I - Energiekennzahlen, Modellierung und Bedarfsrechnung Flashcards
1 - Energiekennzahlen 4 - Erzeugermodelle 5 - Verbrauchermodelle und Speichertechnologien
Was versteht man unter Primärenergieträgern?
Energieträger, die noch keiner Umwandlung unterworfen wurden, z.B. Rohöl, Rohbraunkohle, Steinkohle, Erdgas
Was versteht man unter Sekundärenergieträgern?
Energieträger, die durch Umwandlung von (Primär-)Energieträgern erzeugt wurden, z.B. raffiniertes Heizöl, Benzin, Diesel, Strom
Was versteht man unter Endenergieträgern?
Energieträger die handelsfähig sind bzw. vom Menschen unmittelbar verbraucht werden können. Das können auch bereits Sekundär- oder gar Primärenergieträger sein.
Was versteht man unter Nutzenergie? Wo findet die Wandlung in Nutzenergie statt?
Technische Form der Energie, die der Verbraucher benötigt, z.B. Wärme, Licht, elektromagnetische Strahlung, Schall
Die Umwandlung zur Nutzenergie findet am Ort des Bedarfs statt.
Was versteht man unter der Steinkohleeinheit (SKE)?
Die Steinkohleeinheit ist eine Vergleichsgröße zur Bewertung des Energiegehalts von Primärenergieträgern.
1 kg SKE entspricht dem Energiegehalt der Verbrennung von 1 kg Steinkohle (Heizwert).
Was versteht man unter der Öleinheit (OE)?
Die Öleinheit ist eine Vergleichsgröße zur Bewertung des Energiegehalts von Primärenergieträgern.
1 kg OE entspricht dem Energiegehalt der Verbrennung von 1 kg Rohöl (Heizwert).
Bei der Reichweite sowohl von Reserven als auch von Ressourcen wird zwischen der statischen und der dynamischen Reichweite unterschieden. Erkläre beide Begriffe.
- statische Reichweite = Reichweite unter Beibehaltung des aktuellen Rohstoffverbrauchs (kostanter Verbrauch)
- dynamische Reichweite = Reichweite unter Berücksichtigung des sich verändernden Rohstoffverbrauchs
Was versteht man unter Zielenergie?
Das gewünschte Energieprodukt eines Energiewandlungsprozesses, z.B. Strom, Wärme, kombinierte Produkte Strom & Wärme
Was beschreibt der Primärenergiefaktor fP?
Der Primärenergiefaktor sagt aus wieviel Primärenergie zur Bereitstellung von 1 Einheit eines Endenergieträgers erforderlich ist.
QPE, fossil = fP * QEE
Ein PEF für Strom von 1,8 bedeutet, dass für die Bereitstellung von 1 kWh Strom 1,8 kWh Primärenergie aufgewandt werden müssen.
Man kann den PEF gewissermaßen als spezifischen Primärenergiebedarf interpretieren.
Was wird mit dem SANKEY-Diagramm dargestellt?
Mit dem Sankey-Diagramm lassen die Energieflüsse bei der Umwandlung von Energie zwischen verschiedenen Energieträgern in Form von Pfeilen darstellen. Dabei ist die Dicke der Pfeile proportional zur Energiemenge.
Auf diese Weise lassen sich die Umwandlungsverluste darstellen und quantitativ miteinander vergleichen.
Was beschreibt der Nutzungsgrad N?
Der Nutzungsgrad beschreibt das Verhältnis von Nutzenergie zur aufgewendeter Energie. Im Unterschied zum Wirkungsgrad bilanziert er aber nicht nur den optimalen Betriebspunkt, sondern den realen Betrieb über einen längeren Zeitraum mit veränderlichem Betriebspunkt.
∫t P(t) dt = N ∫t E’zu(t) dt
Was beschreibt die Vollaststundenzahl?
