Installationsplanung

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TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN
WÄRMELEHRE REPETITIONEN
WÄRMEENERGIE
Speicherofen
Wieviel Wärmeenergie (in kJ und kWh) sind notwendig, um einen
Elektroofen mit Magnesitsteinen von 106 kg auf die Btriebstemberatur von
600 °C zu brin-gen? Die Umgebungstemperatur sei 20°C.
68'858 kJ
19,13 kWh
Heizwiderstände
Aus Konstantan
Elektrospeicherofen mit
Magnesitsteinen
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TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN
WÄRMELEHRE REPETITIONEN
WÄRMEENERGIE
Warmwassererwärmer
Wieviel Energie (in kJ und kWh) sind notwendig, um in einem Boiler von 300
Li-ter Inhalt mit 10°C Leitungswasser auf 65°C zu bringen?
19 ,16 kWh
Heizwiderstände
Aus Konstantan
Warmwassererwärmer
(Wand-Boiler)
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TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN
WÄRMELEHRE REPETITIONEN
WÄRMEENERGIE
Stromsparen ohne Komforteinbusse
Berechnungen und
Massnahmenkatalog
auf der Rückseite.
Schweizer Familie 1/2007
Frage 1
Wie viele Warmwassererwärmer, mit einem Inhalt von 300 Liter, könnten mit
der eingesparten Energie aufgeheitzt werden?
Weitere Überlegungen sind erlaubt und können im Klassenverband diskutiert
werden.
Frage 2
Welche weiteren Massnahmen könnten in betracht gezogen werden, damit
weniger elektrische Energie verbraucht würde. Jeder soll sich eine weitere
Massnahme überlegen, bei welcher weniger Energie verbraucht werden
könnte.
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TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN
WÄRMELEHRE REPETITIONEN
WÄRMEENERGIE
Stromsparen ohne Komforteinbusse
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Beschreibung siehe
Vorderseite
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TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN
WÄRMELEHRE REPETITIONEN
HEIZWERT
Wasser erwärmen
30 Liter Wasser beziehungsweise 30 kg sind von 12°C auf 85°C zu
erwärmen. Welche Wärmemenge Q in kJ und kWh ist dem Wasser
zuzuführen?
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TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN
WÄRMELEHRE REPETITIONEN
WÄRMEENERGIE
Tauchsieder
Mit einem Tauchsieder P = 250W soll 1 Liter Wasser von 15°C erwärmt
werden. Welche Temperatur hat das Wasser nach 4 Minuten, wenn die
Verluste 30% betragen.
c
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  25C
4'190 J
kg  K
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TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN
WÄRMELEHRE REPETITIONEN
WÄRMEENERGIE
Wassererwärmer
Der Inhalt eines 30 Liter Heisswasserspeichers soll in 24 Minuten von 18°C
auf 60°C erwärmt werden. Der Wirkungsgrad des Gerätes beträgt 90%.
Berechnen Sie die Leistungsaufnahme des Heisswasserspeichers.
c
P  4 ,07 kW
4 ,19kJ
kg  K
Panzerheizkörper
Rohrheizkörper
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TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN
WÄRMELEHRE REPETITIONEN
WÄRMEENERGIE
Maschinenöl
Welche Wärmemenge ist erforderlich, um 240 Liter Maschinenöl
[c = 1,68 kJ/(kgK),  = 0,93 kg/dm3] von 15 °C auf 32 °C zu erwärmen ?
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6 ,375 MJ
ˆ T
 
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TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN
WÄRMELEHRE REPETITIONEN
WÄRMEENERGIE
Reisetauchsieder
Ein Reisetauchsieder 230 V / 300 W nimmt einen Strom von 1,304 A auf.
Das Kaltwasser aus dem Leitungssystem beträgt 10°C
R  176,4
P1  68,63W
t  229 ,9 s
a) Berechnen Sie den Widerstand der Heizspirale.
b) Welche Leistung hat der Tauchsieder bei 230V?
c) Wie lange dauert die Aufheizung von 3 dl Wasser auf 65°C, wenn die
Verluste vernachlässigt werden?
d) Derselbe Tauchsieder ist auch in einem Reiseland mit 110 V Spannung
verwendbar. Welche Leistung ist bei dieser Nennspannung zu erwarten?
e) Wie lange dauert die Aufheitung von 3 dl Wasser bei 110 V Spannung?
f) Wer findet eine einfache Formel für die Berechnung der Zeitänderung bei
Spannungsänderung (Relativ und in Prozent)?
g) Wie würden sich die Werte verändern, wenn der Tauchsieder den
doppelten Strom ziehen würde?
P2  15,68W
300W-Tauchsieder
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TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN
WÄRMELEHRE REPETITIONEN
WÄRMEENERGIE
Friteuse
Ein Elektrofriteuse 2,25 kW / 230 V hat 8 Liter Öl Füllvermögen. Wie lange
dauert die Erhitzung des Ölinhaltes (  Öl  0 ,68 kg / dm 3 ) von 20°C auf 170°C
( c  1,67 kJ / kgC )?
