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Gebäudetechnik (Subject) / WP, BHKW (Lesson)

Wärmepumpe, Blockheizkraftwerk

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  • Wärmequellen für Wärmepumpen (3) Wasser, Luft, Erdreich -> durch Sonne aufgewärmt
  • Besonderheit der Wärmequellen für Wärmepumpen unbegrenzt -> regenerativ
  • Erdkollektoren horizontal
  • Erdsonden vertikal
  • was macht eine Wärmepumpe? entzieht Umgebung (kaltem H2O) Wärme auf niedrigem Temperaturniveau, hebt/pumpt sie auf ein höheres Temperaturniveau, gibt sie als Heizwärme ab (warmes H2O) -> Wärmetransport
  • Einsatz Wärmepumpen für (2) Trinkwassererwärmung, Raumheizung
  • welches Wärmeüberträgermedium wird verwendet? Kältemittel (KM)
  • Wassertemperatur in der Erde 10-15°C
  • Kreislauf mit Kühlmittel offen oder geschlossen? geschlossen
  • Funktionsweise Wärmepumpe Düse/Expansionsventil: p erniedrigt, Verdampfer (Wärmetauscher): KM verdampft und nimmt Verdampfungswärme aus Umgebung auf, Verdichter/Kompressor: p und T erhöht, Kondensator (Wärmetauscher): KM gibt Wärme an Verbraucher (Heizkreislauf) ab, T sinkt, KM kondensiert
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  • Betrieb des Verdichters wie? benötigt Elektrische Energie
  • Formel für die Leistungsziffer/Leistungskennzahl Epsilon(H)= Q.Heiz / Pel = Nutzwärme/aufgewendete Antriebsenergie = Heizleistung/Leistungsaufnahme
  • mögliche Leistungskennzahlen/Effizienzzahlen 3 bis 10 (1 Einheit elektrische Energie investieren -> 3 Einheiten Wärme erhalten)
  • je geringer der Temperaturunterschied zwischen Wärmequelle und Heizungsvorlauf desto x Leistungskennzahl höhere
  • für welche Heizung ist Wärmepumpe besonders geeignet? Fußbodenheizung, H2O muss nur auf 30°C erwärmt werden
  • Formel für Pel aus gegebenen Kosten für Gasbetrieb Pel = Jahreskosten für Gasbetrieb (momentaner Gaspreis*Jahresverbauch) / momentaner Strompreis (Kostenäquivalenz)
  • Kraft-Wärme-Kopplung Versorgung mit thermischer (48%) und elektrischer Energie (40%)
  • Wirkweise KWK bei der Stromerzeugung anfallende Abwärme wird zu Heizzwecken verwendet (Fernwärme) -> geringere Verluste (von 60% auf 12% reduziert)
  • Einsatz KWK (2) zentrale Großkraftwerke, dezentrale Blockheizkraftwerke (minimierte Übertragungsverluste, Pumpenleistung)
  • Mini-/Mikro-BHKW Einsatz und Wirkungsgrad Primärenergieumwandlung direkt im Gebäude des Verbrauchers, über 90%
  • Stirling-Motor 2 Zylinder Kompressionszylinder, Arbeitszylinder
  • Stirling-Motor 2 Seiten Heiß- und Kaltseite
  • Stirling-Motor Arbeitsgas Helium/Stickstoff/Luft -> in geschlossenem Kreislauf -> Wärme wird von außen zugeführt
  • Stirling-Motor Arbeitsprinzip geschlossenes Gasvolumen erhitzen und dabei gleichzeitig entspannen sowie des Weiteren zu kühlen und dabei gleichzeitig komprimieren -> Verschiebung der Kolben
  • Regenerator Metallwolle: Energie wird zwischengespeichert -> Gas gibt Wärme ab oder entzieht Wärme
  • Gas strömt vom kalten in den warmen Bereich Regenerator? Gas entzieht Regenerator Wärme
  • Expansionsphase Gasheizer erhitzt vorgewärmtes Gas -> Arbeitskolbenbewegung durch Wärmeausdehnung
  • Kompressionsphase Arbeitskolben bewegt sich durch Schwungrad wieder zurück -> verdichtet warmes Gas -> Wärme wird an Regenerator und die Kühlung abgegeben
  • wo liegen die Heizschlangen im Stirling-Motor? am Kompressionszylinder (kalte Seite)
  • Energiequellen für Stirling-Motor Brenngase von hoher Qualität (Erdgas, Bioerdgas, Flüssiggas), oder Holz-Pellets, Holzhackschnitzeln oder Scheitholz (aufwendiger)
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  • bei schwankendem Wärmebedarf: Ergänzung Stirling-Motor durch Wärmespeicher, Akku (zur Deckung der Bedarfsspitzen)