Die Vollaststundenzahl τV gibt an, wie lange ein Kraftwerk unter Vollast Pmax betrieben werden müsste um die gleiche jährliche1 Energiemenge im Vergleich zur real schwankenden Auslastung zu erzeugen.
∫t Pel(t) dt = Pmax * τV
1 grundsätzlich kann jeder beliebige Zeitraum bilanziert werden.
Was beschreibt der kumulierte Energieaufwand?
Der kumulierte Energieaufwand KEA beschreibt den für den Betrieb einer Energiewandlungsanlage insgesamt erforderlichen Energieaufwand. Dazu gehören
- Energieaufwand für die Herstellung der Anlage KEAH
- Energieaufwand für die Nutzung der Anlage (Brennstoff, Wartung, …) KEAN,m
- Energieaufwand für die Entsorgung der Anlage KEAE
KEA = KEAH + KEAN,m + KEAE
Was beschreibt die energetische Amortisationszeit?
Die energetische Amortisationszeit ist die Zeit, in der eine Energiewandlungsanlage die gleiche Energiemenge nutzbar macht, die zu ihrer Errichtung, ihrem Betrieb und ihrer Entsorgung aufgewand werden muss. Dabei wird der etwaige Brennstoffverbrauch nicht berücksichtigt.
Warum wird bei der Bestimmung der energetischen Amortisationszeit einer fossilen Energiewandlungsanlage der Energiegehalt des Brennstoffs beim Aufwand nicht berücksichtigt?
Wenn der Brennstoff berücksichtigt würde, könnte sich eine Energiewandlungsanlage niemals energetisch amortisieren.
Was beschreibt der Erntefaktor?
Der Erntefaktor beschreibt, wie viel mehr Energie mit einer Anlage gewonnen werden kann, als für ihre Herstellung, ihren Betrieb und ihre Entsorgung notwendig war. Auch hier bleibt der Brennstoff unberücksichtigt.
Der Erntefaktor entspricht dem Quotienten von der über die gesamte Lebensdauer abgegebenen Nutzenergie und dem kumulierten Energieaufwand
Was ist der wesentliche Unterschied zwischen einer Absorptionskältemaschine (AKM) und einer Kompressionskältemaschine (KKM)?
Eine AKM wandelt Wärmeleistung (T > TU) in Kälteleistung (T < TU) um.
Eine KKM wandelt hingegen elektrische Leistung in Kälteleistung (T < TU) um.
Im Zusammenhang mit Blockheizkraftwerken (BHKW) wurde der sogenannte Brennstoffausnutzungsgrad ω eingeführt. Wie ist er definiert und wie ist er mit den klassischen Wirkungsgraden verknüpft?
Der Brennstoffausnutzungsgrad ist der Anteil der aufgenommenen Brennstoffleistung der in elektrische Leistung und Wärmeleistung umgewandelt wird.
Dadurch ist ω gleich der Summe aus elektrischem und thermischem Wirkungsgrad des BHKW.
ω = ηel + ηth
Im Zusammenhang mit Blockheizkraftwerken (BHKW) wurde die sogenannte Stromkennzahl σ eingeführt. Wie ist sie definiert?
Die Stromkennzahl ist das Verhältnis von erzeugter elektrischer Leistung zur erzeugten thermischen Leistung.
Sowohl Wärmepumpen als auch Kompressionskältemaschinen lassen sich mit der sogenannten Leistungszahl ε charakterisieren. Wie ist diese definiert?
Die Leistungszahl ist das Verhältnis von erzeugter thermischer Leistung (Wärmestrom oder Kältestrom) zu der zugeführten elektrischen Leistung.
Absorptionskältemaschinen werden durch das sogenannte Wärmeverhältnis ζ beschrieben. Wie ist dieses definiert?
Das Wärmeverhältnis ist das Verhältnis von Kälteleistung zur zugeführten (Antriebs-)Wärmeleistung.
Was ist der Unterschied zwischen Bedarf und Verbrauch?