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TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN
WÄRMELEHRE REPETITIONEN
WÄRMEENERGIE
Elektrisches Hot-Dog-Gerät
Ein Hot-Dog-Gerät soll auf 60°C gehalten werden – dabei sind die
Wärmeverluste 90%. Welche Energie wird pro Stunde verbraucht, wenn der
gesamte Zylinder als Luftvolumen ( c  1,03 kJ / kgC ,  Luft  1,204 kg / m 3 )
gerechnet wird und 100g Wasserdampf pro Stunde verbraucht werden?
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TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN
WÄRMELEHRE REPETITIONEN
WÄRMEENERGIE
Aufheizen einer Kupferplatte
Eine kupferne Platte von 320 g , c  0 ,389 kJ / kgC ,   8,9kg / dm 3 wird mit
einem Heizelement von 120 W Leistung während 18 Minuten Wärme
zugeführt. Berechnen Sie die Endtemperatur der Platte, wenn die
Anfangstemperatur 20C ist. Es kann mit einem Wirkungsgrad von 80%
gerechnet werden.
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825 ,9C
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TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN
WÄRMELEHRE REPETITIONEN
WÄRMEENERGIE
Kleinwassererwärmer
10
12
77 ,53C
Für einen 75l - 1,8kW -Boiler ist die
Aufheizzeit in einer Werkvorschrift
mit 4 Stunden angegeben.
9
8
13
5
14
4
11
6
7
 Kaltwasserhahn
 Druckreduzierventil
 Rückschlagklappe
 Sicherheitsventil
3
15
2
1
Welche Erwärmung liegt diesen
Angaben zugrunde, wenn mit einem
Wirkungsgrad von 94% gerechnet
werden kann ( c  4 ,19 kJ / kgC )?
H
D
R
S
 Hauptschalter
 Thermostat
 Zweite thermische Sicherung
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TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN
WÄRMELEHRE REPETITIONEN
WÄRMEENERGIE
Bad aufheizen
Zum Aufheizen eines Bades braucht es 10,07kWh Energie.
RE
5.21
50 cm
a) Welche Wärmemenge in k J entspricht dies?
b) Wieviel Liter Wasser von 36,7°C entspricht dies ( c  4,18kJ / kgC )?
0,
5
20
00
m
36'288 kJ
325 l
157 ,8l
167,2l
m
m
c) Das heisse Wasser aus dem Boiler ist 65°C warm. Welche Menge kaltes
Wasser (10°C) und warmes Wasser wird benötigt, um die Badewanne
65% zu füllen?
d) Welche Energie steckt in 157,8 Liter Wasser?
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TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN
WÄRMELEHRE REPETITIONEN
WÄRMEENERGIE
Schmelztiegel für Altgoldumwandlung
Der Wärmebedarf für das Aufheizen eines Schmelztiegels ist 12 MJ .
RE
5.22
3, 3kWh
Goldvreneli
a) Geben Sie den Aufheizenergiebedarf in kWh an!
b) Wie gross ist der Eenergiebedarf in kWh, wenn 10kg Gold (20°C) mit
diesem Tiegel geschmolzen werden (Die Energieverluste werden
vernachlässigt)?
c) Wieviel wiegen 1 kg Gold?
d) Was kosten aktuell ein Goldvreneli?
Die 20 Franken Münze hat
einen Durchmesser von
21mm und wiegt 6.45g
C Au  0,130 kJ / kgC
q Au  63kJ / kg
S  1063 C
rAu  1650 kJ / kg
V  2970 C
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RE
5.23
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN
WÄRMELEHRE REPETITIONEN
WÄRMEENERGIE
Kabelrolle
Auf einer Kabelrolle befinden sich 50 m Kupferkabel 3x1,5 mm2
(   0,0175 mm 2 / m ).
a)
b)
c)
d)
e)
420 kJ
Welche Wärmemenge wird in einer Stunde im Kabel als Folge der
Stromwärmeverluste frei, wenn die Stromstärke 10 A ist?
Wieviel Wasser (   55C , c  4,18kJ / kgC ) könnte man mit diese
Energie erwärmen?
Wie warm würde ein Kupferdraht (  L  20 C ), wenn die gesamte
elektrische Energie ohne Verluste in Wärme umgesetzt würde?
Wie gross ist der Spannungsverbrauch auf der Hinleitung?
Wie gross ist der Spannungsabfall auf der Kabelrolle in Volt und Prozent
( U N  230V )?
PUR-Kabel-Rolle
Kabelrolle mit FI-Schutzschalter,
für erschwerten Baustelleneinsatz,
Personenschutz-Stecker 30 mA
schützt vor gefährlichen
Stromunfällen, Trommelkörper
Stahlblech, rostgeschützt verzinkt,
auf besonders stabilem
Tragegestell, elektrische
Anschlüsse im Kunststoffkörper
gekapselt, ergonomischer
Handgriff mit Achse für perfekte
Kabelführung beim Auf- und
Abrollen, Überhitzungsschutz,
Kontroll-Leuchte bei Überhitzung
und Überlastung, 4 Steckdosen
mit selbstschliessenden Deckeln,
inkl. 50 m Kabel aus Polyurethan.
