Grundsätzliche Überlegungen zur Messung von Enthalpiedifferenzen

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1 ARC Seibersdorf research Grundsätzliche Überlegungen zur Messung von Enthalpiedifferenzen Dipl.Ing. Alfons Witt, ARC Seibersdorf research GmbH 26 Seibersdorf research - Bereiche Werkstoffe & Produktionstechnik Informationstechnologien Umwelt- & Lebenswissenschaften Gesundheit Medizintechnik Weltraumanwendungen 1

2 hemen hermodynamische Grundlagen k-faktor und Enthalpie k-faktor bei Glykolgemischen hermodynamisch Zustandsgrößen p..druck [N/m²] V...Volumen [m³]..emperatur [K] U.. innere Energie [J] H Enthalpie [J] S Entropie [J/K] 2

3 Zustandsgleichungen hermische Zustandsgleichung v v = v(,p) v = R p (,p ) = v [ 1+β( ) κ( p )] * p 1 v β = v p 1 v κ = v p Innere Energie kalorische Zustandsgleichung u = u (, v ) u du = v u d + v dv u v = c v (,v) u v = ( ) = c ( ) u d + v u 3

4 Enthalpie h = h(,p) h = u + p * v h h dh = p h h d + p p = c v = v = const p dp (,p ) h(,p ) + c ( ) d+ v * ( p ) = p p Energiebilanz m E m * u A E * u 2 c E + pe * v E + + g * ze 2 A h E 2 c A + p A * v A + + g * z A 2 h A Kontrollraum Q Q=m*(h E h A ) 4

5 Q Wärmezählung = t1 t q m * h * dt Q.. die abgegebene oder aufgenommene Wärmemenge qm. der Massedurchfluss durch den Wärmezähler h.. die Differenz zwischen den spez. Enthalpien im Vorlauf und Rücklauf t. die Zeit Q = V1 V k * θ * dv Q.. die abgegebene oder aufgenommenen Wärmemenge V das Volumen der durchgeflossenen Flüssigkeit k. der Wärmekoeffizient; eine Funktion der Eigenschaften der Wärmeträgerflüssigkeit bei entsprechenden emperaturen und Druck θ.. emperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf k-faktor gemäß EN 1434 k ( p, Θ, Θ ) f r = 1 υ h Θ f f h r Θ r k.... Wärmekoeffizient h f.enthalpie des Wärmeträgers im Vorlauf h r.enthalpie des Wärmeträgers im Rücklauf v. spez. Volumen am Ort der Durchflussmessung Ermittlung der Enthalpie nach der Industrienorm für thermodynanmische Eigenschaften von Wasser und Dampf ( IAPWS-IF 97 ) Wobei nach EN 1434 eil 1 Abs. 8 ein Druck von 16 bar für Vorlauf und Rücklauf einzusetzen ist 5

6 k-faktor aus Enthalpie und spez. Wärme berechnet 1,16 k-faktor [kwh/m³ K) 1,14 1,12 k-faktor Enthalpie-Spez. Wärme Spez.Wärme cp Enthalpie Spez.Wärme cv 1,1 1,8 1,6 1,4 Rücklauftemperatur = 5 [ C] 1,2 Vorlauftemperatur [ C] 1, Einfluss des Druckes auf den Wärmekoeffizienten 1,158 k-faktor in kwh/(m ³K) 1,156 1,154 1,152 k-faktor nach EN ,15 1,148 1,146 Druck [bar]

7 Einfluss der Druckdifferenz auf den k-faktor 1,28 k-faktor [kwh/m³* K] 1,26 1,24 1,22 k-faktor nach EN 1434 Rücklauftemperatur 5 C Differenzdruck bar 2 bar 6 bar 1 bar 13 bar 15 bar 1,2 1,18 1,16 Vorlauftemperatur [ C] 1, Einfluss der Druckdifferenz auf den k-faktor in % 12 Abweichung [%] k-faktor: Abhängigkeit von der Druckdifferenz Rücklauftemperatur 5 C Druckdifferenz 3 bar 6 bar 1 bar 13 bar 15 bar 2 Vorlauftemperatur [ C]

8 Wärmeübergabestation emperaturerhöhung durch Drosselung,6 emperaturerhöhung [K] Drosselung,5,4,3,2,1 Druckdifferenz [bar],

9 emperaturdifferenz Häufigkeitsverteilung in einer Heizsaison (Fall 1) 8 Häufigkeit [h] Häufigkeit der emperaturdifferenz emperaturedifferenz [ K] emperaturdifferenz Häufigkeitsverteilung in einer Heizsaison (Fall 2) Häufigkeit der emperaturdifferenz 25 Häufigkeit [h] emperaturdifferenz [ K] 9

10 Differenz der gezählten Wärmeenergie Fall 1 Energie [kwh] 25 2 Differenz der gezählten Wärmeenergie 15 Minderzählung pro Heizsaison 6,13 % 1 5 emperaturdifferenz [ K] Differenz der gezählten Wärmeenergie Fall 2 Wärmeenergie [kwh] Differenz der gezählten Wärmeenergie Minderzählung pro Heizsaison 1,23 % emperaturdifferenz [ K] 1

11 Kompaktstation Fernwärmeübergabestation 11

12 Dichte von Ethylenglykolgemischen Dichte [kg/m³] Dichte Glykolgemische yfocor2 yfocor5 yfocor8 Wasser emperatur [ C] Spzifische Wärme von Ethylenglykolgemischen Spezifische Wärme Glykol-Gemische 4,5 Spez. Wärme [kj/kg K] 4, 3,5 3, 2,5 yfocor2 yfocor5 yfocor8 Wasser emperatur [ C] 2,

13 k-faktor von Ethylenglykolgemischen 1,2 k-faktor [kwh/k m³] k-faktor Glykol-Gemische 1,2 1,1 1,1 1, yfocor2 yfocor5 yfocor8 Wasser 1,,9 Vorlauftemperatur 3 C,9, Rücklauftemperatur [ C] Abweichung des k-faktors von Etylenglykolgemischen zu Wasser -35, Abweichung [%] Abweichung des k-faktors zu Wasser in Prozent -3, -25, -2, -15, -1, Vorlauftemperatur 3 C yfocor2 yfocor5 yfocor8-5,, Rücklauftemperatur [ C]