Fachhochschule Gießen-Friedberg Prof. Dr.-Ing. Boris Kruppa KLAUSUR HEIZTECHNIK II SS 2010 Fachbereich MMEW Montag, 12. Juli 2010 Name: Vorname: Gesamtpunktzahl: 110 Matrikelnummer: Erreichte Punktzahl: 1. Aufgabe 25 Punkte Die Bemessung der Abgasleitung eines 20 kw Gas-Brennwertkessels soll überprüft werden. Der Kessel wird mit einer Luft-Abgas-System (LAS) Abgasleitung raumluftunabhängig Betrieben. Die Abgasleitung ist an der Außenwand montiert (siehe Zeichnung). Die Norm-Außentemperatur am Standort Giessen beträgt -12 C. Die minimale Abgastemperatur des Kessels beträgt e = 40 C (Auslegungspunkt). Folgende Daten sind bekannt: BW K essel L=15 m Förderdruck des Wärmeerzeugers: Rohrreibungsdruckgefälle R, LAS Abgasleitung: Rohrreibungsdruckgefälle R, LAS Zuluftleitung: Länge der Abgasleitung: Dichte Außenluft -12 C: Dichte Abgas 40 C: spezifische Wärmekapazität Abgas (40 C): Abgasmassenstrom (40 C): Innendurchmesser Abgasleitung: Wärmedurchgangskoeffizient (k) der Abgasleitung: 270 Pa 9 Pa/m 11 Pa/m 15 m 1,35 kg/m³ 1,11 kg/m³ 1051 J/kgK 28 kg/h 0,15 m 2 W/m²K a) Wird die Druckbedingung für die Bemessung der Abgasleitung eingehalten? Das Gebäude befindet sich an einem windigen Standort im Inland. Das b) Welche optimale Höhe müsste die Abgasleitung haben? c) Ist die Abgasleitung wärmetechnisch korrekt Ausgelegt ( m, o )? Welches Problem kann auftreten? Heiztechnik II Prüfung SS 2010 Seite 1
2. Aufgabe 10 Punkte Zeichnen Sie den Wirkungsgradverlauf verschiedener Solarkollektoren in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Kollektor- und Umgebungstemperatur in das nachstehende Diagramm für die folgenden Kollektoren: a) Schwimmbadabsorber b) einfach verglaster Flachkollektor c) einfach verglaster Flachkollektor mit selektiver Beschichtung d) Vakuum-Röhrenkollektor Erläutern Sie kurz die Gründe für die unterschiedlichen Kurvenverläufe. 1,00 0,90 Kollektorwirkungsgrad K 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 0,0 50,0 100,0 150,0 200,0 250,0 300,0 ( K - U ) in C 3. Aufgabe 55 Punkte Die Beheizung eines von einem Niedertemperatur-Gaskessel versorgten Wohngebäudes soll unter Nutzung regenerativer Energien auf drei Wärmequellen umgestellt werden (siehe Anlagenschema). Die Planung sieht die folgenden Wärmequellen vor: eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung (WRG) erwärmt die Zuluft. der Lüftungsanlage vorgeschaltet ist ein Erdreich-Wärmeübertrager, der so ausgelegt ist, dass die Luft bei einer Normaußentemperatur von -10 C auf 0 C erwärmt wird eine Luft-Wasser-Wärmepumpe wird hinter der WRG positioniert und entzieht der Abluft weitere Wärme. Sie versorgt das Gebäude über eine Pumpenwarmwasserheizung mit Wärme. Die relevanten bauphysikalischen Daten des Gebäudes sowie die notwendigen Auslegungsdaten und -stoffwerte sind unten angegeben. Die bisherigen Gas-Verbrauchsdaten des Jahres 2009 sind ebenfalls dokumentiert und in Abhängigkeit der Außentemperatur abgebildet. Heiztechnik II Prüfung SS 2010 Seite 2
Gebäudevolumen V e = 470 m³ Norm-Außentemperatur e = -10 C Luftdichte (-12 bis 0 C) Luft = 1,33 kg/m³ spezifische Wärmekapazität der Luft (-12 bis 0 C) c p,luft = 1,0 kj/kg K oberer Heizwert Erdgas H H o = 11,4 kwh/m N ³ Wirkungsgrad des vorhandenen NT-Kessels K = 0,93 1000 Gasverbrauch vs. Aussentemperatur Gasverbrauch in m N³ 750 500 250 0-15 -10-5 0 5 10 15 20 25 Aussentemperatur in C WP Fortluft Abluft 20 C Außenluft Zuluft Erdreich Wärmeübertrager WRG a) Bestimmen Sie näherungsweise die Heizlast des Gebäudes HL,Geb und die Heizgrenztemperatur. Welche Annahmen müssen Sie treffen? b) Welche Leistung liefert der Erdreich-Wärmeübertrager bei Norm-Außentemperatur? Bestimmen Sie hierzu einen sinnvollen Luftvolumenstrom der Lüftungsanlage. c) Welche Temperatur hat die Zuluft bei Norm-Außentemperatur? Der Hersteller der WRG gibt in seinen Unterlagen eine Rückwärmzahl des Geräts von R = 0,80 an. Welche Heiztechnik II Prüfung SS 2010 Seite 3
d) Welche Temperatur hat die Abluft hinter der WRG bei Norm-Außentemperatur? e) Wie groß ist die von der Wärmepumpe zu erbringende verbleibende Heizlast? Als Wärmeerzeuger soll nun eine Luft/Wasser Wärmepumpe eingesetzt werden. Das entsprechende Datenblatt dieser Wärmepumpe ist beigefügt. Als Auslegungstemperaturen werden V = 55 C und R = 45 C gewählt. f) Tragen Sie die verbleibende Heizlast der Wärmepumpe in das Leistungsdiagramm ein. Ist eine monovalente Beheizung des Gebäudes mit dieser Wärmepumpe möglich? Wie groß ist der positive bzw. negative Differenzbetrag? g) Welche Leistungszahl -12 hat die Wärmepumpe an diesem Arbeitspunkt? h) Um wie viel Grad wird die Außenluft an diesem Arbeitspunkt abgekühlt? Sind das gewählte Anlagenschema und die ausgewählte Wärmepumpe für dieses Gebäude geeignet? Warum, bzw. warum nicht? 4. Aufgabe 20 Punkte Bestimmen Sie für die dargestellte Solare Warmwasserbereitung: a) den Kollektorwirkungsgrad b) den Anlagenwirkungsgrad c) den solaren Deckungsanteil weitere Daten der Anlage: - Kollektorfläche = 4 m² - U-Wert des Solar-Wärmeübertragers = 6 W/m²K - Wärmekapazität der Solarflüssigkeit = 3950 J/kgK - Dichte Solarflüssigkeit = 1025 kg/m³ - Solare Bestrahlungsstärke am Standort = 980 kwh/m²a - gemessene Wärmeabgabe Q am Speicheraustritt = 7860 kwh/a E = 600 W/m² E R,so l = 55 C V sol = 120 l/h V,sol = 65 C Q Sp,s ol = 40 C d) Wird die Anlage im low-flow oder high-flow Modus betrieben? Heiztechnik II Prüfung SS 2010 Seite 4
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