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RE
5.31
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN
WÄRMELEHRE REPETITIONEN
WÄRMEENERGIE
Wassererwärmung
Welche Wärmemenge braucht es, um 250 Liter Wasser von 5 auf 62  zu
erwärmen ( c  4.19 kJ / kgC )?
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59 ,71MJ
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RE
5.32
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN
WÄRMELEHRE REPETITIONEN
WÄRMEENERGIE
Erwärmung eines Stahlkörpers
Die stählerne Form des Innenraums von einem Backofen ist 16 kg
( c  0,482 kJ / kgC ) und soll von 20  auf 250  erwärmt werden.
1773 ,8kJ
17,81kJ
4,266kW
a) Bestimmen Sie die diesen Zahlen entsprechende Wärmemenge für die
Erwärmung des Stahlkörpers!
b) Wieviel Energie ist notwendig um die Luft ( c  1,005 kJ / kgC ,
  1,204kg / m3 ) des Innenraums auf dieselbe Temperatur zu bringen?
c) Welche Leitung muss der Backofen haben, damit die Endtemperatur in
7 min erreicht wird.
d) Wie dick ist das Stahlblech () des Backofen-Innenraum (inklusive Türe),
wenn die vorgegeben Energie aufgenommen wird?
Der Backofen-Innenraum
(400x400x400)
ist aus emailliertem
Stahlblech oder vereinzelt
aus Edelstahl gefertigt.
Katalytische
Reinigungshilfe
Durch die katalytische
Beschichtung der Innenwände
und/oder der Backofendecke
erfolgt der Abbau von
fetthaltigen
Schmutzrückständen. Die
Reinigung erfolgt durch ein
Spezialemail bzw. eine
Spezialkeramik, wobei in
beiden Fällen die Oberfläche
besonders rau und porös ist.
Die vergrößerte Oberfläche
bewirkt, dass sich Fettspritzer
und -dämpfe großflächig auf
dem Spezialemail verteilen
(Löschblatteffekt).
In der Oberfläche eingelagerte
Metalloxide (Katalysatoren)
lassen in Verbindung mit
Luftsauerstoff und Hitze Fett
oxidieren und in Wasser und
Kohlendioxid zerfallen. Je
höher die Temperatur, um so
schneller und besser ist die
Reinigung. Die Reinigung
geschieht während des
Backens und Bratens, wenn
Temperaturen von mehr als
200 °C erreicht werden.
Pyrolytische
Selbstreinigung
Bei der pyrolytischen
Reinigung werden
automatisch sämtliche
Verunreinigungen im
Backofen bei hohen
Temperaturen verschwelt.
Dies geschieht in einem
gesonderten Programm.
Danach müssen lediglich die
veraschten Rückstände vom
Benutzer mit einem feuchten
Tuch entfernt werden.
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RE
5.33
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN
WÄRMELEHRE REPETITIONEN
WÄRMEENERGIE
Maschinenöl
Wieviele k J Wärme sind nötig, um 240 Liter Maschinenöl ( c  1,68kJ / kgC ,
6375 kJ
  0,93kg / dm3 ) von 15  auf 32  zu erwärmen?
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11. April 2017
Version 5
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19
RE
5.34
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN
WÄRMELEHRE REPETITIONEN
WÄRMEENERGIE
Flüsigkeiten im Vergleich
Wieviele l der folgenden Flüssigkeiten können mit 1 kWh Energie um 1
erwärmt werden?
in
c
kJ / kgC

in
kg / dm3
Wasser
4,18
1
Maschinenöl
1,67
0,93
Glyzerin
2,43
1,27
Quecksilber
0,138
13,6
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861,24l
2318 l
1167 l
1918 l
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RE
5.71
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN
WÄRMELEHRE REPETITIONEN
WÄRMEENERGIE
Induktive Hochfequenzerwärmung
Die Ausgangsleistung eines Generators für induktive
Hochfequenzerwärmung von Metallen sei 4 kW .
Welcher Wärmeleistung in kJ / h entspricht dies?
14 '400 kJ / h
Wirbelstrom
Der Name wurde gewählt,
weil die
Induktionsstromlinien wie
Wirbel in sich
geschlossen sind und
keine festen Bahnen
haben.
Erwärmung
Induktives Erwärmen von
Metall (z. B. in
Schmelzöfen,
Induktionskochfeldern,
zum induktiven Härten)
nutzt ein magnetisches
Wechselfeld.
Wirbelstrombremse
Dieser Effekt wird für die
Wirbelstrombremse in
Induktionszählern und zur
Wirbelstromdämpfung in
Messgeräten sowie bei
Achterbahnen verwendet.
Trafo und Motor
(Induktion der Ruhe)
Bei niedrigen Frequenzen
werden in der
Energietechnik keine
Eisenkerne, sondern
dünne isolierte Blechteile
gestapelt und zusätzlich
zur Erhöhung des
elektrischen Widerstandes
mit Silizium legiert. Der
hohe elektrische
Widerstand setzt sich
dem Wirbelstromfluss
entgegen.
Hochfrequenztechnik
In der
Hochfrequenztechnik
werden Massekerne
verwendet. Diese
bestehen aus Eisenpulver,
das sich in einem
Isoliermaterial befindet.
