Fragenkatalog Flashcards
1
Q
Was ist der wesentliche Unterschied zwischen Ressourcen und Reserven bei
Primärenergieträgern?
A
- Ressourcen: Alle Primärenergieträger, die da sind
Reserven: Alle Primärenergieträger, die genutzt werden können (technisch und
wirtschaftlich)
2
Q
Was sind „neue“ erneuerbare Energien? (Nennen Sie drei Beispiele!)
A
- .”Neue” erneuerbare Energien beziehen sich auf Technologien und Energiequellen, die in den letzten Jahren oder Jahrzehnten verstärkt erforscht, entwickelt und in die Energieerzeugung integriert wurden. Hier sind drei Beispiele für “neue” erneuerbare Energien:Windenergie auf See (Offshore-Windenergie): Die Nutzung von Windkraftanlagen im Meer hat in den letzten Jahren erheblich zugenommen. Offshore-Windparks bieten großes Potenzial für die Stromerzeugung, da die Windgeschwindigkeiten auf dem offenen Meer in der Regel höher und konstanter sind als an Land.Solarenergie mit hoher Effizienz: Fortschritte in der Photovoltaiktechnologie haben die Effizienz von Solarzellen erheblich gesteigert. Neue Materialien und Designs ermöglichen es, mehr Sonnenenergie in Strom umzuwandeln, was die Wirtschaftlichkeit von Solarenergieanlagen verbessert.Geothermische Energie aus tieferen Quellen: Geothermische Energiegewinnung hat sich über die Jahre hinweg weiterentwickelt. In einigen Regionen wird nun versucht, tiefere geothermische Ressourcen zu erschließen, um noch mehr Wärme und Strom zu erzeugen.
Diese “neuen” erneuerbaren Energien tragen dazu bei, die Umweltauswirkungen der Energieerzeugung zu reduzieren und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern. Sie sind wichtige Komponenten im globalen Übergang zu einer nachhaltigeren Energieversorgung
3
Q
Worin unterscheiden sich Endenergieverbräuche von Wohn- und Nichtwohngebäuden?
Welche Endenergieverbräuche sind für Gebäude relevant und wie ist
deren prozentuale Verteilung?
A
- Nichtwohngebäude brauchen generell (prozentual) mehr Energie für Beleuchtung und
weniger für Warmwasserbereitung und Raumwärme.
Die Aufteilung aller Endenergieverbräuche ist:
76 % Raumwärme
15 % Warmwasser
8 % Beleuchtung
1 % Klimakälte
4
Q
Begründen Sie anhand von zwei Beispielen warum Primärenergiefaktoren jedes
Jahr neu zu berechnen sind
A
- Effizientere Förderung
- Effizienterer Transport
Jedes Jahr kann sich eine in den Faktor einfließende Größe ändern
- Effizientere Förderung
5
Q
Beschreiben Sie die Energieumwandlungsprozesse eines selbst gewählten Primärenergieträgers,
bei der Stromerzeugung!
A
Braunkohle wird verbrannt, dadurch wird Wasser erhitzt, welches eine Turbine antreibt
6
Q
Wie lautet die Definition für Endenergie?
A
Endenergie ist die Energie, die dem Haus zur Verfügung steht
7
Q
Nennen und erläutern Sie zwei Beispiele, bei denen der Primärenergiebedarf
unter dem Endenergiebedarf liegt und zwei bei denen dieser über dem Endenergiebedarf
liegt!
A
Primärenergiebedarf unter dem Endenergiebedarf:
- Holz (Anlieferung und Verarbeitung von Holz benötigt wenig Energie)
- Solarenergie (Energie ist unendlich vorhanden und muss nicht gefördert werden)
Endenergiebedarf unter dem Primärenergiebedarf
- Steinkohle (Verbrennung, Lieferung und sonstige “Energieausgaben”)
- Braunkohle (Verbrennung, Lieferung und sonstige “Energieausgaben”)
8
Q
Wann entspricht der Energiebedarf dem Endenergieverbrauch
A
Wenn alle angetroffenen Vermutungen über Gebäude und Nutzerverhalten zutreffen
9
Q
Zählen Sie fünf Verhaltensweisen von Nutzern auf, bei denen der Energieverbrauch
unter dem Energiebedarf liegt!
A
wenig Heizen
- häufige Abwesenheit → Heizung oft aus
- weniges Lüften
- Hoher Bekleidungsgrad
- hohe sportliche Betätigung
10
Q
Wie hoch ist der Anteil an Gebäuden, die einen schlechteren Standard als EnEV
Standard 2016 haben? Welche Sanierungsmaßnahmen sind möglich? Nennen
Sie je drei Möglichkeiten auf der passiven sowie auf der aktiven Seite!
A
92% der Gebäude haben einen schlechteren Standard als EnEV 2009.
Passiv:
- Wärmedämmung der Wände
- Austausch von alten Fenstern
- Wärmedämmung des Dachs
Aktiv:
- Austausch der Heizung
- Installation einer Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung
11
Q
Nennen Sie fünf Eigenschaften von Passivhäusern!
A
- starke Wärmedämmung U < 0,15W /(m2 K)
- Heizung überwiegend über Zuluftnachheizung. Rest über interne und solare Gewinne
- Heizwärmebedarf < 15 kWh/(m2 a )
- Energiekennwert PE < 120 kWh/(m2 a)
- Dreischeibenwärmeglas
12
Q
Was ist ein energieautarkes Gebäude?
A
Ein Haus, welches keine zusätzlichen Energien von außerhalb braucht
13
Q
Durch welche zusätzlichen Maßnahmen wird ein Null -Energiehaus zu einem
Plus-Energie Haus? Nennen Sie drei bauphysikalische Gründe warum Plus-
Energie-Häuser nicht per se gut sein können!
A
Ergänzung von Photovoltaikanlage auf dem Dach → Strom wird produziert und muss
gespeichert werden
- Hohe Energiekosten für Kühlung (Batterie)
14
Q
Nennen Sie sechs Ziele des Energieausweises!
A
Reduzierung der Treibhausgasemissionen bis 2020 gegenüber 1990
- Umsetzung der EU-Richtlinie EPBD
- Markttransparenz im Gebäudesektor, da der Energiebedarf bundesweit vergleichbar wird
- Konjunkturaufschwung im Baugewerbe, aufgrund von energetischen Empfehlungen
Einführung von Gütesiegeln anhand von Energiekennzahlen
- Energetische Klassifizierung bei Verkauf und ggf. Vermietung
15
Q
Welche Ziele hat die Energieeinsparverordnung?
A
Den Endenergiebedarf für die Wärmeerzeugung in Gebäuden reduzieren.
16
Q
Was ist die Idee des Gebäudereferenzverfahrens? Nennen Sie sechs wesentliche
Punkte!
A
Man betrachtet ein Referenzgebäude, was den gleichen Aufbau hat und bestückt es mit
Grenzwärmedurchgangskoeffizienten, die für jedes Bauteil festgelegt sind. So berechnet
man einen Grenzwert für den spezifischen Transmissionswärmeverlust.
17
Q
Wie hoch sind die Grenzwerte des Wärmedurchgangskoeffizienten nach EnEV
2016 für Außenwände, Dächer und Fenster?
A
- Außenwand: 0,28
- Dach: 0,20
- Fenster: 1,30
- Außenwand: 0,28
18
Q
Mit welchen Normen können Sie einen Energieausweis für ein Wohngebäude
erstellen?
A
- DIN 4108 + DIN 4701-10
19
Q
- Nennen Sie drei Gründe warum ein freistehendes Wohngebäude mit einer
Grundfläche kleiner 350m2 einen geringeren spezifischen Transmissionswärmeverlust
hat als ein Wohnegbäude mit einer Fläche größer 350m2!
A
Ein freistehendes Wohngebäude mit einer Grundfläche kleiner als 350 Quadratmeter kann im Vergleich zu einem größeren Gebäude einen geringeren spezifischen Transmissionswärmeverlust aufweisen aus verschiedenen Gründen:
Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnis: Kleinere Gebäude haben in der Regel ein günstigeres Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnis. Das bedeutet, dass pro Kubikmeter Raum weniger Außenfläche vorhanden ist, die Wärme verlieren könnte. Bei größeren Gebäuden gibt es hingegen mehr Außenfläche im Verhältnis zum Innenraum, was zu einem höheren Wärmeverlust führen kann. Bessere Wärmedämmung pro Flächeneinheit: In kleineren Gebäuden kann es leichter sein, eine effiziente Wärmedämmung zu installieren, da die Gesamtfläche der Wände, des Dachs und der Bodenplatte kleiner ist. Dadurch kann eine höhere Qualität der Dämmung pro Quadratmeter erreicht werden, was den Wärmeverlust reduziert. Einfacheres Heizsystemdesign: Kleinere Gebäude erfordern oft einfachere und effizientere Heizsysteme. Die Wärmeverteilung und -kontrolle in kleinen Wohngebäuden ist in der Regel effizienter und erlaubt eine bessere Regulation der Raumtemperatur, was den Wärmeverlust reduziert.
Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass der spezifische Transmissionswärmeverlust auch von anderen Faktoren wie der Qualität der Wärmedämmung, dem Gebäudeentwurf und den verwendeten Baumaterialien abhängt. Ein sorgfältig geplanter und gut isolierter großer Bau kann immer noch einen geringen Transmissionswärmeverlust haben, während ein schlecht isoliertes kleines Gebäude ineffizient sein kann.
20
Q
Welche Informationen können Sie einem Energieausweis für Wohngebäude entnehmen?
A
- Primärenergiebedarf
- Endenergiebedarf
- Energieverbrauchskennwert
21
Q
Definieren Sie den Begriff „thermische Behaglichkeit“!
A
Gefühl, welches die Zufriedenheit mit dem Umgebungsklima ausdrückt
22
Q
Welche Primärfaktoren haben einen Einfluss auf die thermische Behaglichkeit?
A
Strahlungstemperatur
- Lufttemperatur
- Luftströmungsgeschwindigkeit
- Luftfeuchtigkeit
- Aktivitätsgrad
- Bekleidungsisolati
23
Q
Welchen physikalischen Hintergrund haben die Kontrollmechanismen des Menschen,
welche ihn vor einer Überhitzung schützen?
A
Die Kontrollmechanismen, die den menschlichen Körper vor Überhitzung schützen, basieren auf physiologischen Prozessen, die darauf abzielen, die Körpertemperatur auf einem optimalen Niveau zu halten. Dieser Prozess wird als Thermoregulation bezeichnet und beruht auf mehreren grundlegenden physikalischen Prinzipien:
Wärmeleitung: Der Körper verfügt über eine Vielzahl von Blutgefäßen, die sich in der Haut befinden. Bei erhöhter Körpertemperatur erweitern sich diese Gefäße, um die Durchblutung der Haut zu erhöhen. Dies ermöglicht eine bessere Wärmeableitung von der Körperoberfläche in die umgebende Umgebung. Schwitzen: Schwitzen ist ein wichtiger Mechanismus zur Kühlung des Körpers. Schweißdrüsen in der Haut produzieren Schweiß, der auf die Haut abgesondert wird. Wenn dieser Schweiß verdunstet, wird Wärme dem Körper entzogen, was zu einer Abkühlung führt. Wärmeabstrahlung: Der Körper strahlt Wärme in Form von Infrarotstrahlung ab. In einer Umgebung mit niedrigerer Temperatur als die Körpertemperatur verliert der Körper auf diese Weise Wärme. Wärmekonvektion: Durch die Bewegung der Luft um den Körper kann Wärme abgeführt werden. Wind oder Luftströmungen helfen, die Wärmeabfuhr zu erhöhen. Muskelaktivität: Wenn der Körper überhitzt, kann er die Muskelaktivität reduzieren, um die Wärmeerzeugung zu minimieren. Dies ist eine Schutzmaßnahme, um zusätzliche Wärme zu vermeiden.
