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Ausgewählte Ausgabe: 02-2017 Ansicht: Modernes Layout
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Energetische Bewertung der Luftkonditionierung

Wenn man bei einem technischen Prozess, wie der Luftkonditionierung, nicht nur den Verbrauch an Energie, sondern auch deren optimale Ausnutzung in Erfahrung bringen möchte, gelingt dies, wie im Folgenden gezeigt wird, mit Hilfe einer Exergiebilanz. Der Leistungsanteil, welcher bei einem technischen Prozess anteilig aus der mit einem bestimmten Stoffstrom maximal möglichen Leistung zur Erbringung einer bestimmten Nutzarbeit zur Verfügung steht, wird üblicherweise mit dem Wirkungsgrad festgestellt. Dabei bleibt unberücksichtigt, um welche Energieform es sich handelt, wenn z. B. bei der Kraft-Wärme-Kopplung als Wirkungsgrad die Summe aus der gewonnenen elektrischen Energie und der bei dem Prozess nutzbaren Wärme zu der eingesetzten Brennstoffenergie ins Verhältnis gesetzt werden.


HA179-Bildartikel-1

Bild 1
Carnot - Prozess

Tatsächlich kann aber mit der elektrischen Energie weiter Arbeit geleistet werden, während die Wärme arbeitstechnisch praktisch nutzlos geworden ist. Für technische Prozesse ist es deshalb von Bedeutung, inwieweit diese so ablaufen können, dass eine möglichst große Arbeitsfähigkeit erhalten bleibt.

Thermodynamischer Gütegrad

Einen Bewertungsmaßstab für den bei einem Energieumsatz unabdingbar auftretenden Verlust stellt die Arbeit dar, welche man theoretisch maximal gewinnen kann, wenn ein, mit der Temperatur t stationär strömender Stoff, wie bei einem Carnot-Prozess (Bild 1) reversibel mit der Umgebung, deren Temperatur t0   beträgt. ins Gleichgewicht gebracht wird und die sich dann aus der Beziehung

 Lmax = Q · (TT0  )/T    (1)

ergibt. Man bezeichnet diese Arbeitsfähigkeit als Exergie und den Anteil, der zu keiner Arbeit mehr taugt, als Anergie.
Bei einem realen thermischen Prozess hat man, mit Festlegung einer Kontrollgrenze, innerhalb welcher die Energiebilanz durchgeführt werden soll, zwischen der abgeführten Exergie Eab und der zugeführten Exergie Ezu zu unterscheiden und definiert mit dem Verhältnis

Φ = Eab/Ezu   (2)

den thermodynamischen Gütegrad. Bei mehreren Verfahrensschritten ergibt sich dann aus dem Verhältnis der Summen der abgeführten zu den zugeführten Exergieanteilen der Gesamtgütegrad

Φges = ∑Eab/∑Ezu   (3).

Bild 2 Aufbereitungsstufen zur Erwärumung und Befeuchtung von Luft

Bild 2
Aufbereitungsstufen zur Erwärumung und Befeuchtung von Luft

Die thermodynamische Qualität eines Prozesses, wie z. B. die Luftkonditionierung lässt sich nunmehr feststellen, wenn man dazu den zu behandelnden Anlagenbereich (Bild 2) als Kontrollraum eingrenzt und für diesen dann eine Exergiebilanz vornimmt.

Seite des Artikels
Autoren

Prof. Dr.-Ing.  Karl Heinz Lillich

War an der Fachhochschule Gießen-Friedberg im Fachbereich Energie- und Wärmetechnik zuständig für Heiztechnik; als Beratender Ingenieur war er von der Industrie- und Handelskammer Darmstadt öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger für Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik.

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