Gerne werden auch
Ferritkerne verwendet,
deren Widerstand so groß
ist, dass keine
Wirbelströme entstehen
können.
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RE
5.35
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN
WÄRMELEHRE REPETITIONEN
WÄRMEENERGIE
150 Liter-Boiler
Ein 150 l -Boiler ( c  4,19 kJ / kgC ), der auf 85  aufgeheizt ist, kühlt sich in
24 Stunden um 12 ,3 ab.
Welche Wärmemenge in k J und kWh gibt er in diesem Zeitraum an seine
Umgebung ab?
7'731 kJ
Temperaturen von
Warmwassererwärmern
Von Warmwasser spricht
man im
Temperaturbereich von
etwa 30 °C bis 60 °C,
darüber hingegen von
Heißwasser.
Eine Wassertemperatur
von 35 °C empfindet der
Durchschnitt als
handwarm, während bei
55 °C für Kinder schon die
Gefahr der Verbrühung
beginnt. Deshalb werden
die Thermostatventile in
Wohnungen meist auf
eine Normaltemperatur
von 40 °C eingestellt.
Wichtig!
Durch Reduzierung der
Temperatur von
Warmwasserspeichern
kann der
Energieverbrauch deutlich
gesenkt werden. Direkt
ersichtbare Nachteile
ergeben sich dadurch in
der Regel nicht, da dem
Warmwasser in der Regel
ohnehin Kaltwasser
zugemischt wird. Es ist
jedoch streng darauf zu
achten, 60 °C nicht zu
unterschreiten, da sonst
die Gefahr der
Vermehrung gefährlicher
Legionellen besteht. Diese
Bakterien können
Lungenentzündungen
oder grippeähnliche
Erkrankungen
(Legionärskrankheit,
Pontiacfieber)
verursachen.
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Version 5
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TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN
WÄRMELEHRE REPETITIONEN
WÄRMEENERGIE
Zentralspeicher-Elektroofen
Ein elektrischer Ofen gibt 90 MJ pro Stunde Wärme ab.
25kW
RE
5.72
Wie gross ist die Leistung dieses Ofens in kW ?
Varianten
von Elektroöfen
Direktheizung
Die Direktheizung ist eine
Elektroheizung mit vielen
Varianten.
Der Unterschied zu einer
Speicherheizung ist, dass
sofort Wärme erzeugt
wird, wenn der
Hausbesitzer die Heizung
andreht.
Direktheizung sind:
 Konvektor,
 Schnellheizer,
 Natursteinheizung,
 Flächenspeicherheiz
ung,
 Deckenstrahlungshei
zung,
 Bodenheizungen
 Flächenheizung und
 Infrarotheizung.
Elektro-Feststoff-Zentralspeicher
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Funktionswichtige Teile
sind der Speicherkern,
das Luftumwälzsystem,
der Wasserkreislauf und
die
Mikroprozessorsteuerung,
die das Zusammenwirken der Komponenten
nutzbringend und
wirtschaftlich regelt.
Je nach Witterung heizen
Elektroheizkörper den
Speicherkern im
Maximum bis zu 650° C
(Volllaufladung) auf. Die
Aufladung wird mit Vorteil
in den kostengünstigen
Niedertarifzeiten getätigt.
Ein drehzahlgeregelter
Ventilator bläst Luft durch
die Kanäle des
Speicherkerns und
entzieht dabei den
Speichersteinen
(Schamotte) Wärme. In
der Folge durchströmt die
Heissluft einen
Wärmetauscher, der
gleichzeitig das
Heizwasser erwärmt.
Aufgabe der
Heizungsumwälzpumpe
ist es, die geregelte
Wärme Ihrem
Heizungssystem
zuzuführen
Speicherofen
Bei einer Speicherheizung
müssen Sie einen Tag
vorher planen wie viel
Wärmeenergie Sie
wahrscheinlich am
nächsten Tag benötigen.
Die Planung wir heute mit
Programmen unterstütrzt.
Zentralspeicher
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RE
5.36
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN
WÄRMELEHRE REPETITIONEN
WÄRMEENERGIE
Verzinkungsbad
Ein Verzinkungsbad misst 15,1 x 1,2 x 2 m und kann in vier Stufen mit
maximal 1'030 kW Leistung geheizt werden. Das Zink ist 440 C heiss und
42 '476 MJ
wiegt 259 ,75t ( c  0,389 kJ / kgC ,   7,14 kg / dm3 ).
Welche Nutzwärme braucht es zum Aufheizen des Bades, wenn mit 18 C
Anfangstemperatur gerechnet werden kann?
Stahl- und Metallbauteile werden in entsprechenden Bädern
vorbehandelt.
Nach dem Eintauchen
des Verzinkungsgutes in
das geschmolzene Zink
verbleiben die Teile im so
genannten Zinkbad, bis
sie dessen Temperatur
angenommen haben
(zwischen 440 ºC und
460 ºC).
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RE
5.73
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN
WÄRMELEHRE REPETITIONEN
WÄRMEENERGIE
Sicherungspatrone
Eine 160 A -Sicherungspatrone hat bei Nennstrom eine Verlustleistung von
9W .