Die Regulation der Körpertemperatur erfolgt hauptsächlich durch das autonome Nervensystem und das Hormonsystem. Wenn die Körpertemperatur zu hoch steigt, signalisiert der Hypothalamus im Gehirn die oben genannten Mechanismen, um den Körper abzukühlen. Dies geschieht durch Erweiterung der Blutgefäße, verstärktes Schwitzen und andere Prozesse.
Wenn diese Mechanismen nicht ausreichen und der Körper überhitzt, kann es zu Hitzestress führen, was gefährlich sein kann. Deshalb ist es wichtig, sich bei heißen Bedingungen angemessen zu kleiden, ausreichend Flüssigkeit zu sich zu nehmen und sich vor übermäßiger Sonneneinstrahlung zu schützen, um die Thermoregulation des Körpers zu unterstützen.
24
Q
Warum hat eine energetische Sanierung einen positiven Einfluss auf die thermische
Behaglichkeit? Nennen Sie mindestens vier Gründe!
A
besseres Regeln der Temperatur
- geringere Temperaturdifferenz zwischen Raum und Wandoberfläche
- besseres Regeln der Feuchte
- möglichst genaue Anpassung an Primärfaktoren möglich
25
Was ist die Operativtemperatur? Nennen Sie vier physikalische Gründe warum
diese für die Bewertung der thermischen Behaglichkeit gewichtiger ist, als die
Raumlufttemperatur!
Operativtemperatur: empfundene Raumtemperatur. Gründe:
- betrachtet die Luftgeschwindigkeit
- betrachtet die Oberflächentemperatur
- betrachtet die Lufttemperatur
26
Was ist die Feuchtkugeltemperatur?
Die niedrigste Temperatur, die sich durch direkte Verdunstungskühlung erreichen lässt
27
Was besagt der PMV und der PPD?
PMV: vorhergesagte mittlere Beurteilung nach 7-Punkte Skala (kalt bis heiß)
PPD: vorhergesagter Prozentsatz thermisch unzufriedener
27
Welche Einheit hat der Bekleidungsgrad und wie ist er definiert?
1 clo := Wenn ein erwachsener Druchschnittsmann sich bei 21 °C in seiner Kleidung
behaglich fühlt
27
Wie verändert sich das Verhalten von Thermorezeptoren mit der Temperatur?
Thermorezeptoren sind spezialisierte Sensoren, die Temperaturveränderungen in der Umgebung oder im Körper wahrnehmen und Informationen über diese Veränderungen an das Nervensystem weiterleiten. Das Verhalten von Thermorezeptoren ändert sich in Abhängigkeit von der Temperatur wie folgt:
1. **Kälteempfindliche Thermorezeptoren (Kälterezeptoren)**: Diese Rezeptoren sind empfindlich auf abfallende Temperaturen. Bei kühlen Temperaturen oder Kältereizen erhöhen sie ihre Aktivität und senden verstärkte Signale an das Nervensystem. Dies löst typischerweise eine Reaktion aus, um den Körper vor Kälte zu schützen, wie z.B. das Zusammenziehen der Blutgefäße in der Haut, um die Wärmeabgabe zu reduzieren, oder das Zittern der Muskulatur, um Wärme zu erzeugen.
2. **Wärmeempfindliche Thermorezeptoren (Wärmerezeptoren)**: Diese Rezeptoren sind empfindlich auf steigende Temperaturen. Bei warmen Temperaturen oder Wärmereizen erhöhen sie ihre Aktivität und senden verstärkte Signale an das Nervensystem. Dies kann dazu führen, dass der Körper Mechanismen zur Kühlung aktiviert, wie z.B. das Erweitern der Blutgefäße in der Haut, um die Wärmeabgabe zu erhöhen, oder verstärktes Schwitzen, um die Körpertemperatur zu senken.
3. **Nozizeptoren (Schmerzrezeptoren)**: Bei extremen Temperaturen, die potenziell schädlich für das Gewebe sind, können auch Nozizeptoren aktiviert werden. Diese Rezeptoren signalisieren Schmerz und Unbehagen und lösen Schutzreaktionen aus, um das Gewebe vor Schäden zu bewahren. Dies kann dazu führen, dass der Körper sich von der schädlichen Hitze oder Kälte entfernt oder geeignete Maßnahmen ergreift, um das Gewebe zu schützen.
Die Empfindlichkeit und Reaktion der Thermorezeptoren können je nach individueller Anpassung und Gewöhnung an bestimmte Temperaturen variieren. Bei anhaltender Exposition gegenüber extremen Temperaturen kann es zu einer verminderten Reaktion der Thermorezeptoren kommen, was zu gefährlichen Situationen führen kann, wenn der Körper nicht mehr effektiv auf Temperaturveränderungen reagiert. Dies ist ein Grund, warum es wichtig ist, sich in extremen Temperaturbedingungen bewusst zu sein und geeignete Schutzmaßnahmen zu ergreifen.
28
Warum gibt es immer 5% „Motzer“ bei der thermischen Behaglichkeit?
Weil thermische Behaglichkeit eine Subjektive Größe ist und sich jeder bei einem anderen
Klima wohl fühlen
29
Beschreiben Sie mit eigenen Worten die Wärmebilanzgleichung des Körpers!
Die Wärmebilanzgleichung des Körpers beschreibt, wie der Körper mit Wärme umgeht, um seine Temperatur auf einem stabilen Niveau zu halten. Im Wesentlichen berücksichtigt diese Gleichung alle Wärmequellen und -verluste des Körpers, um festzustellen, ob er Wärme aufnimmt oder abgibt. Hier ist eine vereinfachte Beschreibung der Wärmebilanzgleichung:
Die Wärmebilanz des Körpers (H) ist gleich der Summe der Wärme, die er aufnimmt (Qin) minus der Wärme, die er abgibt (Qout):
H = Qin - Qout
**Wärmeaufnahme (Qin):** Dieser Teil der Gleichung bezieht sich auf die Wärme, die der Körper von außen aufnimmt. Dies kann durch äußere Einflüsse wie Sonneneinstrahlung oder durch die Aufnahme warmer oder kalter Nahrung und Flüssigkeiten erfolgen. Der Körper kann auch Wärme durch Stoffwechselprozesse (intern erzeugte Wärme) erzeugen, die als endogene Wärmequelle betrachtet werden.
**Wärmeabgabe (Qout):** Dieser Teil der Gleichung bezieht sich auf die Wärme, die der Körper an seine Umgebung abgibt. Der Hauptmechanismus der Wärmeabgabe ist die Strahlungswärmeabgabe von der Körperoberfläche in Form von Infrarotstrahlung. Weitere Mechanismen umfassen die Wärmeabgabe durch Verdunstung von Schweiß, Konvektion (Wärmeübertragung an die umgebende Luft) und Leitung (Wärmeübertragung durch direkten Kontakt mit kühlen oder warmen Oberflächen).
Die Wärmebilanz des Körpers ist entscheidend, um seine Kerntemperatur auf einem relativ konstanten Niveau zu halten, normalerweise bei etwa 37 Grad Celsius (98,6 Grad Fahrenheit). Wenn die Wärmeaufnahme größer ist als die Wärmeabgabe, erhöht sich die Körpertemperatur, was zu Überhitzung führen kann. Wenn die Wärmeabgabe größer ist als die Wärmeaufnahme, sinkt die Körpertemperatur, was zu Unterkühlung führen kann.
Der Körper reguliert die Wärmebilanz aktiv durch Mechanismen wie Schwitzen, Blutgefäßverengung oder -erweiterung und Muskelaktivität, um sicherzustellen, dass die Körpertemperatur in einem sicheren Bereich bleibt und lebenswichtige Organe ordnungsgemäß funktionieren können.
30
Nennen Sie je vier Beispiele für intensive und extensive physikalische Größen
extensiv:
- Masse
- Volumen
- Entropie
- innere Energie
intensiv:
- Dichte
- Temperatur
- Druck
- relative Luftfeuchte
31
Was beschreibt die thermische Zustandsgleichung? Nennen Sie drei Beispiele
in der Gebäudetechnik bei der diese direkte Anwendung findet!
Der Druck, das spezifische Volumen und die Temperatur hängen miteinander zusammen.
Anwendungen:
- Wärmepumpen
- Schwerkraftheizungen
32
Was ist Enthalpie?
Die Enthalpie beschreibt die Energieänderung in einem System
33
Welche Wärmekapazitäten gibt es? Erklären Sie die jeweilige Bedeutung anhand
der Einheit!
Die Enthalpie beschreibt die Energieänderung in einem System
34
Welche Möglichkeiten gibt es, den Energiebedarf eines Gebäudes zu ermitteln?
Gradtagszahlmethode
- Monatsbilanzverfahren
- analytisch
35
Was sind die Voraussetzungen für die Verwendung der Gradtagszahlmethode?
Nutzerverhalten wiederholt sich zyklisch
- Außentemperatur wiederholt sich jährlich zyklisch
36
Was ist die Gradtagszahl und wo findet die korrigierte Gradtagszahl Anwendung?
Summe der Temperaturdifferenzen zwischen Innen- und Tagesmitteltemperatur während der
Heizperiode
37
Nennen Sie vier Punkte, so dass die Ergebnisse der Gradtagszahlmethode dem
Monatsbilanzverfahren nach DIN 4108-6 entsprechen!
keine transparente Wärmedämmung
- keine Glasvorbauten
- Glasflächenanteil kleiner als 30%
- Bilanzierung über ganze Heizperiode
38
Von welchen Einflussfaktoren hängt die Heizgrenztemperatur ab? Vier Nennungen!
Gebäudenutzungstyp
- Innentemperatur und Luftwechsel
- Verhältnis von Wärmegewinnen zu Wärmeverlusten
- Heizleistung am kältesten Tag
- Baualtersklasse (Dämmstandard)
39
Welche Arten von Wärmebrücken finden Sie immer seltener in Neubauten?
In modernen Neubauten werden immer seltener bestimmte Arten von Wärmebrücken gefunden, da Baustandards und -praktiken sich weiterentwickeln, um die Energieeffizienz von Gebäuden zu verbessern. Hier sind einige Arten von Wärmebrücken, die in Neubauten immer seltener auftreten:
1. **Ungedämmte oder schlecht gedämmte Außenwände**: Früher wurden Außenwände häufig mit unzureichender oder ineffizienter Dämmung gebaut, was zu erheblichen Wärmebrücken führte. Moderne Baupraktiken legen einen stärkeren Fokus auf hochwertige Dämmmaterialien und eine durchgängige Dämmschicht, um Wärmebrücken zu minimieren.
2. **Kalterückstrahlung von Fenstern**: Ältere Fenster hatten oft einfache Verglasungen und schlechte Wärmeschutzeigenschaften, was zu einer signifikanten Kälteübertragung oder Kälterückstrahlung führte. In modernen Neubauten werden energieeffiziente Fenster mit Doppel- oder Dreifachverglasung verwendet, um diese Art von Wärmebrücken zu minimieren.
3. **Schlecht isolierte Balkone und Terrassen**: Früher wurden Balkone und Terrassen häufig unzureichend isoliert und führten zu erheblichen Wärmebrücken in den darunterliegenden Räumen. Moderne Konstruktionsmethoden berücksichtigen eine bessere thermische Isolierung für diese Bauteile.
