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Roni123
Anmeldungsdatum: 25.04.2013
Beiträge: 3
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 Roni123 Verfasst am: 25. Apr 2013 01:09 Titel: Energiebedarf zum kühlen eines stadions |
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Meine Frage:
Hallo an alle,
ich bin neu im Forum und habe mich schon etwas eingelesen.Ich bin im moment verzweifelt.
Ich schreibe eine Hausarbeit und muss dabei ein Fußballstadion mit Kältemaschinen kühlen.
Meine Frage wäre: im Stadion sind 40grad und eine Luftfeuchtigkeit von 50%. Welche Kältemaschine würdet ihr mir empfehlen die man mit erneuerbarer Energie antreibt.
Und wie berechne ich die notwendige Energie zum kühlen auf ca.25grad und den Zeitfaktor der Kühlung?
Das Volumen des Stadions beträgt 480000kubikmeter.
Das sind viele Fragen aufeinmal, aber ich bin so verzweifelt und hänge seit fast einer Woche in der Luft.
Ich danke euch sehr für eure Antworten
Meine Ideen:
Ich habe leider keinen Ansatz für eine Berechnung. |
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magician4
Anmeldungsdatum: 03.06.2010
Beiträge: 914
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| magician4 Verfasst am: 25. Apr 2013 14:34 Titel: |
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wer stellt solche aufgaben?
sowas kann man nicht rechnen, sondern bestenfalls grob abschaetzen, und dann ggf. regeltechnisch grob beantworten
haupt-abschaetzungspunkte fuer eine anlagenauslegung waeren die waerme, welche ca. 80.000 aufgeregte fussballfans bei 25°C so abgeben wenns auffm feld heiss hergeht, zzgl. eines erheblichen sicherheitszuschlags von mehreren hundert prozent, i.v.m. einer sehr intensiven diskussion der zu- und abluftverhaeltnisse in dieser "allseitig offenen badewanne".
das einzig sinnvolle in der realitaet ist daher sowieso schonmal die bauliche auslegung des stadions derart, dass bei 40°C innentemperatur sich ein kamineffekt aufbauen wird, der fuer erheblichste frischluftnachfuhr sorgt, und allein dessen auswirkung macht hier jede rechnerei erstmal komplett gegenstandslos sofern die unbekannt ist
die angabe einer luftfeuchte in diesem zusammenhang ist hingegen in etwa genauso hilfreich wie die forderung danach , das "kuehlen" nun aber mit erneuerbarer energie durchfuehren zu wollen: das ist ca. so wichtig wie die farbe des fussballs mit dem da gekickt wird, vergleichsweise, und physikalisch eh voellig irrelevant (was das "erneuerbare" an der energie betrifft: auch "gruener " strom kann nur einmal kuehlen)
gruss
ingo |
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Roni123
Anmeldungsdatum: 25.04.2013
Beiträge: 3
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| Roni123 Verfasst am: 25. Apr 2013 14:53 Titel: |
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Hallo Ingo,
vielen Dank für deine Antwort. Ich studiere Bauingenieurwesen und mein Prof hat mir dies als Hausarbeit gegeben. Er möchte aber zwingend eine Rechnung von mir sehen. Könntest du mir vielleicht sagen wie man so etwas grob und mit Annahmen rechnet?
Die Luftfeuchtigkeit habe ich deshalb angegeben, weil ich die Idee habe das Stadion mit einer Absorbtionskältemaschine zu kühlen,da diese auch gleichzeitig die Luftfeuchtigkeit senkt. Die 50% Luftfeuchtigkeit ohne Zuschauer wird ja durch Zuschauer ja noch steigen. Oder?
Lg Roni |
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Namenloser324
Gast
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| Namenloser324 Verfasst am: 25. Apr 2013 15:59 Titel: |
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Die "realistischte" Rechnung in dem Sinne, dass sie überhaupt mehr oder weniger analytisch durchführbar ist wäre folgende:
Schätz den Betrag der Sonnenstrahlung ein der zur Erwärmung beiträgt, es existiert ja die sogenannte Solarkonstante, welche die durchschnittlichen Leistungsdichte der Sonnenstrahlung darstellt(beträgt in einiger Höhe etwa 1300 W/m² meine ich, ist aber natürlich googlebar).
D.h. sei S = 1300W/m² dann ist die Leistung der Sonnenstrahlung die zur Erwärmung beiträgt proportional zu S d.h.
S_effektiv = c*S mit 0 <= c < 1, ein Teil der Sonnenstrahlung wird immer reflektiert werden.