32,4kJ
Norm SNV
24482
Welche Wärmemenge entsteht in der Patrone pro Stunde?
NH-SEV
Nennströme der Patronen
[A]
G2
G4
25
40
40
63
63
80
80
100
125
160
100
125
160
200
250
200
250
315
355
400
G6
160
200
250
315
355
400
500
630
Norm CEI 269
VDE 0636
NH-DIN
Nennströme der Patronen
[A]
DIAZED
Ab 63 A werden in der Regel NH-Sicherungen verwendet und
dürfen von Laien nicht bedient werden (NIN 4.3.2.1.5).
Kennmelder von
D-Schmelzsicherungen
2
4
6
10
rosa
braun
grün
rot
16
20
25
40
grau
blau
gelb
schwarz
DI
50
63
80
100
weiss
Kupfer
silber
Rot
DII
NEOZED
NH-SEV
Passhülse
Passring
2A
PassSchraube
NH-DIN
NH00
NH1
NH2
16
20
25
32
40
50
63
25
32
40
50
63
63
80
100
125
80
100
125
80
100
125
160
160
200
224
160
200
224
250
315
355
400
NH3
315
355
400
500
630
NH = Niederspannungs-Hochleistngsscherung
NIN 2.1.18.03
Laie
Person, die weder eine
Elektrofachkraft noch eine
elektrotechnisch unterwiesene
Person ist.
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25
RE
5.37
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN
WÄRMELEHRE REPETITIONEN
WÄRMEENERGIE
Kurzschluss an einem PE-Kabel
Ein PE-Kabel 3x300 mm2 soll einen Kurzschlussstrom von 27 kA mindestens
1,5 s aushalten.
191,4 MJ
81,42 C
a) Welche Wärmemenge wird in dieser Zeit im Kabel pro km Länge
entwickelt (   0,0175mm2 / m )?
b) Welche Temperatur nimmt das Kabel an, wenn man annimmt, dass die
ganze Wärmeenergie der Erwärmung des Kabels dient?
Kupferkabel
c  0,389 kJ / kgC
  8,9 kg / dm3
Zulässige Leitertemperaturen
im Normalbetrieb
(NIN 5.2.3.1.1.4)

KurzForm
Kabeltyp
PUR
Polyurethan
70
PVC
Polyvinylchlorid
70
VPE
PE
vernetztes
Polyethylen
90
EPR
Ethylen-PropylenKautschuk
90
[C ]
Zulässige Leitertemperaturen
im Kurzschlussfall
(NIN Tabelle 5.2.1.2.3.4)

KurzForm
Kabeltyp
[C ]
PUR
Polyurethan
150
PVC
Polyvinylchlorid
160
VPE
PE
vernetztes
Polyethylen
250
EPR
Ethylen-PropylenKautschuk
250
4.3.4.3.2 Kenngrössen der KurzschlussSchutzeinrichtungen
Die Zeit bis zum Ausschalten des durch einen
Kurzschluss in einem beliebigen Punkt des
Stromkreises hervorgerufenen Stroms darf
nicht länger sein als die Zeit, in der dieser
Strom die Leiter auf die höchstzulässige
Grenztemperatur erwärmt.
Bei Kurzschlüssen, die 0 5 s anstehen, kann
die Zeit, in der ein Kurzschlussstrom die Leiter
von der höchstzulässigen Temperatur im
Normalbetrieb bis zur Grenztemperatur
erwärmt, in erster Näherung durch die
nachstehende Formel errechnet werden:
 k  A

t  
 IK 
2
k-Faktoren
115
135
74
87
115
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Für PVC-isolierte Leiter aus Kupfer
Für Leiter aus Kupfer mit Isolierung
aus Naturkautschuk,
Butylkautschuk, vernetztem
Polyäthylen und Äthylen-Propylen
Für PVC-isolierte Leiter aus
Aluminium
Für Leiter aus Aluminium mit
Isolierung aus Naturkautschuk,
Butylkautschuk, vernetztem
Polyäthylen und Äthylen-Propylen
Für Weichlötverbindungen in Leitern
aus Kupfer entsprechend einer
Temperatur von 160 °C
11. April 2017
Version 5
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TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN
WÄRMELEHRE REPETITIONEN
WÄRMEENERGIE
Kühlanlage
Eine Kühlanlage hat eine Verdampferleistung von 1'000 MJ / h .
277 ,8kW
RE
5.74
Welcher Leistung in kW entspricht dies?
Eine Kältemaschine ist ein
Gerät, das der
Kälteerzeugung dient. An
jeder Kältemaschine ist
deswegen immer eine
Stelle zu finden, die kälter
als die
Umgebungstemperatur ist
(z. B. Verdampfer bei
Kompressionskältemaschi
nen oder Kaltfinger bei
Gaskältemaschinen). Wird
ein zu kühlendes Objekt
mit dieser kalten Stelle in
Kontakt gebracht, wird
dieses Objekt gekühlt.