4. **Anschlusspunkte zwischen verschiedenen Baumaterialien**: In der Vergangenheit wurden Gebäude oft aus verschiedenen Materialien gebaut, die unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten aufwiesen. Dies führte zu Wärmebrücken an den Anschlusspunkten dieser Materialien. In modernen Neubauten werden diese Übergänge sorgfältig geplant und gedämmt, um Wärmebrücken zu minimieren.
5. **Ungedämmte oder schlecht gedämmte Dachstühle und Decken**: Früher wurden Dachstühle und Decken oft unzureichend gedämmt, was zu erheblichem Wärmeverlust führen konnte. Moderne Baupraktiken setzen auf eine bessere Dämmung von Dächern und Decken, um Wärmebrücken zu verhindern.
Diese Fortschritte in der Bautechnik und im Baustandard sind darauf ausgerichtet, die Energieeffizienz von Gebäuden zu erhöhen, die Wärmeverluste zu minimieren und den Wohnkomfort zu steigern. Dies ist besonders wichtig im Hinblick auf den Klimawandel und die Bemühungen, den Energieverbrauch in Gebäuden zu reduzieren.
40
Wie lautet die Bilanzgleichung für den Heizwärmebedarf?
Die Bilanzgleichung für den Heizwärmebedarf eines Gebäudes lautet:
**Heizwärmebedarf = Wärmeverluste - Wärmegewinne**
Hier eine nähere Erläuterung:
1. **Wärmeverluste**: Dieser Teil der Gleichung bezieht sich auf die Menge an Wärme, die ein Gebäude aufgrund von Wärmeübertragung durch Wärmebrücken, Konvektion, Leitung, Strahlung und andere Mechanismen verliert. Dies sind die Prozesse, durch die Wärme aus dem Inneren des Gebäudes nach außen entweicht. Je höher die Wärmeverluste sind, desto mehr Heizenergie wird benötigt, um die Raumtemperatur aufrechtzuerhalten.
2. **Wärmegewinne**: Dieser Teil der Gleichung bezieht sich auf die Menge an Wärme, die in das Gebäude gelangt, normalerweise durch Sonneneinstrahlung, interne Wärmeerzeugung (z.B. von elektrischen Geräten oder menschlicher Aktivität) und Wärmeübertragung aus benachbarten beheizten Räumen. Wärmegewinne sind die Prozesse, durch die Wärme von außen oder aus anderen Räumen in das Gebäude gelangt.
Die Bilanzgleichung für den Heizwärmebedarf ist entscheidend für die Berechnung der Heizlast eines Gebäudes, was wiederum bei der Auswahl und Dimensionierung von Heizsystemen und Wärmedämmmaßnahmen hilft. Um ein energieeffizientes Gebäude zu gestalten, ist es wichtig, die Wärmeverluste zu minimieren und die Wärmegewinne zu maximieren. Dies kann durch eine effektive Wärmedämmung, den Einsatz von energieeffizienten Fenstern und Türen sowie die Optimierung der Gebäudeausrichtung und -belüftung erreicht werden.
41
Welche physikalischen Faktoren beeinflussen den Lüftungswärmeverlust sowie
den Transmissionswärmeverlust?
Lüftungswärmeverlust:
- Windgeschwindigkeit
- Windrichtung
- Temperaturdifferenz zwischen Innen und Außen
- Gebäudeform
- Dichtheit des Gebäudes
- Lüftungsgewohnheiten der Nutzer
- Lüftungssystem
Transmissionwärmeverluste
- mittlerer Gebäude U-Wert
- Außenfläche
- Temperaturdifferenz
42
Wie viele Gleichungen müssen Sie beim Monatsbilanzverfahren mehr lösen, als
bei der Gradtagszahlmethode? Listen Sie die Zusammenhänge auf!
11 mehr
Das Monatsbilanzverfahren und die Gradtagszahlmethode sind zwei verschiedene Ansätze zur Berechnung des Heizenergiebedarfs eines Gebäudes. Die Anzahl der Gleichungen, die in diesen beiden Methoden gelöst werden müssen, kann variieren, abhängig von den genauen Bedingungen und der Genauigkeit, die erreicht werden sollen. Hier ist eine allgemeine Betrachtung der Anzahl der Gleichungen in beiden Methoden:
Monatsbilanzverfahren:
Beim Monatsbilanzverfahren wird der Heizenergiebedarf für jeden Monat separat berechnet. Dies erfordert normalerweise die Lösung einer Gleichung pro Monat. Die Gleichung lautet:
Heizenergiebedarf im Monat = Wärmeverluste im Monat - Wärmegewinne im Monat
Die Anzahl der Gleichungen entspricht daher der Anzahl der Monate im Betrachtungszeitraum. Wenn Sie den Jahresverbrauch berechnen möchten, müssten Sie die monatlichen Berechnungen addieren.
Gradtagszahlmethode:
Bei der Gradtagszahlmethode wird der Heizenergiebedarf über einen längeren Zeitraum, normalerweise ein Jahr, berechnet. Diese Methode verwendet ein Indexsystem, das auf Gradtagen basiert, um die Temperaturänderungen über die Heizperiode hinweg zu berücksichtigen. Die Gleichungen, die gelöst werden müssen, sind in der Regel weniger zahlreich als beim Monatsbilanzverfahren.
Die Hauptgleichung der Gradtagszahlmethode lautet:
Heizenergiebedarf = Heizgradtage * Gradtagzahlkoeffizient
Hier sind die Zusammenhänge:
Monatsbilanzverfahren: Die Anzahl der Gleichungen entspricht der Anzahl der Monate im Betrachtungszeitraum. Dies ermöglicht eine detaillierte Analyse der saisonalen Schwankungen des Heizenergiebedarfs.
Gradtagszahlmethode: Die Anzahl der Gleichungen ist normalerweise kleiner, da die Methode den Fokus auf den gesamten Heizzeitraum legt und die Temperaturänderungen über diesen Zeitraum berücksichtigt. Sie ist oft einfacher und weniger rechenaufwändig.
Die Wahl zwischen diesen beiden Methoden hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter die Genauigkeit, die erforderlich ist, die Verfügbarkeit von Daten und die Komplexität des Gebäudes. Die Gradtagszahlmethode wird oft für grobe Schätzungen und Vergleiche verwendet, während das Monatsbilanzverfahren eine genauere Analyse ermöglicht, die jedoch mehr Daten und Rechenzeit erfordert.
43
Welche Einflüsse berücksichtigt der Verschattungsfaktor FS?
Die Verschattung durch Wände, Gebäude oder durch Überhänge
44
In welchem Bereich liegt der Gesamtenergiedurchlassgrad für Sonnenschutzfenster?
Warum ist die Verwendung von Sonnenschutzfenstern kritisch zu betrachten?
Der Gesamtenergiedurchlassgrad (g-Wert) für Sonnenschutzfenster kann je nach Art des Sonnenschutzes und des Fensterglases variieren, liegt jedoch normalerweise zwischen 0,1 und 0,6. Der g-Wert gibt an, wie viel Sonnenenergie (sowohl sichtbares Licht als auch Infrarotstrahlung) durch das Fenster hindurchgelassen wird. Ein niedrigerer g-Wert bedeutet, dass weniger Sonnenenergie in das Gebäude eindringt, während ein höherer g-Wert mehr Sonnenenergie durchlässt.
Die Verwendung von Sonnenschutzfenstern ist kritisch zu betrachten, weil:
1. **Überhitzung verhindert werden muss**: Sonnenschutzfenster sollen dazu beitragen, die Überhitzung von Räumen an sonnigen Tagen zu verhindern. In Gebieten mit starker Sonneneinstrahlung oder in Räumen mit großen Fensterflächen kann eine unzureichende Sonnenschutzmaßnahme dazu führen, dass die Innentemperaturen stark ansteigen, was den Wohnkomfort beeinträchtigt und den Energiebedarf für die Kühlung erhöht.
2. **Energieeffizienz**: Ineffektiver Sonnenschutz kann den Energiebedarf für die Kühlung des Gebäudes erhöhen. Dadurch steigen die Energiekosten und die Umweltauswirkungen durch den höheren Stromverbrauch. Effiziente Sonnenschutzfenster können dazu beitragen, den Energieverbrauch zu senken und die Nachhaltigkeit des Gebäudes zu verbessern.
3. **Blendung und UV-Schutz**: Sonnenschutzfenster sollten nicht nur die Hitze reduzieren, sondern auch vor Blendung schützen und die schädlichen UV-Strahlen der Sonne blockieren. Blendung kann die Sicht und den Arbeitskomfort beeinträchtigen, während UV-Strahlen Schäden an Möbeln und Materialien verursachen können.
4. **Gebäudegestaltung**: Die Wahl des richtigen Sonnenschutzes ist auch aus ästhetischen Gründen wichtig. Ein ungeechter Sonnenschutz kann das Erscheinungsbild eines Gebäudes beeinträchtigen. Daher müssen Architekten und Designer bei der Auswahl von Sonnenschutzlösungen sowohl die Funktionalität als auch das Design berücksichtigen.
Insgesamt ist die Auswahl und Installation von Sonnenschutzfenstern von entscheidender Bedeutung, um den Wohnkomfort zu verbessern, den Energieverbrauch zu reduzieren und den langfristigen Wert eines Gebäudes zu erhalten. Die spezifische Wahl der Sonnenschutzlösung hängt von den klimatischen Bedingungen, den architektonischen Anforderungen und den individuellen Präferenzen ab.
45
Skizzieren Sie die Wärmequellen und –senken im Juli und Dezember in Aachen!
Die Wärmequellen und -senken in einer Stadt wie Aachen im Juli und Dezember können aufgrund der saisonalen Unterschiede in der Temperatur und der Aktivitäten variieren. Hier ist eine grobe Skizzierung der Wärmequellen und -senken in diesen beiden Monaten:
**Juli (Sommer)**:
1. **Wärmequellen**:
- **Sonneneinstrahlung**: Die Hauptwärmequelle im Juli ist die Sonneneinstrahlung. Die Sonne strahlt intensives sichtbares Licht und Infrarotstrahlung aus und trägt zur Erwärmung der Stadt bei.
- **Menschliche Aktivitäten**: Die menschliche Aktivität in Form von Heizung und Kühlung von Gebäuden, Verkehr, Industrie und Haushaltsgeräten erzeugt Wärme.
2. **Wärmeabsenkungen**:
- **Nachtzeit**: In den Sommernächten sinken die Temperaturen normalerweise ab, was eine natürliche Abkühlung der Stadt ermöglicht.
- **Grüne Flächen**: Bäume, Pflanzen und Grünflächen können zur natürlichen Kühlung der Stadt beitragen, indem sie Schatten spenden und Verdunstungseffekte haben.
**Dezember (Winter)**:
1. **Wärmequellen**:
- **Menschliche Aktivitäten**: In den Wintermonaten wird viel Wärme durch das Heizen von Gebäuden erzeugt. Das Verbrennen von Brennstoffen zur Erzeugung von Raumwärme in Heizsystemen ist eine der Hauptwärmequellen.
- **Beleuchtung und elektrische Geräte**: Die verstärkte Nutzung von Beleuchtung und elektrischen Geräten in den Wintermonaten führt zu zusätzlicher Abwärme in Gebäuden.
2. **Wärmeabsenkungen**:
- **Kälte**: Die niedrigeren Temperaturen im Dezember tragen zur Abkühlung der Stadt bei. Es gibt weniger Sonneneinstrahlung und längere Nächte.