Dann stellen alle Menschen eine Wärmequelle dar. wobei du vllt die Menschen idealisiert durch einen Zylinder modellierst dessen Oberflächentemperatur irgendwo zwischen 30 und 37 Grad liegen wird(kA ob die 37 Grad Körpertemperatur auch direkt auf der Haut vorliegen).
Dann kannst du weiter als Abschätzung nach "oben" annehmen, dass die Menschen im Modell nackt sind, d.h. mit der gesamten Oberfläche in Luftkontakt stehen.
Schwieriger wird jetzt noch abzuschätzen wie die Luftströmung zu einem Wärmeaustausch beiträgt. Dazu kannst du vielleicht vereinfachend eine zylindrische Stadionform annehmen und überlegen wie die Luft bei der Temperatur, bei welcher die Strömung am geringsten ist(das sollte bei der Temperatur mit dem geringsten Temperaturgradienten zwischen Stadion und Außenluft vorliegen), zum Abtransport der Wärme beiträgt.
Keine Ahnung ob die Wärmestrahlung der Menschen vernachlässigbar ist gegenüber dem Beitrag der Konvektion an der Hautoberfläche.
Allgemein musst du also die Gegebenheiten vereinfachen und eine Energiebilanz aufstellen. |
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magician4
Anmeldungsdatum: 03.06.2010
Beiträge: 914
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| magician4 Verfasst am: 25. Apr 2013 22:48 Titel: |
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| Roni123 hat Folgendes geschrieben: | Hallo Ingo,
vielen Dank für deine Antwort. Ich studiere Bauingenieurwesen und mein Prof hat mir dies als Hausarbeit gegeben. |
ich hab schon mal ein fussballstadion gesehen
das ist ein geometrie-determiniertes gebilde was den zu- und abstrom der luft betrifft (wobei natuerlich die lokalen temperaturgradienten innerhalb der geometrie , die allgemeine windstaerke, das wetter, der aktuelle sonnenstand usw. usf. ... eine erhebliche rolle dafuer spielen wie schnell hier der luftaustausch erfolgt
die waermekapazitaet der "gedanklich-ruhenden" luft innerhalb des stadions hier zum mass fuer einen dynamischen kuehlbedarf zu nehmen ist daher in etwa so sinnfrei, wie den treibstroffbedarf eines schiffes daraus berechnen zu wollen, welche farbe der muschel- und algenbewuchs am rumpf hat
natuerlich kannste voellig von der aufgabenstellung losgeloest da mal mit 480.000 m³ luft 50% / 40°C losrechnen, deren wassergehalt bei saettigung/25°C berechnen, daraus die differenzmenge an kondenswasser berechnen, und sodann fuer die luft usw. mit den bekannten waermekapazitaeten irgendwelche hausnummern generieren (hausnummern bezogen auf "stadion" , versteht sich: fuer deine 480.000 m³ luft, ruhend, waere das naetuerlich ein voellig korrektes ergebnis)
... und dass nun grad ein professor fuer bauingenieurwesen eine derartige aufgabe rausschiesst, laesst mich am zustand unseres bildungssystems ein weiteres mal schwer verzweifeln.
will man euch beibringen euer hirn voellig auszuschalten oder was ist hier der plan?
naja, du kannst da ja nix fuer, aber trotzdem... * grummel
gruss
ingo
Zuletzt bearbeitet von magician4 am 26. Apr 2013 20:01, insgesamt einmal bearbeitet |
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Roni123
Anmeldungsdatum: 25.04.2013
Beiträge: 3
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| Roni123 Verfasst am: 25. Apr 2013 23:42 Titel: |
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Vielen Dank für eure Hilfe,
ja ich muss es jetzt vereinfachend annehmen und so rechnen.
Dein Vorschlag Ingo hört sich gut an, ich kann es nur nicht richtig nachvollziehen, wie ich es berechnen soll. 
Den Vorschlag den ich bis jetzt aufgeschrieben habe ist: Ich nutze den Kamineffekt im Stadion. Ob der Kamineffekt überhaupt machbar ist.....
Berechnungen sind leider noch keine auf Papier gekommen
Das was Nanenloser324 gesagt hat, dass ich die Körperwärme also den Feuchtigkeit verlust der Menschen beachten muss hatte der Prof auch gesagt.