Da die Betriebskosten von
Kühl- und Kälteanlagen
über deren Lebensdauer
ein Vielfaches der
Investitionskosten
ausmachen, hat für uns
das Thema
Energieoptimierung
höchste Priorität. So wird
beispielsweise die
Winterentlastung für
Kältemaschinen, über
glykolfreie Trockenkühler,
eingesetzt
Kühlkreislauf im
Kompressorkühlschrank
1
2
3
4
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Kondensator
(Verflüssiger, warme
Seite, hoher Druck)
Drossel (Kältemittel
flüssig)
Verdampfer (kalte
Seite, geringer
Druck)
Kompressor
(Kältemittel
gasförmig)
11. April 2017
Version 5
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RE
5.38
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN
WÄRMELEHRE REPETITIONEN
WÄRMEENERGIE
Einzelspeicherofen
Von einem Speicherofen ist bekannt, dass der Speichermaterial pro m 3 eine
Energie von 2'169 MJ bei 700 C speichert (Zimmertempeeratur 20C ).
a)
b)
1,1kJ / kgC
Berechnen Sie die spezifische Wärmekapazität (   2,9kg / dm3 )!
Um welchen Materialtyp handelt es sich hier?
Schamottstein
Feuerfester Stein bis
1400°C. Als Schamotte
werden im allgemeinen
Sprachgebrauch häufig
alle feuerfesten Steine
und Ausmauerungen
bezeichnet. Meist wird als
Speichersteine Magnesit
(MgCO3), Forsterit
(Mg2SiO4), Eisenerz oder
Basalt verwendet.
Statischer Speicher
1 Konsole
2 Magnesitsteine
3 Heizelement
4 Isolation
5 Steinwolleisolation
6 Keramikplatte
Dynamischer Speicher
1 Isolation
2 Magnesitstein
3 Heizelemente
4 Luftkanäle
5 Regulierklappe für die
Luft
6 Lüfter
7 Zusatzheizung
Wärmekapazitäten der
verschiedenen
keramischen Materialien
c
Material der
[kJ / kgC ]
Schamotte
Magnesit
1,1
Aluminium
0,921
Silicium
0,703
Eisen
0,461
Verwndung
Funktion:
Mit Niedertarifenergie werden die Magnesitsteine aufgeheizt, durch Strahlung und
Konvektion wird die Wärme am Tag
abgegeben!
Funktion:
Aufbau wie statischer Speicher, jedoch mit
stärkerer Isolation. Durch einen Ventilator
wird Raumluft durch die Speichersteine
geblasen, dort wird sie aufgeheizt und dann
an die Umgebung abgegeben.
Vorteile:
Niedertarif, günstig
Nachteile:
Nicht regulierbar, gespeicherte Wärme wird
auch bei äusserem Wärmeeinbruch
abgegeben




Kachelöfen
Kamine
Pizzasteine
Wärmespeichermasse
in
Elektrogebäudeheizun
gen
Vorteile:
Sehr gut regulierbar, schnelle Erwärmung
der Räume möglich
Nachteile:
Staubverbrennung, Ventilationsgeräusche,
Anschaffungskosten
Schamotte ist im Prinzip
nichts anderes als
gebrannter Ton/Kaolin
(Porzellanerde).
Achtung!
Vorsicht bei der Entsorgung.
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RE
5.75
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN
WÄRMELEHRE REPETITIONEN
WÄRMEENERGIE
Wärmeaustauscher
Einem Wärmeaustauscher Öl – Luft sollen durch einen Ventilator pro Stunde
2,16 MJ Wärme bei einem Ventilatorwirkungsgrad von 80% entzogen
werden.
a) Wie gross ist die Kühlleistung in W , kW und kJ / s ?
b) Wie gross ist die Leistung des Ventilatormotors?
600W
0,6kW
0,6kJ / s
750W
Wärmeübertrager
Der Wärmeübertrager
(auch Wärmetauscher
oder Wärmeaustauscher)
ist ein Apparat, der
thermische Energie von
einem Stoffstrom auf
einen anderen überträgt
Vollständige Öl-LuftKühler mit Axial- oder
Radiallüfter für industrielle
und mobile
Anwendungen.
Wärmetauscher und
Kühler werden in einem
breiten
Anwendungsspektrum
eingesetzt:
 Stationären
Industriehydrauliken
 Werkzeugmaschinen
 Hydrostatischen
Antrieben
 Getrieben
Mobilhydrauliken
 Kunststoffspritzmaschi
nen
 Aufzügen
 Schienen- und
Fahrzeugtechnik
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RE
5.39
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN
WÄRMELEHRE REPETITIONEN
WÄRMEENERGIE
Heisswasserspeicher
Der Inhalt eines 100 l -Heisswasserspeichers ist 80 C heiss und kühlt sich in
24 Stunden um 17 C ab.
Welche Wärmemenge gibt der Boiler in diesen 24 Stunden an die
Umgebung ab ( c  4,19 kJ / kgC )?
7123 kJ
Sicherheitsabstände bei
Heisswasserspeicher
NIN 4.2.2.1.12
Boiler bis 65°C
Wassertemperatur 4 cm.
Boiler über 65°C
Wassertemperatur 8 cm.
Bei nichtbrennbaren
Seiten 1 cm.