- **Niedrigere Aktivität**: In den Wintermonaten kann die Aktivität im Freien reduziert sein, was weniger Abwärme von Verkehr und Industrie bedeutet.
Bitte beachten Sie, dass dies allgemeine Trends sind und spezifische Wärmequellen und -senken in Aachen je nach den klimatischen Bedingungen, der Bausubstanz und den Aktivitäten in der Stadt variieren können. Eine detaillierte Analyse würde genaue Messungen und Daten erfordern.
46
Nennen sie vier Gründe warum die wirksame Speicherfähigkeit für die Berechnung
des Jahresheizwärmebedarfs von Nöten ist? Warum kann Sie bei der Heizlast
vernachlässigt werden?
Die wirksame Speicherfähigkeit ist ein wichtiger Parameter bei der Berechnung des Jahresheizwärmebedarfs eines Gebäudes. Hier sind vier Gründe, warum sie notwendig ist:
1. **Berücksichtigung von Wärmespeicherung**: Die wirksame Speicherfähigkeit eines Gebäudes gibt an, wie viel Wärme das Gebäude speichern kann. Diese Speicherfähigkeit ist wichtig, um die Verzögerung zwischen der Wärmezufuhr (Heizung) und dem Eintreten der gewünschten Raumtemperatur zu verstehen. Ohne die Berücksichtigung der Speicherfähigkeit würde die Berechnung des Jahresheizwärmebedarfs die tatsächlichen Temperaturschwankungen im Gebäude nicht korrekt widerspiegeln.
2. **Ermittlung des Einflusses der Außentemperatur**: Die wirksame Speicherfähigkeit hilft dabei, wie stark die Außentemperatur die Innentemperatur beeinflusst. Dies ist wichtig, um den Energiebedarf für die Raumheizung über das gesamte Jahr hinweg zu verstehen. Wenn die Speicherfähigkeit nicht berücksichtigt wird, könnten die Berechnungen zu ungenauen Ergebnissen führen.
3. **Optimierung von Heizsystemen**: Kenntnisse über die Speicherfähigkeit ermöglichen es, Heizsysteme besser zu optimieren. Durch die Berücksichtigung der Zeitverzögerung zwischen Wärmezufuhr und Raumtemperatur können Heizsysteme so gesteuert werden, dass sie effizienter arbeiten und den Energieverbrauch reduzieren.
4. **Einschätzung der thermischen Behaglichkeit**: Die Speicherfähigkeit beeinflusst auch die thermische Behaglichkeit der Bewohner. Die Kenntnis darüber, wie schnell sich die Raumtemperatur ändert, kann dazu beitragen, dass Heizsysteme so eingestellt werden, dass die Temperatur in einem angenehmen Bereich gehalten wird.
Im Gegensatz dazu kann die wirksame Speicherfähigkeit bei der Berechnung der Heizlast vernachlässigt werden aus folgenden Gründen:
1. **Heizlastberechnung ist zeitlich begrenzt**: Die Heizlastberechnung bezieht sich normalerweise auf einen kurzen Zeitraum, in der Regel auf den höchsten Wärmebedarf während eines Wintertages. In diesem Kontext ist die zeitliche Verzögerung aufgrund der Speicherfähigkeit in der Regel von geringerer Bedeutung.
2. **Berechnung für den aktuellen Bedarf**: Die Heizlastberechnung zielt darauf ab, den Energiebedarf zu ermitteln, der erforderlich ist, um den aktuellen Wärmebedarf zu decken. Es ist weniger relevant, wie viel Wärme im Gebäude gespeichert wird, sondern vielmehr, wie viel Wärme gerade benötigt wird.
Insgesamt ist die wirksame Speicherfähigkeit eine wichtige Größe bei der Berechnung des Jahresheizwärmebedarfs, um den Energiebedarf eines Gebäudes über einen längeren Zeitraum zu verstehen und zu optimieren. In der Heizlastberechnung konzentriert man sich hingegen auf die kurzfristige Berechnung des aktuellen Heizbedarfs.
Wieso nicht bei der Heizlast?
Die Heizlast ist für die Dimensionierung der Heizung wichtig und schätzt den ungünstigsten
Fall ab. In diesem muss man davon ausgehen, dass es keine Speichermasse gibt.
47
Skizzieren Sie den Ausnutzungsgrad qualitativ über das Jahr in einem Diagramm!
Leider kann ich Ihnen keine Diagramme oder Skizzen anzeigen, da mein Text-Interface dies nicht unterstützt. Allerdings kann ich Ihnen erklären, wie Sie den qualitativen Verlauf des Ausnutzungsgrades über das Jahr hinweg skizzieren können:
Der Ausnutzungsgrad im Zusammenhang mit Energieeffizienz oder erneuerbaren Energien kann über das Jahr hinweg stark variieren. Ein qualitatives Diagramm kann diesen Verlauf beschreiben. Hier ist eine textbasierte Beschreibung, wie Sie dies darstellen könnten:
Auf der x-Achse (horizontal) stellen Sie die Monate des Jahres dar, von Januar bis Dezember. Auf der y-Achse (vertikal) stellen Sie den Ausnutzungsgrad dar, wobei 0% die geringste Effizienz und 100% die höchste Effizienz repräsentiert.
Die Kurve kann qualitativ wie folgt aussehen:
- Im Wintermonaten (Januar bis März) ist der Ausnutzungsgrad möglicherweise niedrig, da die Heizung stärker in Anspruch genommen wird, um die Innenräume warm zu halten.
- Im Frühjahr (April bis Juni) kann der Ausnutzungsgrad allmählich steigen, da die Temperaturen milder werden und weniger Heizenergie benötigt wird.
- Im Sommer (Juli bis September) könnte der Ausnutzungsgrad seinen Höhepunkt erreichen, da die Gebäudekühlung durch natürliche Belüftung oder erneuerbare Kühlsysteme effizienter ist.
- Im Herbst (Oktober bis Dezember) kann der Ausnutzungsgrad wieder abnehmen, da die Heizung wieder mehr benötigt wird.
Dies ist jedoch eine vereinfachte qualitative Darstellung. Die tatsächliche Ausnutzungseffizienz hängt von verschiedenen Faktoren ab, einschließlich der Gebäudeisolierung, der verwendeten Heiz- und Kühlsysteme sowie der Nutzung erneuerbarer Energiequellen. Eine genauere quantitative Analyse würde die Berücksichtigung von Daten und Messungen erfordern, um den genauen Verlauf des Ausnutzungsgrades über das Jahr hinweg zu verstehen.
48
Welche Faktoren beeinflussen solare Wärmegewinne?
Solare Einstrahlung
- Abminderungsfaktor infolge des Fensterrahmens
- Verschattungsfaktor
- Abminderungsfaktor für Sonnenschutzvorrichtungen
- Gesamtenergiedurchlassgrad
- Fensterfläche
49
Was ist ein KFW-Effizienzhaus?
Ein Energiestandard für Wohngebäude der Kreditanstalt für Wiederaufbau
50
Was ist der Unterschied zwischen Heizlast und Jahresheizwärmebedarf?
Heizlast: Leistung, die die Heizung im schlechtesten Fall leisten muss
Jahresheizwärmebedarf: Energiemenge, die man im Jahr zum Heizen braucht
51
Welche Annahmen werden für die Heizlastberechnung getroffen?
Gleichmäßige Temperaturverteilung
- stationärer Zustand
- Konstante Werte
52
Wann können Sie das Hüllflächenverfahren für die Heizlastberechnung nicht
mehr anwenden?
Das Hüllflächenverfahren ist eine Methode zur Berechnung der Heizlast eines Gebäudes, bei der die Wärmeübertragung durch die Gebäudehülle und die Belüftung berücksichtigt wird. Diese Methode ist in der Regel für viele Gebäudeanwendungen geeignet, aber es gibt bestimmte Situationen, in denen sie möglicherweise nicht mehr angewendet werden kann oder weniger genau ist. Hier sind einige Fälle, in denen das Hüllflächenverfahren eingeschränkt sein kann:
1. **Komplexe Geometrie**: Wenn ein Gebäude eine äußerst komplexe Geometrie hat, mit unregelmäßigen Formen, überhängenden Teilen oder vielen Erkern und Vorsprüngen, kann das Hüllflächenverfahren die Wärmeübertragung möglicherweise nicht genau modellieren. In solchen Fällen kann eine detailliertere Simulation erforderlich sein.
2. **Wärmebrücken**: Das Hüllflächenverfahren kann Wärmebrücken in der Gebäudehülle nur begrenzt berücksichtigen. Wenn Wärmebrücken eine erhebliche Rolle spielen, ist eine spezifischere Analyse erforderlich.
3. **Innenwärmequellen**: Wenn es im Gebäude signifikante interne Wärmequellen gibt, wie z.B. industrielle Prozesse oder eine hohe Anzahl von Personen, kann dies die Genauigkeit der Heizlastberechnung beeinflussen. Das Hüllflächenverfahren berücksichtigt möglicherweise nicht alle internen Wärmequellen.
4. **Ungewöhnliche Gebäudenutzung**: Bei Gebäuden mit ungewöhnlicher Nutzung, wie beispielsweise Gewächshäusern oder industriellen Produktionsstätten mit speziellen Anforderungen, kann das Hüllflächenverfahren nicht ausreichend genau sein.
5. **Veränderungen im Betrieb**: Wenn ein Gebäude in der Praxis nicht so betrieben wird wie in den Berechnungen angenommen (z.B. unterschiedliche Nutzungszeiten oder Nutzungsänderungen), kann die tatsächliche Heizlast erheblich von den Berechnungen abweichen.
In diesen Fällen kann es notwendig sein, eine detailliertere thermische Analyse oder Simulation durchzuführen, um die Heizlast genauer zu bestimmen. Dies kann den Einsatz von Simulationssoftware oder eine spezielle Ingenieurstudie erfordern, um die spezifischen Anforderungen des Gebäudes und seiner Nutzung zu berücksichtigen.
53
Nennen Sie vier Räume in Wohngebäude für die die zusätzliche Aufheizleistung
berücksichtigt werden muss!
Schlafzimmer
- Badezimmer
Wintergarten
Arbeitszimmer oder Büro
54
Stellen Sie den mathemathischen Zusammenhang zwischen Heizlast und Jahresheizwärmebedarf
auf! Wie können Sie aus dem Jahresheizwärmebedarf die
Heizlast abschätzen?
Jahresheizwärmebedarf = Heizlast * Anzahl der Stunden im Jahr
55
Skizzieren Sie das Ablaufschema für die detailliere Heizlastberechnung!
Die detaillierte Heizlastberechnung für ein Gebäude erfordert eine systematische Herangehensweise, bei der verschiedene Schritte durchgeführt werden. Hier ist ein Ablaufschema für die detaillierte Heizlastberechnung:
1. **Datenerfassung**:
- Sammeln Sie alle notwendigen Daten, darunter Gebäudepläne, Baustoffeigenschaften, Baugenehmigungen, Standortdaten, Klimadaten und Informationen zu Heizungs- und Lüftungssystemen.
2. **Gebäudegeometrie und -flächen**:
- Erfassen Sie die genaue Geometrie des Gebäudes, einschließlich seiner Außenabmessungen, Fenster, Türen, Dachflächen und Wände. Berechnen Sie die Gesamtfläche dieser Elemente.
3. **U-Werte und Baustoffeigenschaften**:
- Bestimmen Sie die U-Werte (Wärmedurchgangskoeffizienten) und andere thermische Eigenschaften der Baustoffe, die in Wänden, Fenstern, Türen und dem Dach verwendet werden.
