Saisonaler Sorptionsspeicher mit Luftkollektor

Datenbasis: DWD-Testreferenzjahr (Handbuch Testreferenzjahre, DWD/BBSR), stündliche Werte für ein statistisches Jahr (8760 h). Ausgewertet werden Direktstrahlung horizontal (Spalte B), Diffusstrahlung horizontal (Spalte D) und Lufttemperatur (Spalte t); der Parser erkennt die Spaltenköpfe automatisch und funktioniert daher sowohl mit TRY2015/2017 (RW HW MM DD HH t p WR WG N x RF B D A E IL) als auch mit TRY2010/2011 (andere Spaltenreihenfolge).

Sonnenstand: Deklination nach Cooper (1969), Zeitgleichung nach Spencer, wahre Ortszeit aus MEZ-Zeitstempel über Längengradkorrektur — Standardverfahren der Solargeometrie (z. B. Duffie & Beckman, Solar Engineering of Thermal Processes), das auch den in EN-Normen referenzierten Berechnungen zugrunde liegt. Da TRY-Datensätze (2010/2011/2015/2045) die Stundenmitte uneinheitlich definieren, wird hier die Stundenmitte (HH − 0,5) angesetzt; Abweichungen sind vor allem bei Sonnenauf-/-untergang relevant.

Umrechnung auf die geneigte Fläche: Isotropes Himmelsmodell nach Liu & Jordan: G_T = B·Rb + D·(1+cosβ)/2 + (B+D)·ρ·(1−cosβ)/2, mit Bodenalbedo ρ = 0,2 und Rb = cosθ/cosθz aus dem allgemeinen Einfallswinkel-Ansatz für beliebige Neigung/Ausrichtung.

Kollektorleistung: Kennlinienmodell nach DIN EN ISO 9806 (Prüfnorm für Sonnenkollektoren): q̇ = η₀·Kθ·G_T − a₁·ΔT − a₂·ΔT², mit η₀ (Konversionsfaktor), a₁/a₂ (linearer/quadratischer Wärmeverlustkoeffizient) und Kθ als vereinfachtem IAM nach ASHRAE (Kθ = 1 − b₀·(1/cosθ − 1), nur auf den Direktanteil angewendet; Diffus-/Reflexionsanteil mit festem Faktor 0,9). ΔT = T_m − T_a, stundenweise aus TRY-Lufttemperatur. Negative Stundenwerte (Kollektor kälter als Umgebung nötig) werden zu 0 gesetzt.

Der resultierende Jahresertrag pro m² bei der gewählten Zieltemperatur T_m ersetzt automatisch den manuellen Schätzwert "Nutzbarer Kollektorertrag" in Abschnitt 04. Es bleibt eine vereinfachte Grobauslegung mit einer einzigen repräsentativen Betriebstemperatur statt einer dynamischen Pufferspeicher-Simulation — für die Ausführungsplanung ersetzt das keine Simulation (z. B. TRNSYS, Polysun) mit realer Regelstrategie.

Q_H = q_H × NGF — Jahres-Heizwärmebedarf gesamt.

Q_Speicher = f_sol × Q_H — vom Sorptionsspeicher zu deckender Anteil.

A_Kollektor = Q_Speicher ÷ (e_K · f_nutz) — Kollektorfläche aus dem Bruttoertrag e_K und dem Anteil f_nutz, der nach Trinkwarmwasser-Vorrang und Verlusten tatsächlich im Speicher ankommt.

V_Speicher = Q_Speicher ÷ e_S — Speichervolumen aus Systemenergiedichte.

e_K ist der Bruttoertrag des Kollektorfelds; der Abzug für Trinkwarmwasser-Vorrang und Verluste erfolgt getrennt über f_nutz, damit er nicht doppelt einfließt. Kollektorerträge von 300–750 kWh/(m²·a) sind für Luftkollektoren in Prozesswärme-Anwendungen literaturüblich, allerdings bei moderaten Betriebstemperaturen — bei hohen T_m fällt der Wert stark ab.

Zeitbasis: DWD-TRY-Daten liegen in MEZ vor; die wahre Ortszeit wird daraus über 4·(λ − λ_Zone) + Zeitgleichung gebildet (Freiburg liegt westlich von 15° O, die Sonne steht dort also rund 29 min später im Süden als am Zonenmeridian). Für Daten in UTC ist die Zeitbasis entsprechend umzustellen, sonst steht die Sonne im Modell eine Stunde falsch.

Die Energiedichten orientieren sich an realen Anlagen statt an Laborbestwerten: Ein geschlossenes Silikagel-System (Deshmukh et al. 2017, ausgelegt für 18 kWh/3 kW) erreichte 42 kWh/m³. Eine reale Zeolith-13X-Anlage mit 7 t Sorbens (ZAE Bayern, Schulgebäude München, Beladung über Fernwärme) erreichte 124 kWh/m³. Zeolith-Salz-Komposite (CaCl₂, MgCl₂, SrBr₂) erreichten im Reaktor- bzw. Packungsmaßstab 70–211 kWh/m³, je nach Feuchte- und Temperaturniveau. Die Presets liegen jeweils im unteren bis mittleren Bereich dieser Bandbreiten, da Laborbestwerte im Dauerbetrieb selten vollständig erreicht werden.