Es muss für genügende
Luftzirkulation gesorgt
werden.
Für Ein- und Ausbauten
muss genügend Platz
vorhanden sein.
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30
RE
5.76
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN
WÄRMELEHRE REPETITIONEN
WÄRMEENERGIE
Tauchsieder
Mit einem Tauchsieder will man ½ l Wasser in 8 Minuten von 15 C auf
70C erwärmen.
0,24kJ / s
a) Welche Wärmeleistung in kJ / s ist nötig ( c  4,19 kJ / kgC )?
b) Welche elektrische Leistung des Tauchsieders muss bei einem
Wirkungsgrad von 90% aufgewendet werden?
Tauchsieder
0,26 6W
Elektrisches Gerät zum
schnellen Erhitzen von
Wasser, dessen
spiralförmiger Teil in das
zu erhitzende Wasser
getaucht wird.
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TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN
WÄRMELEHRE REPETITIONEN
WÄRMEENERGIE
Mischen von Wasser
10l Heisswasser von 86 C werden mit 6l Kaltwasser von 18 C vermischt.
RE
5.40
1068 kJ
60 ,5C
a) Wie gross ist die Wärmemenge, die vom Heisswasser auf das Kaltwasser
übergeht?
b) Welche Temperatur hat das Mischwasser ( c  4,19 kJ / kgC )?
Modernes
Mischwasser
Ob in der Küche oder im
Bad – berührungslose
Armaturen machen
hygienische Sicherheit
(EHEC) komfortabel und
praktisch.
Batterie
(6 Volt Lithium DL 233 A)
Batterie
Elektronik
Magnetventil
Mischventil
IR-Sensor
Berührungslose Armaturen arbeiten in der Regel über einen Infrarot-Sensor, der Hände erkennt
und dann den Wasserfluss über ein Magnetventil freischaltet. Diese elektronische Steuerung
muss mit Spannung versorgt werden, wofür die Armatur normalerweise entweder an das
Stromnetz angeschlossen oder über eine Batterie versorgt wird. Es gibt aber auch Alternativen,
die z.B. mit Solartechnik arbeiten.
Wie lange das Wasser nach dem Einschalten läuft, ist unterschiedlich. Die Nachlaufzeit ist bei
fast allen Fabrikaten über die Elektronik (Digitaltechnik) einstellbar, meistens über eine
Fernbedienung, mit der auch andere Features (Eigenschaften, Merkmale, Charakteristiken)
abgerufen werden können. Eine vorübergehende Abschaltung für die Reinigung und eine
Begrenzung der Durchflussmenge (Mischventil) gehören fast schon zum Standard.
Manche Fabrikate ermöglichen eine manuelle Einstellung der Temperatur direkt an der Armatur,
bei anderen kann sie nur voreingestellt werden (Anwendung in öffentlichen Räumen) und bleibt
dann immer konstant. Das Produktspektrum reicht von robusten Standardvarianten für den
öffentlichen Bereich bis hin zu ausgefallenen Designs mit vielen Komfortfunktionen. Damit sind
berührungslose Armaturen mittlerweile etwas für jeden.
IR Sensor
Waschtischarmatur
Komfort
- Automatische
Einstellung
- Nachlaufzeit einstellbar
- Sicherheitsabstellung
nach 2 min
- Dauerbetrieb Dauer-Ein
- Kurz-Aus
- Langzeit-Aus Funktion
- Integriertes
funktionssicheres
Magnetventil
EHEC
Enterohämorrhagische
Escherichia coli
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RE
5.77
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN
WÄRMELEHRE REPETITIONEN
WÄRMEENERGIE
Lötkolben
Wie lange dauert es bis ein 40W -Lötkolben von 16 C auf 360 C erwärmt ist,
wnn der Lötstift (Cu, c  0,389 kJ / kgC ) 80 g schwer ist? Die Verluste bzw.
der Wirkungsgrad werden in dieser Rechnung vernachlässigt.
268 s
Lötkolben
Der Lötkolben ist ein
Gerät zum Aufschmelzen
von Metallen, um Bauteile
durch Weichlöten zu
verbinden.
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33
RE
5.78
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN
WÄRMELEHRE REPETITIONEN
WÄRMEENERGIE
Saunaofen
Bestimmen Sie die von einem auf 10 kW - pro Tag erzeugte Wärmemenge in
MJ und kWh , wenn dieser 6 Stunden pro Tag im Betrieb ist!
Was kostet die Energie für den Monat Januar, wenn die kWh - 24 Rp kostet?
216 MJ
60 kWh
446,4 Fr.
SaunaElektroheizung
Saunaheizungen in
Bodenmontage, die ein separates
Kontrollgerät erfordern.
10 kW Leistung für
Saunaräume von
10 – 17 Kubikmeter.
Installationsanforderungen in Saunas
3
1
c
2
Bereich 1
Der Bereich 1 ist das Volumen um das
Sauna-Heizgerät, begrenzt durch den
Fussboden und der kalten Seite der
Wärmeisolierung der Decke und einer
senkrechten Fläche um das Sauna-Heizgerät
im Abstand von 0,5 m um die Oberfläche des
Sauna-Heizgerätes. Wenn das SaunaHeizgerät näher an der Wand errichtet ist,
wird der Bereich 1 durch die kalte Seite der
Wärmeisolierung der Wand begrenzt.