4. **Luftdichtigkeit und Wärmebrücken**:
- Berücksichtigen Sie die Luftdichtigkeit des Gebäudes und identifizieren Sie mögliche Wärmebrücken, die zusätzliche Wärmeverluste verursachen können.
5. **Innentemperatur und Behaglichkeit**:
- Legen Sie die gewünschten Innentemperaturen für verschiedene Räume und Nutzungsbereiche des Gebäudes fest. Berücksichtigen Sie die thermische Behaglichkeit.
6. **Klimadaten**:
- Nutzen Sie Klimadaten für den Standort des Gebäudes, um die Außentemperaturprofile für verschiedene Zeiträume im Jahr zu erhalten.
7. **Raum-für-Raum-Analyse**:
- Führen Sie eine Raum-für-Raum-Analyse durch, bei der die Wärmeübertragung in jedem Raum, einschließlich Wärmequellen, Wärmeverlusten und Wärmegewinnen, berücksichtigt wird.
8. **Luftwechselrate**:
- Berücksichtigen Sie die Luftwechselrate und die Lüftungssysteme, um die notwendige Frischluftzufuhr zu bestimmen.
9. **Simulation und Berechnung**:
- Verwenden Sie spezialisierte Software oder Berechnungsmethoden, um die Heizlast für jeden Raum und insgesamt für das gesamte Gebäude zu ermitteln. Diese Berechnung berücksichtigt alle relevanten Parameter, darunter Außentemperatur, Gebäudegeometrie, Baustoffeigenschaften, Luftwechselrate und Innentemperaturen.
10. **Zusätzliche Lasten**:
- Berücksichtigen Sie zusätzliche Wärmequellen wie Beleuchtung, elektrische Geräte und interne Wärmequellen (z.B. von Personen).
11. **Ergebnisse und Empfehlungen**:
- Präsentieren Sie die berechnete Heizlast für jeden Raum und das gesamte Gebäude. Geben Sie Empfehlungen zur Dimensionierung von Heizungssystemen und zur Optimierung der Energieeffizienz.
12. **Qualitätskontrolle**:
- Überprüfen Sie die Berechnungen und Daten auf Genauigkeit und Konsistenz. Führen Sie gegebenenfalls Korrekturen durch.
13. **Dokumentation**:
- Dokumentieren Sie alle Berechnungen, Annahmen und Ergebnisse in einem Bericht, der für Planung und Ausführung verwendet werden kann.
Die detaillierte Heizlastberechnung ist ein wichtiger Schritt bei der Planung von Heizsystemen für Gebäude und hilft dabei, die richtige Größe und Art der Heizanlagen zu bestimmen, um den Wohnkomfort und die Energieeffizienz sicherzustellen.
56
Was ist der äquivalente U-Wert und wofür benötigen Sie ihn?
Zur Berechnung von an das Erdreich grenzende Bauteile
56
Welche drei energetischen Nachteile hat das Heizlastverfahren?
Das Heizlastverfahren ist eine gängige Methode zur Berechnung des Wärmebedarfs eines Gebäudes für die Raumheizung. Es hat jedoch einige energetische Nachteile und Einschränkungen. Hier sind drei davon:
1. **Statische Berechnung**: Das Heizlastverfahren basiert auf statischen Annahmen und Momentaufnahmen der Gebäudeparameter. Es berücksichtigt nicht die dynamischen Veränderungen, die im Laufe eines Tages oder einer Saison auftreten können, wie z.B. Änderungen in der Sonneneinstrahlung, in der Nutzung der Räume oder in den Außentemperaturen. Dies kann dazu führen, dass die berechnete Heizlast nicht immer genau den tatsächlichen Bedingungen entspricht.
2. **Fehlende Berücksichtigung erneuerbarer Energien**: Das Heizlastverfahren konzentriert sich auf den Wärmebedarf für die Raumheizung und berücksichtigt normalerweise nicht die Möglichkeiten zur Nutzung erneuerbarer Energien, wie z.B. Solarthermie oder Wärmepumpen. Es kann daher nicht vollständig beurteilen, wie effizient und nachhaltig das Heizsystem eines Gebäudes ist.
3. **Potenzielle Überdimensionierung**: Das Heizlastverfahren neigt dazu, den Wärmebedarf in kalten Spitzenzeiten zu berechnen, was zu einer Überdimensionierung von Heizsystemen führen kann. Dies kann zu unnötig hohen Investitionskosten und einem höheren Energieverbrauch führen, da die Heizanlage möglicherweise größer ist, als für den durchschnittlichen Bedarf erforderlich wäre.
Um diese Nachteile zu überwinden und eine genauere Bewertung der Energieeffizienz und Nachhaltigkeit von Gebäuden durchzuführen, können ergänzende Berechnungsmethoden und Simulationen eingesetzt werden. Hierzu gehören dynamische Gebäudesimulationen und die Berücksichtigung erneuerbarer Energiesysteme, um eine umfassendere Analyse der Energieeffizienz eines Gebäudes zu ermöglichen.
56
Welche Bedeutung hat der Mindestvolumenstrom der Lüftung?
Der Mindestvolumenstrom der Lüftung ist ein wichtiger Parameter in Lüftungssystemen und spielt eine entscheidende Rolle für die Luftqualität und den Betrieb eines Gebäudes. Er bezieht sich auf die minimale Menge an Frischluft, die in einen Raum oder ein Gebäude geliefert werden muss, um sicherzustellen, dass die Luftqualität akzeptabel ist. Die Bedeutung des Mindestvolumenstroms der Lüftung liegt in mehreren Aspekten:
1. **Luftqualität**: Der Mindestvolumenstrom gewährleistet, dass ausreichend frische Luft in den Innenraum gelangt, um Verunreinigungen, Gerüche, Feuchtigkeit und Schadstoffe zu verdünnen und abzuführen. Dies ist entscheidend für die Gesundheit und das Wohlbefinden der Bewohner oder Nutzer des Gebäudes.
2. **Vermeidung von Schimmelbildung**: Ein ausreichender Mindestvolumenstrom ist notwendig, um die Luftfeuchtigkeit auf einem akzeptablen Niveau zu halten. Dies hilft, die Bildung von Schimmel und anderen Feuchtigkeitsproblemen in Gebäuden zu verhindern.
3. **Sicherstellung der Behaglichkeit**: Eine gute Luftqualität und ausreichende Belüftung tragen zur Behaglichkeit der Räume bei. Dies ist wichtig, um sicherzustellen, dass die Menschen sich in den Räumen wohl und produktiv fühlen.
4. **Energieeffizienz**: Der Mindestvolumenstrom muss so bemessen sein, dass er die erforderliche Luftqualität sicherstellt, aber gleichzeitig nicht zu unnötigem Energieverbrauch führt. Die richtige Dimensionierung der Lüftung ist entscheidend, um Energiekosten zu optimieren.
5. **Brandschutz**: In einigen Fällen ist der Mindestvolumenstrom der Lüftung auch für den Brandschutz wichtig. Er kann dazu beitragen, Rauch und gefährliche Gase im Falle eines Brandes abzuführen und die Fluchtwege für Menschen sicherer zu machen.
Der Mindestvolumenstrom der Lüftung wird in der Regel basierend auf nationalen oder regionalen Normen und Vorschriften festgelegt. Diese Normen berücksichtigen Faktoren wie Raumgröße, Nutzung, Personenanzahl und die Art der Aktivitäten im Raum. Es ist wichtig, dass die Lüftungssysteme in Gebäuden so ausgelegt sind, dass sie diesen Anforderungen gerecht werden, um eine gute Luftqualität und die Sicherheit der Bewohner oder Nutzer zu gewährleisten.
57
Nach welchen vier Kategorien können Sie Heizungsanlagen unterteilen?
Lage der Wärmeerzeugung
- Energieeinsatz
- Wärmeträger
- Art der Wärmeabgabe
58
Nennen Sie sechs Aufgaben einer Heizungsanlage!
Empfindungstemperatur möglichst gleichmäßig
- regelbar sein
- die Raumluft soll nicht verschlechtert werden
- Heizkörper sollen leicht zu reinigen und architektonisch ansprechend sein
- Zugfrei und ohne störende Luftströmung sein
- kostengünstig in Anschaffung und Betrieb sein
- umweltfreundlich sein
59
Nennen Sie drei Beispiele für Einzelheizungen!
offene Kamine
- Kaminöfen
- Kachelofen
- Eiserne Öfen
60
Erklären Sie mit Hilfe sechs physikalischer Gründe, warum eine Warmwasserheizung
in Wohngebäuden zur Anwendung kommt!
Einfachheit der Bedienung
- große Betriebssicherheit
- milde und angenehme Erwärmung
- gute zentrale Regelbarkeit
- gute dezentrale Regelbarkeit
- geringe Korrosionsschäden → lange Lebensdauer
61
Auf welchem physikalischen Prinzip basiert eine Schwerkraftheizung? Nennen
Sie vier Gründe warum Sie diese nur im Altbau wiederfinden!
Prinzip: unterschiedliche Dichte bei unterschiedlicher Temperatur (Thermodynamik)
Nur im Altbau, da große Nachteile:
- große Nennweiten der Rohrdurchmesser aufgrund der geringen Umtriebskraft
- schlechte Regelbarkeit und sehr träge
- Der Wärmeerzeuger muss immer an der tiefsten Stelle im Haus stehen
62
Was ist ein Brennwertkessel? Nennen Sie Vor –und Nachteile
Ein Brennkessel, der die Temperatur der Abgase weiter nutzt und so mit sehr effizient ist
Vorteil:
Energieeffizient
Nachteil
Teurer in Anschaffung
63
67. Was ist ein Niedertemperaturkessel? Nennen Sie Vor –und Nachteile!
Ein Niedertemperaturkessel ist ein Kessel, der Wasser erhitzt und bei dem die Abgase nicht
weiter genutzt werden.
Vorteile:
- Kesselaustausch ist einfach möglich
- günstige Anschaffungskosten
- Langlebig, robust und wartungsarm
Nachteile:
- Überprüfung des Kamins durch Schornsteinfeger erforderlich
- Schlechter Wirkungsgrad → hohe Energiekosten
64
Was zeigt ein Sankey-Diagramm? Wie sieht dieses für einen Niedertemperatur
–und Brennwertkessel aus?
Wärmeverluste durch Abgas und Abstrahlung von der Gesamtwärme
65
Welche Vor –und Nachteile hat eine Pelletheizung?
Vorteile:
- CO2-neutraler Brennstoff
- Vollautomatisches Heizsystem
- kostengünstiger Brennstoff
- Hohe staatliche Förderungen
- Hoher Nutzungsgrad des eingesetzten Brennstoffs
- Geringe ökologische Folgen bei der Pellet-Herstellung
Nachteile:
- Hohe Investitionskosten
- Höherer Raum- und Lagerbedarf
- Relativ wartungsintensiv
- Geruchsintensive Pellets
66
Definieren Sie Vollbenetzungsstunden!
Zeit in der die Heizung mit voller Heizleistung heizen muss, um den Jahreswärmebedarf
komplett zu decken.
67
Zeigen Sie an zwei Beispielen die Unterschiede zwischen Brennwert und Heizwert
auf!
Der Brennwert ist die Wärme, die bei vollständiger Verbrennung freigesetzt wird (inklusive
der Kondensationswärme)
Der Heizwert ist die Wärme, die bei Verbrennung freigesetzt wird, ohne die
Kondensationswärme
68
Was ist eine Fernwärmeheizung und welche Vorteile besitzt sie?