Der Bedarf ist ein unter festgelegten standardisierten Bedingungen gemessener (z.B. NEFZ) oder berechneter Wert für die von einem Verbraucher benötigte Menge an Energie oder Stoffen. Er stellt lediglich eine Approximation dar.
Der Verbrauch ist immer ein gemessener Wert für die vom Verbraucher real bezogene Menge an Energie oder Stoffen. Er bildet die Realität ab.
Durch welche Größen (Wärmeströme) wird der Heizwärmebedarf Qh bestimmt?
Qh = Qt + Qv – Qg
Qt → Transmissionsverlust (z.B. durch Wände)
Qv → Lüftungswärmeverlust
Qg → Wärmegewinne durch Sonneneinstrahlung und Wärmequellen im Bilanzraum (z.B. Menschen, Abwärme el. Geräte)
Die Wärmegewinne eines Gebäudes werden mit dem sog. Ausnutzungsgrad η gewichtet, d.h.
Qg = ηF (Qi + Qs)
wobei 0 < η < 1. Warum fließen die Gewinne nicht vollständig in die Bilanz für den Heizwärmebedarf ein?
Unter Umständen führen die Wärmegewinne zu einer Erhöhung der Raumtemperatur über den gewünschten Wert hinaus, was durch zusätzliche Wärmeabfuhr (z.B. verstärktes Lüften) kompensiert würde. Diese beiden Effekte würden sich in der Wärmebilanz exakt zu Null addieren. Daher wird nur der nicht kompensierte Teil der Wärmegewinne berücksichtigt.
Was drückt die sogenannte Anlagenaufwandszahl ep aus?
Die Anlagenaufwandszahl ist gleich dem Verhältnis von Primarenergiebedarf zur gesamten Wärmebedarf eines Gebäudes. Mit ihr lässt sich also bei bekanntem Gesamtwärmebedarf der erfoderliche Primärenergieeinsatz bestimmen.
Die Anlagenaufwandszahl ist größer als Eins, zum einen aufrund von Verlusten der Heizanlagen selbst, zum anderen aufgrund von Verlusten bei der Umwandlung von Primär in Endenergie (z.B. Erdgasherstellung).
Was versteht man unter einem Heiztag?
Ein Heiztag ist ein Tag, an dem die Außentemperatur unterhalb eines Schwellwertes - der Heizgrenztemperatur - liegt und an dem daher eine Gebäudeheizung in Betrieb ist.
Eine zentrale Größe bei der Ermittlung des Heizwärmebedarfs ist die sogenannte Gradtagszahl (GTZ). Sie ist folgendermaßen definiert
Gt x,y = Σ1…z (Ti – Ta)
Erläutere diese Definition.
Gt x,y = Σ1…z (Ti – Ta)
x = Ti = mittlere Innenraumtemperatur
y = Heizgrenztemperatur
z = Anzahl der Heiztage (Ta < y)
Ta = mittlere Außentemperatur des Heiztages
Nach VDI 2067 ist Ti = 20°C und y = 15°C, also Gt 20/15. Die Einheit der GTZ ist [°C] oder [K]
Wie lautet die Bestimmungsgleichung für den Warmwasserbedarf Qw eines Gebäudes? Gib auch die Bedeutung der einzelnen Terme an.
Qw = (ρ * cp)w * Vw * ΔT
Vw = Wasserbedarf [m³]
ΔT = Temperaturerhöhung zwischen Leitung und Entnahme (z.B. Dusche)
Wie ist der sogenannte bereinigte Energieverbrauchswert definiert? Was sagt er aus?
HEVnorm = HEVspez * GTZnorm/GTZspez
HEVnorm = bereinigter Heizenergieverbrauch
HEVspez = Heizenergieverbrauch der betrachteten Heizperiode
GTZnorm = langjähriges Mittel der GTZ
GTZspez = GTZ der betrachteten Heizperiode
Der bereinigte Heizenergieverbrauch ermöglicht - indem er für mehrere Perioden verglichen wird - eine Aussage darüber, ob Veränderungen des realen Heizenergieverbrauchs auf veränderte klimatische Bedingungen oder auf ein verändertes Heizverhalten der Nutzer:innen zurückzuführen sind.
