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Donnerstagg p. 44 PV‐Diagramm und Arbeit im Carnotzyklus 1. Isotherme Expansion 2. Adiabatisch Expansion 3. Isotherme Kompression 4. Adiabatische Kompression Adiabatengleichung Gesamtbilanz: Gesamtbilanz: p. 45 Thermodynamischer Wirkungsgrad des Carnot‐Zyklus Wirkungsgrad = abgegebene Arbeit normiert auf aufgenommene abgegebene Arbeit normiert auf aufgenommene Wärmemenge Hohe Temperaturdifferenz ⇒ hohe Effizienz der Wärmekraftmaschine Druckwasserreaktor: Wirkungsgrad (Freigesetze Kernenergie ⇒Strom) ≈ 35 % T(Kühlwassers) < T T(Kühl ) Tkrit = 374 °C 374 °C Pkrit= 221,3 bar Siedewasserreaktor: Nettowirkungsgrad 35% Wassers bei 71 bar 286 °C 7000 t Dampf/Stunde Schneller Brüter: schnelle Neutronen U238 ‐> Pu 545°C 10 bar 395°C 395 C Schneller Brüter braucht schnelle Neutronen Nicht mit Wasserkühlung (Moderator) kompatibel N ti Natrium iim K Kreislauf: i l f S Schmelzpunkt h l kt 98 °C, °C Siedepunkt Si d kt 883 °C http://www.schneller-brueter.de/sites/funktion.htm 2. Hauptsatz der Thermodynamik Prinzip der Wärmekraftmaschine Aus Wärme wird mech. Arbeit. Es entsteht immer (!) auch Abwärme. (s. 2. HS. der Thermodynamik) Warmes Reservoir V i ht t Arbeit Verrichtete A b it K lt R Kaltes Reservoir i Kältemaschine = Wärmepumpe Man kann den Carnot‐Zykus invers durchlaufen (Gegenuhrzeigersinn) ⇒ Wärme aus dem kalten Reservoir in das warme Reservoir übertragen. Wä d k lt R i i d R i üb t Dieser Prozess erfordert Arbeit (2. Hauptsatz) Definiere die Kälte Leistungszahl“ Definiere die „Kälte‐Leistungszahl Beispiel: Tk=270 K, T , W=300 K ⇒ ck= 270/30 = 9 / D.h. man muss 1/9 der gewonnenen Wärme zuvor als Arbeit aufbringen Definiere die „Wärme‐Leistungszahl“ p. 52 Wärmepumpen im ökologischen Hausbau Österreich: 95% der Heizwärme durch Verbrennung fossiler Brennstoffe Wärmepumpe: 25% elektrischer Strom, 75 % aus Umgebungswärme. p p , g g Erdwärme ist kostenlos! Wärmequelle: Wärmequelle: Erdreich / Grundwasser (Soletemperatur zwischen ‐5°C und +5°C) Zu Bedenken konstante Heizleistung über das Jahr (Boden etwa T= const) konstante Leistungszahl (wg. T=const) Erdarbeiten bei der Installation der Wärmepumpe notwendig Erdarbeiten bei der Installation der Wärmepumpe notwendig Erdreichkollektor erfordert 1,5 bis 2,5‐fache der beheizten Fläche p. 53 Prinzip der Wärmepumpe (oben) Kühlschrank (unten) Warmes Reservoir Man kann den Carnot‐Kreisprozess (wie auch andere quasistatische Kreisprozesse) reversibel durchlaufen ⇒ Verschiebe Wärme von kalt nach warm Verrichtete Arbeit Kann dies nur unter Verwendung zusätzlicher Arbeit (s. 2. HS. der Thermodynamik) Kaltes Reservoir p. 54 Kältemaschine = Wärmepumpe Man kann den Carnot‐Zykus invers durchlaufen (Gegenuhrzeigersinn) ⇒ Wärme aus dem kalten Reservoir in das warme Reservoir übertragen. Wä d k lt R i i d R i üb t Dieser Prozess erfordert Arbeit (2. Hauptsatz) Definiere die Kälte Leistungszahl“ Definiere die „Kälte‐Leistungszahl Beispiel: Tk=270 K, T , W=300 K ⇒ ck= 270/30 = 9 / D.h. man muss 1/9 der gewonnenen Wärme zuvor als Arbeit aufbringen Definiere die „Wärme‐Leistungszahl“ p. 55 Wärmepumpen im ökologischen Hausbau Österreich: 95% der Heizwärme durch Verbrennung fossiler Brennstoffe Wärmepumpe: 25% elektrischer Strom, 75 % aus Umgebungswärme. Erdwärme ist kostenlos! Erdwärme ist kostenlos! Wärmequelle: Erdreich / Grundwasser (Soletemperatur zwischen ‐5°C und +5°C) Zu Bedenken konstante Heizleistung über das Jahr (Boden etwa T= const) konstante Leistungszahl (wg. T=const) konstante eistungs ahl (wg. T const) Erdarbeiten bei der Installation der Wärmepumpe notwendig p. 56 E d i hk ll kt f d t 1 5 bi 2 5 f h d b h it Flä h Kühlschrank: kein ideales Gas sondern Phasenübergänge !! Grobes Analog: Heatpipe g pp adiabatische Kompression ⇒ Erwärmung des Gases Wä Wärmetauscher (Kühlschlangen an Rückwand) ⇒ t h (Kühl hl Rü k d) K d Kondensation ti Expansionsventil: ⇒ Verdampfung & adiabatische Expansion ⇒ weitere Kühlung ⇒ Verdampfungswärme kühlt die Speisekammer S. 57