Die Wärme wird bei ihr über Rohre zum Haus gebracht. Ein Kraftwerk erzeugt die Wärme
für mehrere Häuser. Die Vorteile sind, dass der CO2 Ausstoß verringert wird und die
Gebäude keine eigene Heizung brauchen
69
Skizzieren Sie das Grundprinzip der Solarthermie!
Flüssigkeit wird von der Sonne erhitzt
70
Was ist Globalstrahlung?
Die gesamte auf der Erdoberfläche auftretende Sonnenstrahlung
71
Welche Größen benötigen Sie, um auf eine beliebig geneigte Fläche zu jeder
Zeit die Sonneneinstrahlung pro Quadratmeter berechnen zu können? Geben
Sie für die Größe die Defintionen mit an!
Oberflächeneinfallwinkel: Winkel zwischen Oberflächennormalen und Sonneneinstrahlung
- Sonnenzenitwinkel: Einfallswinkel der Sonne zur Senkrechten gemessen
- Direkte Sonneneinstrahlung horizontal
72
Welche Kollektortypen gibt es bei der Solarthermie?
unverglaste Kollektoren
- Flachkollektoren
- Vakuumröhrenkollektoren
73
Was ist der Unterschied zwischen Solarthermie und Photovoltaik? Begründen
Sie Ihre Aussage mit den Hauptsätzen der Thermodynamik!
Solarthermie heizt mittels Kollektoren Wasser auf, welches für Heizung und
Warmwasserbereitung genutzt werden kann.
Photovoltaik erzeugt mit Hilfe von Solarzellen Strom
74
Skizzieren Sie die Funktionsweise eines Luftkollektors für Solarthermie!
Luft wird angesaugt und in Meandern durch einen Kollektor geleitet. Auf der anderen Seite
wird die Warme Luft abgesaugt
75
Welche Vor –und Nachteile hat ein Luftkollektor im Vergleich zu anderen Kollektortypen?
Vorteile:
- Luft kann weder gefrieren noch kochen
- Im Winter kann frische Luft mit Zimmertemperatur in die Räume geleitet werden
- Luftkollektoren sind reaktionsschneller als Wasserkollektoren
Nachteile:
- Luftkanäle sind dicker als Wasserrohre
- Wärme ist nur bei direkter Einstrahlung vorhanden
Wärme lässt sich nur mit erheblichem Aufwand speichern
76
Welche Idee steckt hinter der Verwendung von Vakuumröhrenabsorber? Fertigen
Sie eine Skizze an und erklären Sie anhand dieser die Idee!
Das Vakuum um das Leitrohr kann keine Wärme Leiten. Dadurch geht von der
Sonnenwärme nichts verloren.
77
Warum heißt ein „Schwimmbadabsorber“ Schwimmbadabsorber?
Weil sie in Schwimmbädern eingesetzt werden, um im Sommer das Wasser warm zu halten
78
Erstellen Sie eine Energiebilanz (Skizze) am Flachkollektor!
Es tut mir leid, aber ich kann keine Skizzen oder Bilder erstellen oder anzeigen. Ich kann jedoch eine textbasierte Beschreibung einer Energiebilanz für einen Flachkollektor liefern:
Eine Energiebilanz für einen Flachkollektor, der zur Solarenergiegewinnung verwendet wird, kann wie folgt aussehen:
**Eingehende Energie**:
1. **Solarstrahlung**: Die Hauptquelle für die Energiezufuhr in den Flachkollektor ist die Solarstrahlung, die von der Sonne auf die Kollektoroberfläche trifft.
**Verluste**:
2. **Absorptionsverluste**: Ein Teil der einfallenden Solarstrahlung wird von der Kollektoroberfläche absorbiert und in Wärme umgewandelt, was als nützliche Energie betrachtet wird.
3. **Reflexionsverluste**: Einige Strahlen werden von der Oberfläche des Kollektors reflektiert und gehen verloren.
4. **Wärmeübertragungsverluste**: Wärme kann durch Konvektion oder Konduktion an die Umgebung verloren gehen.
**Nützliche Energiegewinnung**:
5. **Wärmetransport**: Die absorbierte Solarstrahlung erhöht die Temperatur des Trägermediums (normalerweise Wasser oder eine Wärmeträgerflüssigkeit) im Kollektor.
6. **Wärmetausch**: Das erwärmte Trägermedium wird durch Wärmetauschprozesse verwendet, um Wärmeenergie an ein Heizsystem oder einen Warmwasserspeicher zu übertragen.
**Gesamte nützliche Energie**: Die Gesamtmenge der gewonnenen nutzbaren Energie ist das Ergebnis der Eingangsenergie abzüglich der Verluste.
Eine effiziente Flachkollektoranlage ist darauf ausgelegt, die Verluste zu minimieren und gleichzeitig die Energiegewinnung zu maximieren. Dies kann durch die Verwendung von Isolierung, selektiven Beschichtungen auf den Kollektoroberflächen und effizienten Wärmetauschprozessen erreicht werden. Die Energiebilanz hilft bei der Beurteilung der Leistung eines Flachkollektors und der Optimierung seines Betriebs.
79
Welche Möglichkeiten kennen Sie für die Nutzung von Umweltenergie?
Solarenergie
- Umgebungswärme
- Geothermie
80
Skizzieren Sie den Carnot-Prozess!
Der Carnot-Prozess ist ein theoretischer reversibler Prozess in der Thermodynamik und dient als ideales Modell für die Effizienz von Wärmekraftmaschinen wie Dampfmaschinen und Verbrennungsmotoren. Leider kann ich keine Skizzen oder Bilder erstellen oder anzeigen, aber ich kann den Carnot-Prozess beschreiben:
Der Carnot-Prozess besteht aus vier Schritten:
1. **Isotherme Expansion (A nach B)**:
- In diesem Schritt wird das Arbeitsmedium (z.B. ein Gas) bei konstanter Temperatur T_H (hohe Temperatur) isotherm erweitert.
- Während dieser Expansion wird dem System Wärme Q_H aus einer heißen Quelle zugeführt.
- Die Arbeit, die vom System während dieser Expansion verrichtet wird, erfolgt gegen einen Kolben und wird durch die Fläche unter der Kurve auf einem p-V-Diagramm dargestellt.
2. **Adiabatische Expansion (B nach C)**:
- In diesem Schritt erfolgt eine adiabatische (isentrope) Expansion, bei der keine Wärme zugeführt oder abgeführt wird.
- Während dieser Expansion kühlt sich das Arbeitsmedium ab, wobei seine Temperatur von T_H auf T_C (niedrige Temperatur) abnimmt.
- Die Arbeit, die während dieser Expansion verrichtet wird, wird ebenfalls auf dem p-V-Diagramm dargestellt.
3. **Isotherme Kompression (C nach D)**:
- Das Arbeitsmedium wird isotherm bei der niedrigen Temperatur T_C komprimiert.
- Während dieser Kompression wird Wärme Q_C an eine kalte Senke abgeführt.
- Die Arbeit, die am System während dieser Kompression verrichtet wird, erfolgt gegen den Kolben und wird auf dem p-V-Diagramm dargestellt.
4. **Adiabatische Kompression (D nach A)**:
- In diesem Schritt erfolgt eine adiabatische (isentrope) Kompression, bei der keine Wärme zugeführt oder abgeführt wird.
- Während dieser Kompression erhöht sich die Temperatur des Arbeitsmediums von T_C auf T_H.
- Die Arbeit, die während dieser Kompression verrichtet wird, wird auf dem p-V-Diagramm dargestellt.
Der Carnot-Prozess ist ein ideales Modell und dient als theoretische Obergrenze für die Effizienz von Wärmekraftmaschinen. Die Effizienz eines Carnot-Motors wird durch den Quotienten von (T_H - T_C) zu T_H bestimmt, wobei T_H die Temperatur der heißen Quelle und T_C die Temperatur der kalten Senke ist. Dieser Prozess ist jedoch idealisiert und kann in der Praxis nicht erreicht werden, da er von reversiblen Prozessen und idealen Bauteilen ausgeht, die keine Verluste aufweisen. Dennoch dient der Carnot-Prozess als nützliche Referenz für die Bewertung der Leistung realer Wärmekraftmaschinen.
81
Was ist eine Absorptionswärmepumpe?
Eine Wärmepumpe, bei der ein Kältemittel von einem Lösungsmittel absorbiert wird,
verdampft und bei der Kondensierung Wärme abgibt
82
Welche physikalischen Eigenschaften benötigt ein gutes Arbeitsmittel in einer
Wärmepumpe? Verifizieren Sie Ihre Aussage mit Hilfe der thermischen Zustandsgleichung
für Gase!
Ein gutes Arbeitsmittel in einer Wärmepumpe muss bestimmte physikalische Eigenschaften aufweisen, um effizient und wirksam zu arbeiten. Zu den wichtigen Eigenschaften gehören:
1. **Hohe Wärmeaufnahmefähigkeit**: Das Arbeitsmittel sollte in der Lage sein, Wärme effizient aufzunehmen und abzugeben. Dies bedeutet, dass es eine hohe spezifische Wärmekapazität haben sollte, um bei der Aufnahme von Wärme viel Energie zu speichern.
2. **Geeigneter Temperaturbereich**: Das Arbeitsmittel sollte in einem Temperaturbereich arbeiten können, der für die beabsichtigte Anwendung der Wärmepumpe relevant ist. Ein gutes Arbeitsmittel kann bei niedrigen Temperaturen verdampfen und bei höheren Temperaturen kondensieren.
3. **Niedriger Siedepunkt**: Ein niedriger Siedepunkt ist wünschenswert, da er es dem Arbeitsmittel ermöglicht, bei niedrigen Temperaturen zu verdampfen, was für die Effizienz der Wärmepumpe wichtig ist.
4. **Niedriger Gefrierpunkt**: Das Arbeitsmittel sollte auch bei niedrigen Temperaturen flüssig bleiben und nicht einfrieren, da dies die Effizienz beeinträchtigen würde.
5. **Gute Druck-Temperatur-Eigenschaften**: Das Arbeitsmittel sollte unter den typischen Druckbedingungen der Wärmepumpe arbeiten und dabei die gewünschten Temperaturänderungen durchlaufen. Es sollte sich leicht komprimieren und expandieren lassen, ohne dass dabei hohe Drücke und Temperaturen auftreten.
6. **Umweltverträglichkeit**: Ein gutes Arbeitsmittel sollte umweltverträglich sein und keine schädlichen Auswirkungen auf die Umwelt haben, wie z.B. geringe Treibhausgasemissionen.
Die thermische Zustandsgleichung für Gase, wie das ideale Gasgesetz, kann verwendet werden, um die Veränderungen von Druck, Volumen und Temperatur eines Gases bei verschiedenen Zuständen zu beschreiben. Für ein ideales Gas lautet das ideale Gasgesetz:
\[PV = nRT\]
Dabei sind:
- \(P\) der Druck des Gases,
- \(V\) das Volumen des Gases,
- \(n\) die Anzahl der Mol des Gases,
- \(R\) die universelle Gaskonstante, und
- \(T\) die absolute Temperatur des Gases in Kelvin.
Das ideale Gasgesetz kann verwendet werden, um die Zustandsänderungen eines Arbeitsmittels in einer Wärmepumpe zu beschreiben. Es kann zeigen, wie sich Druck, Volumen und Temperatur des Arbeitsmittels ändern, wenn es komprimiert, erwärmt, verdampft oder kondensiert wird. Dies ermöglicht es, die Leistung und Effizienz der Wärmepumpe zu analysieren und zu optimieren.
Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass viele reale Arbeitsmittel von idealen Gasen abweichen und komplexere Zustandsgleichungen erfordern. Die Wahl eines geeigneten Arbeitsmittels hängt von den spezifischen Anforderungen der Wärmepumpenanwendung ab, einschließlich der Betriebstemperatur, des Druckbereichs und der Umweltauswirkungen.
83
Unter welchen Vorraussetzungen kann eine Wärmepumpe unwirtschaftlich und
unökologisch werden?
Wenn es große Temperaturunterschiede zwischen Wärmequelle und Wärmenutzung gibt
84
Skizzieren Sie das Sankey-Diagramm für Wärmepumpen!
Ein Sankey-Diagramm ist eine grafische Darstellung, die den Energiefluss in einem System oder Prozess zeigt. Es wird oft verwendet, um den Energieverbrauch und die Energieeffizienz darzustellen. Hier ist eine textbasierte Beschreibung eines Sankey-Diagramms für eine Wärmepumpe:
Das Sankey-Diagramm für eine Wärmepumpe könnte wie folgt aussehen:
```
+-------------------------------+
| Energiequelle |
| |
| Q_H (Warmes Reservoir) |
| |
+-------------------------------+
|
V
+-------------------------+ +-------------------+
| Wärmeübertragung in | | |
| Verdampfereinheit |-----> | Kompressor |
| | | |
| Q_in (Nutzwärme) | | Arbeit (W) |
+-----------------------| | |
| +-------------------+
| |
V V
+-------------------+ | +------------------+
| | | | |
| Wärmetransport |----|-->| Wärmeübertragung|
| im Verdampfer | | | in der Kondensator|
| | | | |
| Q_Ver (Nutzwärme)| | | Q_out (Nutzwärme)|
+-------------------+ | +------------------+
|
V
+-----------------------------+
| Wärmeübertragung in |
| Kondensatoreinheit |
| |
| Q_C (Kaltes Reservoir) |
| |
+-----------------------------+
```
Hier sind die wichtigsten Komponenten des Sankey-Diagramms für eine Wärmepumpe:
- **Energiequelle (Q_H)**: Dies repräsentiert die Wärme, die aus einer warmen Quelle aufgenommen wird, z.B. aus der Umgebungsluft oder dem Erdreich. Dies ist die Eingangsenergie für die Wärmepumpe.
- **Verdampfereinheit**: Hier erfolgt die Verdampfung des Arbeitsmediums, wodurch es Wärme aus der Umgebung aufnimmt.
- **Wärmetransport im Verdampfer (Q_in)**: Dies ist die Wärme, die in der Verdampfereinheit aufgenommen und in die Wärmepumpe eingeführt wird.
- **Kompressor**: Der Kompressor erhöht den Druck und die Temperatur des Arbeitsmediums und treibt den Prozess an.
- **Arbeit (W)**: Dies stellt die Energie dar, die für den Betrieb des Kompressors benötigt wird. Es handelt sich um die elektrische Energie, die die Wärmepumpe antreibt.
- **Wärmeübertragung im Kondensator (Q_out)**: Dies ist die Nutzwärme, die von der Wärmepumpe an das zu beheizende System abgegeben wird, z.B. an Heizkörper oder Warmwasserspeicher.
- **Wärmeübertragung in der Kondensatoreinheit**: Hier erfolgt die Kondensation des Arbeitsmediums, wodurch es Wärme an das Heizsystem abgibt.
- **Kaltes Reservoir (Q_C)**: Dies repräsentiert das kalte Reservoir, an das die Wärme abgegeben wird, z.B. die Umgebungsluft.
Das Sankey-Diagramm veranschaulicht den Energiefluss in einer Wärmepumpe und zeigt, wie Wärme aus einer kalten Umgebung aufgenommen, durch den Kompressor verdichtet und an ein wärmeres System abgegeben wird. Dies ermöglicht es, die Effizienz der Wärmepumpe zu bewerten und die Nutzwärme im Verhältnis zur aufgewendeten elektrischen Arbeit zu analysieren.
85
Welche Betriebsweisen von Wärmepumpen kennen Sie, untermauern Sie ihre
Aussagen mit Hilfe der Skizze der jeweiligen Jahresdauerlin
Monovalente Betriebsweise (die ganze Heizperiode über)
- Bivalente Betriebsweise (Bis zu einer gewissen Grad Unterschreitung)
- parallele Bertriebsweise (die ganze Heizperiode über, aber unterschiedlich stark)
- Bivalente teilparallele Betriebsweise (Mischung aus parallel und Bivalent)
86
Welche Vor –und Nachteile hat eine Wärmepumpenheizung?
- Ökonomischer Betrieb bei niedriger Vorlauftemperatur
- wirtschaftlich bei Abwärmenutzung oder Solar- bzw. Geothermie-Energieverwendung
- WP-Anlage kann sich innerhalb einiger Jahre amortisieren (Geld für Anschaffung wieder
drin)
- keine klimaschädlichen Gase
- wird gefördert
- geeignet zur Warmwasser- und Heizwassererwärmnung
Nachteile:
- wirtschaftlich nur unter günstigen Randbedingungen
- nur bei relativ geringem Temperaturunterschied sinnvoll
- Betriebsgeräusche durch Verdichter
- in der Regel mit elektrischem Antrieb
87
Welche Arten gibt es Erdwärme nutzbar zu machen?
Flache Erdwärmesonden
- Zweibrunnen-System
- Erdwärmekollektoren
88
Bennen Sie die Vor –und Nachteile von Flachkollektoren!
Vorteile:
- ganzjährige Verfügbarkeit
- unbedenkliches Solemedium
- die bei Neubauten einfache Erschließung der Wärmequelle
Nachteile:
- großer Flächenbedarf
- Wachstumsperiode von Pflanzen verzögern sich um bis zu 2 Wochen
88
Welche Flüssigkeiten können im Flachkollektor zum Einsatz kommen?
Flüssigkeiten, die nicht gefrieren, aber Unbedenklich in Aspekten des Naturschutzes sind
89
Skizzieren Sie Funktionsweise eines Zwei-Brunnen Systems!
Ein Zwei-Brunnen-System ist eine Art von geothermischer Wärmepumpenanlage, die zur Heizung und Kühlung von Gebäuden genutzt wird. Es nutzt Erdwärme als erneuerbare Energiequelle. Hier ist eine textbasierte Beschreibung der Funktionsweise eines Zwei-Brunnen-Systems:
**Komponenten eines Zwei-Brunnen-Systems**:
1. **Brunnen 1 (Erdwärmesonde)**: Brunnen 1, auch als Erdwärmesonde bezeichnet, ist ein vertikales oder schräges Bohrloch, das tief in den Boden reicht. In diesem Brunnen befindet sich ein geschlossenes Rohrsystem, das ein wärmeübertragendes Fluid enthält, normalerweise Wasser mit einem Frostschutzmittel. Die Sonde wird in den Boden eingeführt, um die Erdwärme zu nutzen, die in der Tiefe des Bodens gespeichert ist.
2. **Brunnen 2 (Spül- oder Schluckbrunnen)**: Brunnen 2 ist ein weiteres Bohrloch, das in der Nähe von Brunnen 1 platziert wird. Dieser Brunnen dient dazu, das wärmeübertragende Fluid zurück in den Boden zu injizieren, nachdem es die Wärme aus Brunnen 1 aufgenommen hat. Es dient auch dazu, das Fluid abzukühlen, bevor es erneut in den Erdwärmesondekreislauf eingespeist wird.
**Funktionsweise**:
Die Funktionsweise eines Zwei-Brunnen-Systems kann wie folgt beschrieben werden:
1. **Erdwärmeaufnahme**: Im Sommer, wenn Heizung nicht erforderlich ist, wird das wärmeübertragende Fluid aus dem Brunnen 1 in die Erdwärmesonde gepumpt. Da die Bodentemperatur in der Tiefe konstant ist und normalerweise niedriger als die Lufttemperatur im Sommer ist, nimmt das Fluid Wärme aus dem Boden auf.
2. **Übertragung der Wärme in das Gebäude**: Das erwärmte Fluid wird zurück in das Gebäude geführt, wo es seine Wärme an den Verdampfer der Wärmepumpe abgibt. Die Wärmepumpe erhöht die Temperatur des Fluids weiter und leitet die gewonnene Wärme in das Heizsystem des Gebäudes, z.B. in Heizkörper oder Fußbodenheizungen.
3. **Kühlung des Fluids**: Das abgekühlte Fluid wird dann in den Schluckbrunnen (Brunnen 2) gepumpt, wo es Wärme an den Boden abgibt und dabei abgekühlt wird.
4. **Wiederholung des Kreislaufs**: Dieser Kreislauf von Aufnahme, Übertragung, Kühlung und Rückführung wird kontinuierlich wiederholt, um das Gebäude im Sommer zu kühlen. Im Winter wird der Prozess umgekehrt, wobei die Erdwärme genutzt wird, um das Gebäude zu heizen.
Das Zwei-Brunnen-System ermöglicht die effiziente Nutzung der Erdwärme für Heiz- und Kühlzwecke und trägt zur Reduzierung des Energieverbrauchs und der Umweltauswirkungen von Gebäuden bei. Es ist eine nachhaltige und erneuerbare Energiequelle, die besonders in Gebieten mit guter geothermischer Potenz genutzt werden kann.
90
Welche thermodynamischen Unterschiede stellen Sie zwischen einem Flachkollektor
und einem Zwei-Brunnen System fest?
Ein Flachkollektor und ein Zwei-Brunnen-System sind zwei verschiedene Technologien zur Nutzung erneuerbarer Energiequellen für Heizung und Warmwasserbereitung in Gebäuden. Es gibt einige thermodynamische Unterschiede zwischen diesen beiden Systemen:
**Flachkollektor**:
1. **Arbeitsprinzip**: Ein Flachkollektor arbeitet auf der Grundlage von Solarthermie. Er verwendet Sonnenenergie, um Wasser oder eine Wärmeträgerflüssigkeit direkt zu erhitzen.
2. **Thermodynamischer Prozess**: Der Hauptthermodynamikprozess in einem Flachkollektor ist die Absorption von Sonnenstrahlen durch Kollektoroberflächen, gefolgt von der Erwärmung des darin zirkulierenden Wassers oder Wärmeträgerfluids. Es handelt sich um einen kontinuierlichen Prozess ohne Verdichtung oder Expansion von Gasen.
3. **Effizienz**: Die Effizienz eines Flachkollektors hängt von Faktoren wie der Sonneneinstrahlung, der Kollektorausrichtung und der Temperaturdifferenz zwischen Kollektorrücklauf und Verbrauchern ab.
**Zwei-Brunnen-System**:
1. **Arbeitsprinzip**: Ein Zwei-Brunnen-System nutzt Erdwärme aus dem Boden als Energiequelle für die Heizung und Kühlung von Gebäuden.
2. **Thermodynamischer Prozess**: In einem Zwei-Brunnen-System erfolgen Verdampfung und Kondensation eines Wärmeträgerfluids (normalerweise Wasser oder eine Flüssigkeit mit niedrigem Siedepunkt) in einem geschlossenen Kreislauf. Dieser Prozess beinhaltet Phasenänderungen und den Einsatz eines Kompressors.
3. **Effizienz**: Die Effizienz eines Zwei-Brunnen-Systems hängt von der Temperaturdifferenz zwischen dem warmen Brunnen (Erdwärmesonde) und dem kalten Brunnen (Spül- oder Schluckbrunnen) sowie von der Leistungsfähigkeit des Kompressors ab. Die COP (Coefficient of Performance) eines solchen Systems ist ein wichtiger Indikator für seine Effizienz.
