Erstellen Sie zwei schematische Zeichnungen eines Kollektor mit Hafenabsorber von denen einer nach Tichelmann und einer im Widerspruch zu Tichelmann angeschlossen ist.
• Siehe Vorlesungsfolie zu Kollektorschaltungen. In der Tichelmann-Schaltung sind die Längen der Rohrleitungen gleichmäßig verteilt, während bei der nicht-Tichelmann-Schaltung ungleichmäßige Leitungen verwendet werden
Was wird unter einem flächenbezogenen Feldvolumenstrom verstanden? Nennen Sie einen typischen Wert mit Einheit.
• Der flächenbezogene Feldvolumenstrom gibt den Volumenstrom pro Quadratmeter Kollektorfläche an.
• Typischer Wert: 10 g/s*m²
Wie kann auf einfache Weise der erforderliche Rohrdurchmesser eines Solarkreises berechnet werden?
• Der Rohrdurchmesser kann aus dem Feldvolumenstrom und der Strömungsgeschwindigkeit bestimmt werden.
• Übliche Strömungsgeschwindigkeit: 0,4–0,7 m/s
Was hat es jeweils zur Folge, wenn die Leitungen im Solarkreis zu groß bzw. zu klein ausgelegt werden?
• Zu große Leitungen: Schwierigkeiten bei der Entlüftung, höhere Wärmeverluste.
• Zu kleine Leitungen: Erhöhte Druckverluste, geringerer Volumenstrom.
Nennen Sie die zwei wichtigsten Gründe, warum dem Wasser des Solarkreislaufs Propylenglykol und Additive beigemischt werden. Was sind die beiden hierdurch entstehenden wesentlichen Nachteile?
• Gründe: Frostschutz und Korrosionsschutz.
• Nachteile: Reduzierte Wärmekapazität, Vercrackung bei hohen Temperaturen.
Was wird unter Vercrackung verstanden und wie kommt Sie Zustande?
• Vercrackung beschreibt die thermische Zersetzung von Propylenglykol bei hohen Temperaturen (über 170°C), was zu Ablagerungen führt.
Nennen Sie die wesentliche Größe, die bei Pumpen mit variabler Drehzahl durch Veränderung der Drehzahl eingestellt werden kann.
Der Volumenstrom
Solaranlagen haben wie auch Wärmepumpen eine Arbeitszahl. Erklären Sie den Zusammenhang und geben Sie einen typischen Wert einer solaren Arbeitszahl.
• Die Arbeitszahl gibt das Verhältnis der erlangten Nutzwärme zur eingesetzten Pumpenarbeit an.
• Typischer Wert: 20–50.
Was wird bei Solaranlagen unter Stagnation verstanden und wie wird sie bei der Dimensionierung eines MAGs quantitativ berücksichtigt.
• Stagnation: Wenn der Energieeintrag den Bedarf übersteigt und die Umwälzpumpe abgeschaltet wird, verdampft die Solarflüssigkeit im Kollektor.
• Bei der Dimensionierung eines MAGs muss das Volumen des verdampften Fluids berücksichtigt werden.
klären Sie mittels einer Skizze die Funktion eines Membranausdehnungsgefäßes.
Das MAG besteht aus zwei Kammern: einer für das Wasser und einer mit Luftpolster. Bei Temperaturanstieg wird das Volumen des Wassers aufgenommen, um den Druck konstant zu halten.
Erklären Sie die Physik eines Schichtspeichers und darauf aufbauend, wie es zu Wärmeverlusten durch Mikrozirkulation kommt.
• Physik: In einem Schichtspeicher lagert sich das wärmere Wasser oben und das kältere unten.
• Mikrozirkulation: Durch kleine Bewegungen und die Zirkulation kommt es zu einer Vermischung, die die thermische Schichtung stört.
Erstellen Sie eine aussagekräftige Skizze eines Bivalenten Trinkwasserspeichers mit internen Wärmeübertragern, aus der die Flussrichtung aller Fluide hervorgeht.
• Siehe Vorlesungsfolie zum bivalenten Trinkwasserspeicher. Interne Wärmeübertrager sorgen für die Erhitzung des Wassers mit zwei unabhängigen Energiequellen (Solar und konventionell).