Es dürfen nur Betriebsmittel für die
Saunaheizung installiert werden.
Betriebsmittel 125 °C und Leitungen 170 °C
keine Metallteile.
0,5m
1,0m
b
5m
0,
Bereich 2
Der Bereich 2 ist das Volumen ausserhalb
von Bereich 1, begrenzt durch den
Fussboden, der kalten Seite der
Wärmeisolierung der Wände und durch eine
waagerechte Fläche 1 m über dem
Fussboden.
Montage Steuergeräte für die Sauna und
Saunaheizung nach Angaben Hersteller
erlaubt..
NIN 7.03
Betriebsmittel IP25 genügen für
Saunainstallationen in jedem Fall.
Alle Stromkreise mit FI 30 mA, ausser SaunaHeizgeräte.
Rohrinstallationen nach Möglichkeit
ausserhalb Saunarum hinter
Wärmedämmung.
Schaltgeräte für Beleuchtung ausserhalb
Saunaraum.
Steckdosen dürfen nicht im Saunaraum
installiert sein.
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Bereich 3
Der Bereich 3 ist das Volumen ausserhalb
von Bereich 1, begrenzt durch die kalte Seite
der Wärmeisolierung der Decke und der
Wände und durch eine waagerechte Fläche
1 m über dem Fussboden.
Betriebsmittel 125 °C und Leitungen 170 °C
keine Metallteile.
c
b
Saunaheizgerät
Geräteanschlussdose
11. April 2017
Version 5
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RE
5.79
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN
WÄRMELEHRE REPETITIONEN
WÄRMEENERGIE
Schwimmbecken
Der Inhalt eines 30m 3 Wasser fassen Schwimmbassins soll in 24 Stunden
von 15 C auf 22C erwärmt werden ( c  4,19 kJ / kgC ).
a) Welche Wärmeenergie wird benütigt?
b) Welche Leistung besitzt der Heizkörper, wenn die Verluste vernachlässigt
werden?
c) Wie gross ist die Wärmeleistung in J / s , kJ / h und in kW ?
879 ,9MJ
10 ,18 kW
1018 J / s
36'663 kJ / h
10 ,18 kW
Schwimmbad
NIN 7.02
Bereich 0
Dieser Bereich ist das Innere von
Becken.
Normale Schalt- und Steuergerät
sowie Steckdosen nicht erlaubt.
Betriebsmittel besonders
hergestellt für die Verwendung in
Schwimmbädern
Bereich 1
Dieser Bereich ist begrenzt durch
die Grenzen des Bereiches 0, eine
senkrechte Fläche in 2 m Abstand
vom Rand des Beckens, die
waagerechte Fläche 2,5 m über
dem Fussboden.
Normale Schalt- und Steuergerät
sowie Steckdosen nicht erlaubt..
Leuchten nicht erlaugt.
Bereich 2
Dieser Bereich ist begrenzt durch
die den Bereich 1 im Abstand von
1,5 m und die waagrechte Fläche
2,5 m über dem Fussboden.
Installationsanforderungen
Schwimmbecken
Schalt- und Steuergerät sowie
Steckdosen mit FI 30mA erlaubt..
2
2,5m
2,5m
1
2
1,25m
1,25m
0
1
0m
2,
2
1,5m
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RE
5.80
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN
WÄRMELEHRE REPETITIONEN
WÄRMEENERGIE
Transformator
Ein luftgekühlter Transformator hat 120 kW Verluste. Wie gross muss der
Volumenstrom der Ventilatoren sein, wenn die Kühlluft von 40C auf 52C
erwärmt wird und 10 % der Verlustwärme anderweitig an die Umgebung
6,968 l / s
25,08 m 3 / h
abgegeben werden ( c  103 kJ / kgC ,   1,293kg / m3 )?
Trafokühung mit
Luftzirkulation
Diese Art der Kühlung ist für
Trocken-Transformatoren zur
Verfügung gestellt.
The air is forced on to the tank
surface to increase the rate of heat
dissipation.
Die Luft wird auf der TankOberfläche mit
Ventilatoren gezwungen,
die Rate der
Wärmeabgabe zu
erhöhen.
The fans are switched on when the
temperature of the winding increases above permissible level.
Die Lüfter werden
eingeschaltet, wenn die
Temperatur der Wicklung
über das zulässigen
Niveau steigt.
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TG
5
2
TG
5.2
101
TG
5.2
102
(8-12)
(ET02-A)
TG
5.2
103
TG
5.2
104
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN
WÄRMELEHRE REPETITIONEN
WÄRMEENERGIE
Frage
Wie lautet die Definition der Wärmekapazität
(spez. Wärme) c?
Frage
Welche Zusammenhänge bestehen zwischen
den Einheiten der aufgewendeten elektrischen
Arbeit und den Einheiten der daraus sich
ergebenden Wärmemenge?
Frage
Wie verändert sich die Leistung beim aufheizen
von Wasser, wenn die Aufheizzeit halbiert wird?
Frage
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