tgt HP 2007/08-2: Heizungsanlage

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1 tgt HP 007/08-: Heizungsanlage Ein Wohngebäude wird durch eine Warmwasserheizung beheizt und erfordert eine maximale Wärmeleistung von 50 kw. Wärmepumpe Anlagenschema Stoffwerte für leichtes Heizöl: Dichte: ρ 0,86 dm 3 Teilaufgaben: 1 Ölheizung Heizwert: H u 11,83 kwh Wie viele Liter leichtes Heizöl müssen pro Stunde maximal verbrannt werden, wenn der Wirkungsgrad des Heizkessels 94% beträgt? Wärmepumpenheizung Im Rahmen einer Modernisierungsmaßnahme soll die Ölheizung durch eine Wärmepumpe ersetzt werden. Die Wärmepumpe nutzt hierbei die Wärme des Grundwassers..1 Übertragen Sie die Punkte 1 bis 4 des Anlagenschemas in das T-s-Diagramm auf dem Arbeitsblatt. In der Wärmepumpe durchläuft das Kältemittel einen Prozess, der im Zustandsdiagramm auf dem Arbeitsblatt eingetragen ist.. Erläutern Sie, wie Wärme vom niedrigeren Temperaturniveau des Grundwassers zum höheren Temperaturniveau der Heizanlage gepumpt" wird..3 Kennzeichnen Sie im T-s-Diagramm die vom Kältemittel dem Grundwasser entnommene spezifische Wärmemenge q verd und die vom Kältemittel der Heizungsanlage zugeführte spezifische Wärmemenge q kond. Ermitteln Sie näherungsweise q verd und q kond. Punkte

2 .4 Die bilanz der Wärmepumpe ergab die folgenden Werte: Spezifische Wärmemenge Verdampfer: q verd +1, kj Spezifische Wärmemenge Kondensator: q kond -176, kj Berechnen Sie die spezifische Arbeit, die dem Kompressor zugeführt werden muss..5 Welche Masse an Kältemittel muss pro Stunde umgewälzt werden, um die Wärmeleistung von 50 kw zu erzeugen bei q kond 176 kj/? Welche Leistung gibt hierbei der Verdichter ab? 3 Stromerzeugung Die Wärmepumpenanlage nimmt 15 kw elektrische Leistung auf. Diese wird in einem Wärmekraftwerk mit einem Gesamtwirkungsgrad von 38% erzeugt. Auf dem Übertragungsweg zwischen Kraftwerk und Gebäude ist mit Gesamtverlusten in Höhe von 30 % zu rechnen. 3.1 Skizzieren Sie die Kette der einzelnen Baugruppen eines Wärmekraftwerks in Form eines Blockschaltbilds und geben Sie die dabei auftretenden formen an. 3. Welche Wärmemenge muss pro Stunde im Kraftwerk für den Betrieb der Wärmepumpenanlage erzeugt werden? 3.3 Wie viele Liter leichtes Heizöl müssten hierzu pro Stunde verbrannt werden? S 30,0

3 Arbeitsblatt zu.1 und.3

4 Lösungsvorschlag Teilaufgaben: 1 Alle Berechnungen sind auf 1 Stunde bezogen. η P ab P P zu P ab 50 kw η zu 94% 53,19kW W zu P zu t53,19 kw 1h53,19kWh H u W m mw zu 53,19kWh H u 11,83/ dm 4,50 3 ρ m V V m 4,50 öl ρ 0,86 /dm 5,l 3 Es müssen 5,3 l leichtes Heizöl pro Stunde verbrannt werden, um die maximale Wärmeleistung zu liefern..1 siehe Ausschnitt rechts Dampfprozess im T,s-Diagramm (Kältemittel). 1 -> : Im Verdampfer nimmt das Kältemittel Wärme aus dem Grundwasser isobar auf, verdampft vollständig bei knapp 0 C und überhitzt. -> 3: Das Kältemittel wird durch Pumpen verdichtet. Dabei steigt sein Druck auf 14,5 bar und seine Temperatur auf 345K ( 7 C) 3 -> 4: Im Kondensator gibt das Kältemittel Wärme isobar an die Umgebung ab und wird dabei wieder flüssig. 4 -> 1: Im Expansionsventil wird das Kältemittel entspannt. Dabei fällt die Temperatur wieder auf knapp 0 C und der Druck auf,8 bar. Dampfprozess beschreiben (Kältemittel) Punkte

5 .3 Auch nach dem Punkt verläuft der Prozess bis zur Spitze b auf der Isobaren (,8 bar). Da reine Verdichtung keine isobaren Zustandsänderungen erzeugen kann, muss der Abschnitt b durch Wärmezufuhr im Verdampfer bewirkt und zu q verd (q zu ) gerechnet werden. q verd T 1 (s s 1 )+ T +T b (s b s ) 71 K (1,75 1,3) kj K K (1,8 1,75) kj K 135,7 kj.4 q kond T +T 3 4 (s 3b s 3 )+T 4 (s 4 s 3b ) kj Dampfprozess berechnen (Kältemittel) K (1,7 1,8) kj kj +35K (1,5 1,7) K K q verd +q kond +w komp 0 w komp q verd q kond 1 kj kj kj ( 176) 54.5 Alle Berechnungen sind auf 1 Stunde bezogen W ab P ab t50 kw 1h50 kwh q kond W ab m m Kältemittel W ab q kond 50 kwh 176 kj / 103 Es müssen ca. 10 Kältemittel pro Stunde durch die Anlage gepumpt werden. P komp w m 54 kj 103 komp 15,3 kw t h Dazu sind 15,3 kw Pumpenleistung erforderlich chem. Brenner therm. Turbine Motor 3. Alle Berechnungen sind auf 1 Stunde bezogen P zu P ab 15 kw η 1 η 56,4 kw 38% (1 30%) Q zu P zu t56,4 kw 1h56,4 kwh 3.3 Q zu H u m m Q zu 56,4kWh H u 11,83kWh/ 4,77 mech. Generator elektr. V Öl m ρ 4,77 0,86 /dm 35,5l Im Wärmekraftwerk müssen 5,5l leichtes Heizöl pro Stunde verbrannt werden. S 30,0

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