Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis
1
1.1
1.2
1.3
Formeln und Gleichungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Formeln sind Gleichungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
Umstellen von Formeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
2
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
Prozentrechnen, Brüche und Dezimalzahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Prozentrechnen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
Prozentzahlen und Brüche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
Prozentzahlen und Dezimalzahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
Promille (‰) und parts per million (ppm) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17
3
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
Längen, Längenteilung, Kreisumfang, gestreckte Länge . . . . . . . . . 19
Einheiten und Formelzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19
Längenteilung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20
Kreisumfang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
Gestreckte Länge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23
4
4.1
4.2
4.3
Flächen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Einheiten und Formelzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
Flächenarten (Auswahl) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
5
5.1
5.2
5.3
Volumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Einheiten und Formelzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29
Körperarten (Auswahl) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32
6
6.1
6.2
6.3
6.4
Masse, Dichte, spezifisches Volumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Masse – Einheiten und Formelzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34
Dichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34
Spezifisches Volumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39
7
7.1
7.2
7.3
7.4
Kraft, Gewichtskraft, Zugfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Kraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41
Gewichtskraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41
Zugfestigkeit, Streckgrenze, Festigkeitsklassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44
Inhaltsverzeichnis
7
8
8.1
8.2
8.3
8.4
8.5
8.6
8.7
8.8
Arbeit, Energie, Leistung, Wirkungsgrad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Mechanische Arbeit – Einheiten und Formelzeichen . . . . . . . . . . . . . .46
Hubarbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47
Energie, Satz von der Erhaltung der Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47
Leistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49
Wirkungsgrad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50
Wärme und Arbeit – 1. Hauptsatz der Wärmelehre . . . . . . . . . . . . . . . .52
Jahresarbeit und Energiekosten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55
9
9.1
9.2
9.3
9.4
9.5
Geschwindigkeit, Volumenstrom, Massenstrom, Kontinuität . . . . 58
Zeit – Einheiten und Formelzeichen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58
Geschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58
Volumenstrom, Massenstrom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .59
Kontinuitätsgesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62
10
10.1
10.2
10.3
Rohrleitungen und Kanäle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
Dimensionierung von Rohrleitungen und Kanälen . . . . . . . . . . . . . . . .65
Prüfen der Strömungsgeschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .69
11
11.1
11.2
11.3
11.4
11.5
Druck, Hydrostatischer Druck, Auftrieb, Druckverlust . . . . . . . . . 73
Druck – Einheiten und Formelzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73
Druckarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .74
Hydrostatischer Druck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75
Auftrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78
12
12.1
12.2
12.3
12.4
Druckverlust, Verlustleistung, Energiekosten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
Druckverlust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .79
Druckverlust und Verlustleistung in Leitungen und an Luftfiltern . . .80
Leistung des Antriebs (Pumpe, Ventilator) und Energiekosten . . . . . .81
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .83
13
13.1
13.2
13.3
13.4
Thermodynamische Temperatur, Gasgesetze . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
Thermodynamische Temperatur T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .85
Gasgesetze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .85
Die allgemeine Zustandsgleichung des idealen Gases, Gaskonstante . .86
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .90
8
Inhaltsverzeichnis
14
14.1
14.2
14.3
14.4
Wärmedehnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
Thermische Längenänderung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .92
Thermische Volumenänderung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .92
Flüssigkeitsdruck und Berstschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .94
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .95
15
15.1
15.2
15.3
15.4
15.5
Wärmemenge, Wärmestrom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
Zweiter Hauptsatz der Wärmelehre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .98
Wärme, Wärmemenge, Enthalpie – Einheiten und Formelzeichen . . .98
Wärmearten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .99
Wärmestrom. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .103
16
16.1
16.2
16.3
16.4
16.5
16.6
16.7
Wärmeübertragung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
Arten der Wärmeübertragung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105
Wärmeleitung durch eine ebene Wand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105
Wärmeleitung durch eine mehrfach geschichtete ebene Wand . . . . .107
Wärmeübergang. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .109
Wärmedurchgang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .110
Mittlere logarithmische Temperaturdifferenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .112
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .114
17
17.1
17.2
17.3
17.4
17.5
17.6
Luftbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
Zustandsgrößen feuchter Luft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .117
Wasserdampfgehalt x und relative Luftfeuchte φ . . . . . . . . . . . . . . . . .119
Zustandsgrößen feuchter Luft im Mollier h,x-Diagramm . . . . . . . . . .120
Luftbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .122
Erneuerung der Kühlraumluft – Luftwechsel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .125
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .127
18
18.1
18.2
18.3
18.4
Kältebedarfsberechnung – Kühllast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
Äußere Lastanteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .129
Innere Lastanteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .130
Verdampferleistung Q˙ 0Verda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134
19
19.1
19.2
19.3
Berechnungen zum Kältemittelkreisprozess . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
Der Kältemittelkreisprozess im Druck-Enthalpie-Diagramm . . . . . .138
Kälteleistung Q˙ 0, Verflüssigerleistung Q˙ c, Massenstrom m
˙ R . . . . . . . .140
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .142
Inhaltsverzeichnis
9
20
20.1
20.2
20.3
20.4
20.5
20.6
Verdichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
Der Verdichter im Kältemittelkreisprozess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .144
Hubvolumenstrom, Druckverhältnis und Liefergrad. . . . . . . . . . . . . .144
Volumetrische Kälteleistung q0v und Kälteleistung Q˙ 0. . . . . . . . . . . . .146
Verdichterantriebsleistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .148
Schädlicher Raum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .149
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .150
21
21.1
21.2
21.3
21.4
21.5
21.6
21.7
Leistungszahlen, Energiebedarf. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
Kälteleistungszahl, Wärmeleistungszahl. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .153
Kälte- und Wärmeleistungszahl im Carnot-Prozess. . . . . . . . . . . . . . .153
Kälte- und Wärmeleistungszahl im isentropen Vergleichsprozess . . .154
Kälte- und Wärmeleistungszahl realer Anlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . .154
Jahresarbeitszahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .156
Heizzahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .156
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .159
22
22.1
22.2
22.3
Wärmeübertrager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
Verdampfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .163
Verflüssiger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .165
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .169
23
23.1
23.2
23.3
23.4
23.5
23.6
23.7
Kälteanwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
Eiserzeugung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .173
Eisspeicher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .174
Kühlen von Flüssigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .175
Transportkühlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .177
Trocknen von Luft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .178
Wärmerückgewinnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .181
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .184
24
24.1
24.2
24.3
24.4
24.5
Sicherheit und Umweltschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
Füllmengenbeschränkungen bei Sicherheitskältemitteln . . . . . . . . . .190
Füllmengenbeschränkungen bei brennbaren Kältemitteln . . . . . . . . .191
Maschinenraumbelüftung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .193
Treibhauspotenzial und TEWI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .194
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .196
25
Lösungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
10
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