Wie unterscheiden sich ein Kombispeicher und ein bivalenter Trinkwasserspeicher?
• Kombispeicher: Speicherung von Heizungswasser und Trinkwasser in einem Behälter.
• Bivalenter Speicher: Speicherung von Trinkwasser, welches durch zwei Wärmequellen erwärmt wird.
Begründen Sie mit Worten der Mathematik, warum ein großer thermischer Speicher geringere Wärmeverluste hat, als zwei kleine Speicher gleichen Volumens.
• Mathematisch: Ein großer Speicher hat ein geringeres Verhältnis von Oberfläche zu Volumen, wodurch weniger Wärme über die Oberfläche verloren geht.
Was ist Legionellose, wodurch wird sie Verursacht und wie kann ihre Verbreitung anlagentechnisch Vorgebeugt werden?
• Legionellose ist eine bakterielle Lungenentzündung, die durch Legionellen verursacht wird.
• Vorbeugung: Regelmäßiges Erhitzen des Wassers auf über 60°C, Vermeidung von stehendem Wasser.
Heizungssysteme kommen teilweise ohne Pufferung aus, teilweise ist die Pufferung erforderlich. Erklären Sie die Zusammenhänge und nennen Sie für beide Heizungsarten Beispiele.
• Systeme ohne Pufferung: Gasheizungen passen die Leistung gut an den Bedarf an.
• Systeme mit Pufferung: Wärmepumpen benötigen Puffer, um Lastschwankungen auszugleichen.
Welches sind die wesentlichen Aktoren‐Gruppen einer geo‐solarthermischen Anlage? Nennen Sie wesentliche Eingangsgrößen einer Regelung auf Basis derer die Aktoren angesteuert werden.
• Aktoren: Pumpen, Ventile, Heizgeräte.
• Eingangsgrößen: Temperatur, Volumenstrom, Wetterdaten, Benutzeranforderungen.
Erklären Sie die wesentlichen Komponenten, die in einer Solarstation zusammengefasst sind.
• Komponenten:
Pumpe,
Druckmanometer,
Temperaturanzeige,
Sicherheitsventile,
Entlüfter.
Warum ist zur Befüllung des Solarkreises eine weitere Pumpe notwendig?
• Da die Umwälzpumpe oft nicht genug Förderhöhe erreicht, wird eine zusätzliche Pumpe verwendet, um die Solarflüssigkeit zirkulieren zu lassen und Luft zu entfernen.
Erstellen Sie eine aussagekräftig beschriftete Skizze einer solaren Thermosiphonanlage und erklären Sie die ihr zugrundeliegende Physik.
• Siehe Vorlesungsfolie zur Thermosiphonanlage. Heißes Wasser steigt durch Auftrieb nach oben, was die Zirkulation zwischen Kollektor und Speicher antreibt.
Was ist sind ein Drain‐Back‐System und dessen Vorteile? Was muss beim der Installation beachtet werden?
• Ein Drain‐Back‐System entleert sich bei Nichtbetrieb, sodass kein Frostschutzmittel benötigt wird.
• Installation: Rohre müssen stetiges Gefälle haben.
Was ist eine ErP‐Kennzeichnung einer Gebäudethermischen Verbundanlage?
Die ErP-Kennzeichnung gibt die Energieeffizienz einer Anlage an, basierend auf den Wirkungsgraden der Komponenten und Zusatzpunkten für Solarnutzung.
Warum und wie unterscheiden sich die Werte der solaren Energieeinsparung und des Deckungsgrads?
Die solare Energieeinsparung bezieht sich auf die tatsächlich eingesparte konventionelle Energie, die geringer sein kann als der Deckungsgrad aufgrund von Speicherverlusten.
Bei der Dimensionierung einer solarthermischen Anlage hat die Kollektorfläche einen wesentlichen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit. Erklären Sie mit den Begriffen flächenspezifischer Systemertrag und Deckungsgrad die Zusammenhänge.
• Flächenspezifischer Systemertrag: Energieausbeute pro Quadratmeter Kollektorfläche.
• Deckungsgrad: Anteil des solaren Ertrags am gesamten Energiebedarf.
• Ein größerer Kollektor erhöht den Deckungsgrad, jedoch sinkt der flächenspezifische Ertrag mit zunehmender Kollektorfläche.
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