Ohne Energie geht nichts

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1 2008 AGI-Information Management Consultants May be used for personal purporses only or by libraries associated to dandelon.com network. Berichte aus der Energietechnik Werner Litzow Ohne Energie geht nichts Shaker Verlag Aachen 2002

2 Inhaltsverzeichnis 5 Seite Vorwort 9 1. Energietechnik Nutzenergien 13 Allgemeines 1.2 Nutzenergie: Wärme 14 Allgemeine Heizungssysteme Erzeugung von Wärme 15 Heizkraftwerke, Hausheizung, Erdwärme, Biomasse, Müll, Solarkollektor (Solarwärme) Transport von Wärme 23 Pipelines, Heißwasser- und Heißdampftransport, Transport von Synthesegas und latenter Wärme (Wärmerohr = Heat Pipe) Speicherung von Wärme 32 Direkte Wärmespeicherung, Latentwärme-Speicherung, Thermochemische Speicherung, Heizwert, Brennwert, Wärmekapazität 1.3 Nutzenergie: Strom Erzeugung von Strom 43 Fossile Energie (Kohle, Erdöl, Erdgas), Kernenergie, Erdwärme, regenerative Energien (Biomasse, Biogas, Müll, Wasser, Wind, Solarzelle, H 2 /0 2 -Brennstoftzelle) Transport von Strom 60 Freileitungen, Erdkabel, Kryokabel, Supraleitende Kabel Speicherung von Strom 67 Großvolumen-Speicher, Bleiakkumulator, ZnCl-Batterie, Hochtemperaturzellen (NaS- und LiS-Batterien), Brennstoffzelle

3 1.4 Nutzenergie: Mechanische Energie Treibstofferzeugung 78 Kohle-Verflüssigung und -Vergasung, Erdöl-Raffinierung, Biomasse (Alkohol), Wasserzersetzung (thermisch und elektrolytisch) Transport und Speicherung von Wasserstoff 83 Kryotanks, Pipelines, Druckspeicher, Metallhydrid-Speicher Treibstoff- und Energieverbrauch (Verkehr) 86 Treibstoff- und Stromverbrauch im Verkehrssektor, Personenund Gütertransport, energetische Wirkungsgrade, spezifischer Treibstoff- und Energieverbrauch, spezifische Verkehrsleistungen l.s. Umweltbelastungen Natürliche Umweltbelastung 98 Atmosphäre, Sonneneinstrahlung Anthropogene Umweltbelastung 101 Treibhauseffekt, Smog, Säuregehalt der Luft, Verunreinigungen der Luft von 1973 bis Umweltbelastungen durch Energieträger 108 Belastung durch: fossile Energien, Kernenergie, Erdwärme und regenerative Energien (Wasser-, Wind- und Sonnenenergie) Reduzierung der Umweltbelastungen 117 Verminderung von: COj, SO2, CO, NO X und organischer Verbindungen (C nl H n ), Dreiwegekatalysator, Lambda-Sonde 2. Kreisprozesse der Kraft- und Arbeitsmaschinen 2.1 Einleitung Hauptsatz der Wärmelehre 121 Allgemeines, thermodynamische Systeme, innere Energie, Enthalpie, Volumenänderungsarbeit, technische Arbeit

4 Hauptsatz der Thermodynamik 125 Reversible und irreversible Prozesse, Entropie, isochorer-, isobarer-, isothermer-, adiabatischer-, polytroper- Prozess Beschränkte Umwandelbarkeit der Energie 130 Exergie und Anergie, Umwandlung von Wärme in Nutzarbeit, energetischer und exergetischer Wirkungsgrad, Darstellung der Exergie Kreisprozesse 136 Geschlossene und offene Prozesse, rechts- und linkslaufende Prozesse, Arbeitswert der Wärmeenergie Der Carnot'sche Kreisprozess 141 Prozessverlauf, p,v- und T,S-Diagramme, Prozess-Wirkungsgrad, Erhöhung des Wirkungsgrades, Wirkungsgrad und Leistungszahl (Wärmepumpe, Kältemaschine) 2.2 Kraftmaschinen-Kreisprozesse 148 Allgemeines Prozesse ohne Kondensation des Arbeitsstoffes 149 Ericsson-, Ackeret/Keller-Prozess, Prozess mit Regeneration, Stirling-Prozess, Joule-Prozess (geschlossen) Prozesse mit Kondensation des Arbeitsstoffes 158 Carnot'-Prozess mit idealem Gas bzw. realem Fluid Clausius-Rankine-Prozess 163 Sattdampf-Prozess, Zustandsdiagramm von Wasserdampf, Dampferzeugungswärme, Mollier-Diagramm, freie Enthalpie Wirkungsgrad-Verbesserung bei Dampfkraft-Prozessen 173 Kondensations-Temperatur, Heißdampf-Prozess, Zwischenüberhitzung, Camotisierung Grundsätzliches zur Dampferzeugung und Kondensation Prozesse mit Verbrennung des Arbeitstoffes 187 Allgemeines über Verbrennungs-Kraftmaschinen

5 Kolben-Maschinen 188 Otto-Motor, Diesel-Motor, Seliger-Prozess, Verdichtungs-, Einspritz-, und Druck-Verhältnis Strömungs-Maschinen 200 Gasturbinen 200 Geschlossener Gleichdruck-Prozess nach Ackeret/Keller, offener Gleichdruck-Prozess nach Joule, Regeneration, Mehrstufigkeit, Leistungsberechnung, Vorteile und Nachteile der Prozesse Luftstrahl- und Raketen-Triebwerke 224 Physik der Strömungen, Lorin-Düse, Schmidt-Argus-Rohr, Turbinen-Luftstrahltriebwerke (TL), Laval-Düse, Raketen- Gleichung, 2.3 Arbeitsmaschinen-Kreisprozesse Prozesse ohne Kondensation des Arbeitsstoffes 237 Kolbenverdichter (Kompressor), Ein- und Mehrstufigkeit, ohne und mit schädlichem Raum, wirtschaftliche Stufenzahl Prozesse mit Kondensation des Arbeitsstoffes 246 Einleitung, energetische Leistungszahl, Kompressionswärmepumpe, Wärmetransformator = Absorptionswärmepumpe, Inp-l/T- Diagramm, Leistungszahl der Absorpt.-Wärmepumpe, Kompressionskältemaschine, Absorptionskältemaschine Literaturverzeichnis 267 Sachverzeichnis 277