Welche zwei Formen der Gebäudesimulation gibt es? Vergleiche sie kurz miteinander indem Du ihre Eigenschaften gegenüberstellt.
statische Simulation
- keine Zeitabhängigkeit der Variablen
- konstante Randbedingungen über diskrete Zeitspanne (z.B. Monat)
- Berechnung von Mittelwerten
- keine Berücksichtigung der Regelgung
dynamische Simulation
- explizite Betrachtung des zeitlichen Verhaltens
- sehr feine zeitliche Auflösung (stündlich, minütlich)
- Betrachtung der Speicherkapazität von thermischer Masse (z.B. Wände)
- Kopplung von Gebäude und Anlagensimulation (Betriebsweise, Regelung)
Bei der Simulation des Energiebedarfs von Gebäuden entstehen sichtbare Abweichungen zum real gemessenen Verbrauch. Welche (Arten von) Ursachen liegen diesen Fehlern zugrunde?
- Bauphysik, z.B. Baumängel, Abweichung zw. Planung und Ausführung
- Nutzer: Vorhersage der Nutzerverhaltens ungenau
- Anlagentechnik, z.B. realer vs. idealer Wirkungsgrad
- Wetter
Wie erzeugt man eine sog. Jahresdauerlinie?
Gegeben sei der grafische Verlauf der (Heiz)Leistung über ein Jahr.
- Teile das Jahr in N gleich große Perioden (Zeitintervalle)
- Bestimme für jede Periode die mittlere Energie als Produkt aus mittlerer Leistung der Periode und Zeitspanne des Intervalls
- Ordne die so entstehenden Werte (z.B. Balken im Balkendiagramm) der Größe nach (den größten Wert nach links)
Warum ist die Jahresdauerlinie im Zusammenhang mit der Auslegung von Anlagen (z.B. Heizung) hilfreich?
Die Jahresdauerlinie ermöglicht die Aufteilung des Lastprofils in Grundlast und Spitzenlast (ggf. auch Mittellast dazwischen). Dann können für beide Lastbereiche unterschiedliche Anlagen individuell ausgelegt werden.
So muss eine Anlage im Grundlastbetrieb in erster Linie möglichst energieeffizient arbeiten, wohingegen bei einer Anlage für die Spitzenlast vor allem ein möglichst geringer Preis pro Leistung anvisiert wird.
Was beschreibt ein sog. Standardlastprofil (Strom)?
Ein Standardlastprofil zeigt den typischen Verlauf des Stromverbrauchsüber einen Tag. Der Stromverbrauch wird dabei typischerweise als Anteil des Jahresenergieverbrauchs angegeben.
Wie ist die zeitliche Auslösung eines Standardlastprofils?
Es gibt eine Vielzahl von unterschiedlichen Standardlastprofilen die für verschiedene Szenarien erstellt wurden. Welche Szenarien werden dabei unterschieden?
Die zeitliche Auflösung beträgt 15 Minuten.
Standardlastprofile werden zum einen für unterschiedliche Wochentage (Werktag, Samstag, Sonntag) erstellt.
Zum anderen erhalten unterschiedliche Verbraucher (Privathaushalt, Industrie, Landwirtschaft, Einzelhandel, …) unterschiedliche Lastprofile.
Warum kann ein Standardlastprofil nicht für die Anlagendimensionierung in einem einzelnen Haushalt verwendet werden?
Standardlastprofile stellen eine Mittelung über eine Vielzahl von gleichartigen Verbrauchern dar. Aufgrund des sehr individuellen Nutzerverhaltens weicht der Tagesverlauf des Stromverbrauchs eines einzelnen Haushalts mitunter stark vom Mittelwert (Standardlastprofil) ab.
