dergleichen gefunden.

Welches Material(Farbe) bei der Sonnenstrahlung wieviel Wärme emittiert.

[Frank]

[Die Weise]

Der Absorber soll direkte und diffuse Sonnenstrahlung möglichst gut auffangen und in Wärme umwandeln (Absorption). Zugleich soll er möglichst wenig Wärme wieder in Form von Strahlung abgeben (Emission). Technisch ausgedrückt: Er soll sich gegenüber den jeweiligen charakteristischen Wellenlängen selektiv verhalten.

Zudem muss er selbst langfristig hitze- und UV-beständig sein.

In heißen Ländern werden häufig Absorber eingesetzt, die lediglich mit sogenanntem Solarlack „beschichtet“ sind. Dieser Solarlack ist sehr hitzebeständig und in der Regel schwarz, um so bestmögliche Absorptionswerte für Sonnenstrahlung zu erreichen. Zugleich sind aber auch die Emissionswerte im mittleren Infrarot sehr hoch – ein Teil der eingefangenen Wärme wird daher wieder abgestrahlt.

Um die Energieverluste zu minimieren, wird daher eine sog. hoch-selektive Beschichtung der Kollektoren eingesetzt. Damit werden Absorptionswerte von ca. 94 % für das Sonnenlicht (0,4–0,8 µm Wellenlänge) und Emissionswerte von weniger als 6 % für die aufgrund der Eigentemperatur des Absorbers re-emittierte Strahlung (Infrarot mit Wellenlängen um 7,5 µm) erreicht. Erreicht wird dies mit einer Plasmakante.

Eine der ersten Beschichtungen mit selektiver Absorption, die serienmäßig hergestellt werden konnte, war die sogenannte Schwarzchrom-Beschichtung. Sie wurde in einem galvanischen Verfahren auf das aus Kupfer oder Aluminium bestehende Absorberblech aufgebracht. Sehr vereinfacht gesagt besteht sie aus mikroskopischen Chromhärchen, die das Sonnenlicht zwischen sich einfangen, jedoch aufgrund ihrer geringen Größe bei größeren Wellenlängen wenig emittieren.