**Hauptunterschiede**:
1. **Energiequelle**: Der Hauptunterschied besteht in der Energiequelle. Der Flachkollektor nutzt die Sonnenstrahlung, während das Zwei-Brunnen-System Erdwärme aus dem Boden nutzt.
2. **Thermodynamischer Prozess**: Der Flachkollektor basiert auf einem kontinuierlichen Erwärmungsprozess durch Sonnenstrahlung, während das Zwei-Brunnen-System einen Zyklus von Verdampfung, Kompression, Kondensation und Expansion durchläuft, um Wärme zu übertragen.
3. **Anwendungsbereich**: Flachkollektoren sind vor allem für die Bereitstellung von Warmwasser und Raumheizung geeignet, während Zwei-Brunnen-Systeme für umfassendere Heiz- und Kühlanwendungen in Gebäuden verwendet werden können.
Beide Systeme haben ihre eigenen Vor- und Nachteile und sind für unterschiedliche Anwendungsbereiche und Umgebungen geeignet. Die Wahl zwischen ihnen hängt von den spezifischen Anforderungen, den verfügbaren Ressourcen und den örtlichen Gegebenheiten ab.
91
Bennen Sie die Vor –und Nachteile von Zwei-Brunnen Systemen!
Vorteile:
- Wenig Platz auf dem Grundstück
- Wirtschaftlichkeit im Betrieb
- Gute Auslegung, wegen konstanter Wassertemperatur
- Im Sommer Kühlung möglich
Nachteile:
- hoher technischer Aufwand
- Hohe Kosten
Weitere Pumpe für Grundwasser nötig
92
Welche Bauformen kennen Sie für Erdwärmesonden?
Doppel U-Rohrsonde
- Koaxialwärmesonde
- Heatpipe-Wärmesonde
92
Wie sind die thermischen Randbedingungen bei einer Erdwärmesonde?
Temperatur im großen Abstand zu Sonde ist die des Erdreiches
- Innerhalb des Bohrlochs ändern sich die Stoffeigenschaften
- Zu Beginn ist die Temperatur im kompletten Erdreich die des unbeeinflussten Erdreichs
93
Skizzieren Sie in einem Diagramm die Leistungszahlen von verschiedenen Wärmepumpensystemen!
Auf der Ordinate befindet sich die Wärmequellentemperatur
und auf der Abszisse die Außenlufttemperatur!
Es ist schwierig, ein genaues Diagramm ohne grafische Darstellungsfähigkeiten zu erstellen, aber ich kann Ihnen beschreiben, wie ein solches Diagramm aussehen würde und wie die Leistungszahlen (COP - Coefficient of Performance) verschiedener Wärmepumpensysteme in Abhängigkeit von der Wärmequellentemperatur und der Außenlufttemperatur variieren könnten.
Ein solches Diagramm würde typischerweise in einem dreidimensionalen Diagramm dargestellt werden, wobei die x-Achse die Außenlufttemperatur (T_außen), die y-Achse die Wärmequellentemperatur (T_quelle) und die z-Achse den COP repräsentieren würde.
Hier sind einige allgemeine Trends und Überlegungen:
1. **Steigende COP bei höheren Wärmequellentemperaturen**: In der Regel steigt der COP einer Wärmepumpe, wenn die Temperatur der Wärmequelle höher ist. Dies liegt daran, dass es weniger Energie benötigt, um die gewünschte Temperatur zu erreichen, wenn die Ausgangstemperatur höher ist.
2. **Abnehmender COP bei niedrigeren Außenlufttemperaturen**: Der COP einer Luft-Wasser-Wärmepumpe kann bei sehr niedrigen Außentemperaturen abnehmen, da es mehr Energie benötigt, um Wärme aus der kalten Luft zu gewinnen. Dies ist als "COP-Degradation" bekannt.
3. **Kritische Temperatur**: Jedes Wärmepumpensystem hat eine kritische Temperatur, unterhalb derer es ineffizient wird oder nicht mehr arbeiten kann. Dies ist normalerweise die niedrigste Temperatur, bei der das Arbeitsmedium noch verdampfen kann.
4. **Saisonale Variation**: Die Leistungszahlen von Wärmepumpen können im Laufe des Jahres aufgrund saisonaler Veränderungen der Außentemperatur variieren. Dies kann in einem solchen Diagramm als Kurve dargestellt werden, die im Winter niedrigere COP-Werte und im Sommer höhere COP-Werte aufweist.
Die genaue Form und die spezifischen Kurven im Diagramm hängen von der Art der Wärmepumpe (z.B. Luft-Wasser, Erdwärme, Luft-Luft) und den spezifischen technischen Eigenschaften des Systems ab. Ein Diagramm dieser Art wäre hilfreich, um die Leistungsfähigkeit verschiedener Wärmepumpensysteme in verschiedenen Klimazonen zu vergleichen und die besten Betriebsbedingungen zu ermitteln. Es sollte jedoch von einem Experten erstellt werden, der die genauen Daten und Eigenschaften der jeweiligen Systeme berücksichtigen kann.
94
Nennen Sie vier Möglichkeiten für Wärmeübertrager in einem Raum!
Einrohrheizung
- Zweirohrheizung
- Waagerechte Raumerschließung
- Senkrechte Raumerschließung
95
Welche Vor –und Nachteile haben Pumpenheizungen?
Vorteile:
- schnelleres Aufheizen; geringe Trägheit
- Verbesserung der zentralen und örtlichen Regelung; leichte Mischung von Vorlauf- und
Rücklaufwasser
- Billigeres Rohrnetz infolge kleinerer Rohre
- größere Unabhängikeit in der Rohrführung
Nachteile:
- Größere Wartung
- Abhängigkeit von der Stromversorgung
- während der Betriebszeiten ständiger Stromverbrauch
96
Warum ist eine Entlüftung von Heizungsrohren durchzuführen?
Luft im Heizungsrohr verursacht häufig Störungen im Wasserkreislauf, Korrosion und
Geräusche
97
Welche Bestandteile hat die Rohrreibungszahl ?
Stromform (turbulent oder laminar)
- Rauigkeit der Rohroberfläche
98
Beschriften Sie die einzelnen Bestandteile der Gleichung:
---- in Folien gucken /ggfs Vorlesungsfolien gucken
99
Von was ist der Druckabfall in Rohrleitungen abhängig?
Rohreibung und Einzelwiderstände
100
Welche Effekte berücksichtigt der Widerstandsbeiwerte ζ bei der Rohrströmung?
Krümmung und Zusammenführung / Trennungen von Rohren
101
Erklären Sie in sieben Schritten die Rohrnetzberechnung!
Raumheizlast berechnen → Wärmeleistung
- Wahl des Heizungssystems
- Festlegung des Strangschemas
- Bestimmung Massen und Volumenströme
- Bestimmung von Rohrdurchmessern (Begrenzung Druckverlust und Fließgeschwindigkeit)
- Netzberechnung durch Zerlegung in Teilabschnitte
- Auslegung der Pumpenleistung
102
Nennen Sie je drei Wärmeübertrager für die Raumkonditionierung bei denen
die konvektive und die strahlungsbedingte Wärmeübertragung dominant sind
Strahlungsanteil:
- Kamin
- Deckenstrahlungsheizung
- Fußbodenheizung
Konvektionsanteil:
- Kachelofen
- Plattenheizkörper
- Luftheizung
103
Warum liegen Radiatoren meist an der Außenwand unter einem Fenster?
Kalte Luft aus dem Fenster wird direkt von der Heizung erwärmt
104
Wie ist die Anlagenaufwandzahl eP definiert?
Verhältnis zwischen Aufwand an Primärenergie zu nutzbarer Wärme
105
In welchen Himmelsrichtungen ist die Strahlung auf vertikale Flächen in
Aachen am stärksten über das gesamte Jahr?
Süden
106
Benennen Sie die Einflussgrößen für den Sommerlichen Wärmeschutz von
transparenten Bauteilen!
Gesamtenergiedurchlassgrad
- Sonnenschutz
- Anteil an der Fläche der Außenbauteile
- Orientierung nach der Himmelsrichtung
- Neigung bei Fenstern in Dachflächen
Lüftung in den Räumen
107
Was ist CDP und CDD?
CDP: Cooling Design Period
CCD: Cooling Design Day
108
Wie unterscheidet sich die Kühllastberechnung von der Heizlastberechnung in
Bezug auf die Wärmeübertragungsmechanismen?
Die Kühllastberechnung und die Heizlastberechnung sind zwei verschiedene Prozesse zur Bestimmung der erforderlichen Heizungs- bzw. Kühlsystemkapazität in einem Gebäude. Sie unterscheiden sich hauptsächlich in Bezug auf die Wärmeübertragungsmechanismen, da sie unterschiedliche thermische Bedingungen und Anforderungen berücksichtigen. Hier sind die wichtigsten Unterschiede:
**Kühllastberechnung**:
1. **Sensibler und latenter Wärmebedarf**: In der Kühllastberechnung wird sowohl der sensible als auch der latente Wärmebedarf berücksichtigt. Der sensible Bedarf bezieht sich auf die Temperaturänderung in einem Raum, während der latente Bedarf auf die Feuchtigkeitskontrolle und die Kondensationsvermeidung abzielt. Dies ist besonders wichtig in heißen, feuchten Klimazonen.
2. **Wärmequellen**: Bei der Kühllastberechnung müssen Wärmequellen im Gebäude berücksichtigt werden, wie z.B. elektrische Geräte, Beleuchtung und Menschen, die Wärme abgeben. Diese internen Wärmequellen können erheblich zur Kühllast beitragen.
3. **Temperaturdifferenz**: Die Temperaturdifferenz zwischen der gewünschten Raumtemperatur und der Außentemperatur ist in der Kühllastberechnung von entscheidender Bedeutung. Je größer die Temperaturdifferenz ist, desto höher ist die Kühllast.
4. **Isolierung**: Die Wärmeübertragung durch die Gebäudehülle wird in der Kühllastberechnung berücksichtigt, um sicherzustellen, dass die Klimaanlage die gewünschte Innentemperatur aufrechterhalten kann.
**Heizlastberechnung**:
1. **Sensibler Wärmebedarf**: Die Heizlastberechnung konzentriert sich hauptsächlich auf den sensiblen Wärmebedarf, der erforderlich ist, um die Raumtemperatur aufrechtzuerhalten oder zu erhöhen.
2. **Wärmequellen**: Interne Wärmequellen, wie sie in der Kühllastberechnung berücksichtigt werden, können in der Heizlastberechnung vernachlässigt werden, da sie normalerweise dazu beitragen, die Heizlast zu reduzieren.
3. **Außentemperatur**: Die Außentemperatur hat einen direkten Einfluss auf die Heizlast. Je niedriger die Außentemperatur ist, desto höher ist die Heizlast.
4. **Isolierung**: Die Qualität der Gebäudeisolierung und der Wärmeverlust durch die Gebäudehülle sind entscheidend für die Heizlastberechnung, um sicherzustellen, dass das Heizsystem die gewünschte Innentemperatur aufrechterhalten kann.
Insgesamt berücksichtigt die Kühllastberechnung zusätzliche Faktoren wie Feuchtigkeit und interne Wärmequellen, die bei der Heizlastberechnung nicht so relevant sind. Beide Berechnungen sind entscheidend, um sicherzustellen, dass Heizungs- und Kühlsysteme angemessen dimensioniert und effizient betrieben werden.