Ich kann euch gar nicht oft genug sagen, wie dankbar ich euch für eure Hilfe bin. |
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magician4
Anmeldungsdatum: 03.06.2010
Beiträge: 914
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| magician4 Verfasst am: 26. Apr 2013 03:08 Titel: |
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| Roni123 hat Folgendes geschrieben: | Vielen Dank für eure Hilfe,
ja ich muss es jetzt vereinfachend annehmen und so rechnen.
Dein Vorschlag Ingo hört sich gut an, ich kann es nur nicht richtig nachvollziehen, wie ich es berechnen soll.
Den Vorschlag den ich bis jetzt aufgeschrieben habe ist: Ich nutze den Kamineffekt im Stadion. Ob der Kamineffekt überhaupt machbar ist.....
Berechnungen sind leider noch keine auf Papier gekommen
Das was Nanenloser324 gesagt hat, dass ich die Körperwärme also den Feuchtigkeit verlust der Menschen beachten muss hatte der Prof auch gesagt.
Ich kann euch gar nicht oft genug sagen, wie dankbar ich euch für eure Hilfe bin. |
ohne dir zu nahe treten zu wollen: wenn du schon bei der berechnung der kuehlleistung an den modellhaften "stand alone" 480.000 m³ / 40°C / 50% rel. Hum. auf dem von mir grob skizzierten weg dir die karten legst,*) dann ist der rest derart way over your head....
du wuerdest benoetigen (auswahl):
- zunaechst einmal eine sinnvolle definition an welchem ORT / an welchen ortEN (du wirst oertlich unterschiedlichen kuehl-input benoetigen!) im stadion die von dir genannten zielbedingungen denn bitteschoen herrschen sollen, denn in der "westkurve" sieht das ergebnis naemlich um welten anders aus als 5 m ueberm anstosskreis
- unter welchen randbedingungen sollen diese "ausgangsbedingungen" herrschen (die ja nicht wirklich jemals je herrschen sollen: mit deiner kuehlung vermeidest du ja grad, dass diese ueberhaupt jemals eintreten), d.h. eine definition deines setups
- eine vernuenftige abschaetzung der input-quellen: menschen, sonnenlicht / flutlicht , zuluft von aussen ...
- eine abschaetzung der eh im stadion gegebenen umluftbedingungen: es hat ja keinen zweck wenn du hier und da kaltluft machst, diese aber zuegig "andernorts" hin verstroemt (wo du aber gar nicht am wert interessiert bist, z.b. eben 5 m ueberm anstosskreis)
.... und das alles in einer voellig unbekannten, wetter- und kleidungsabhaengigen dynamik mit allem pipapo: du kannst nicht einfach nen kraeftigen nordwind mit windstille ueber einen kamm scheren, und 80.000 leute koennen es auch im herbst dicht gedraengt deutlich waermer als 25°C "zwischeneinander" werden lassen usw...
dass dein prof da das abschwitzverhalten der leut bittesehr mit ins kalkuel gezogen haben will grenzt dabei fuer mich dann schon fast an sarkasmus
 sowas ist ne aufgabe fuer nen studienkreis aus fertig ausgebildeten experten, die sich ggf. auf die diversesten konkreten unterlagen , bauphysikalische faustformeln, erfahrungswerte usw. usf. stuetzen koennen.
das wird dann alles zusammen in einen teuren computer geschmissen und aufwendig modelliert, dem ergebnis dann nicht getraut, die kuehlleistung auf einige hundert % ausgelegt und der rest mit lokalen messfuehlern leistungsmaessig dann ausgeregelt.
m.a.w.: wenn wir ueber einen (vergleichsweise kleinen) geschlossenen innenraum redeten, bei dem du zu- und abluft auf eindeutigen pfaden unter kontrolle hast, und bei dem wetterbedingter input bis auf die lufttemperatur und - feuchte im zulauf irrelevant ist: ok, da koennte man noch +/- halbwegs plausible randannahmen treffen
aber in einem stadion von (angenommen) 240 x 200 m grundflaeche mit einer "virtuellen" gesamthoehe von 10 m , mehr oder weniger offen...
fuer dich (und auch fuer mich): no way
gruss
ingo
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in 0. naeherung:
du berechnest dir absolute luftfeuchte bei startbedingungen, und bei 100% saettigung bei 25°C
z.b. mit diesem kleinen kalkulator: http://www.wetterochs.de/wetter/feuchte.html
der taupunkt deiner ausgangsluft liegt bei 27,6 °C, weshalb du beim abkuehlen auf 25°C eben kondensatbildung hast
eingangs hast du 25,5 g/m³ , am ende 17,3 g/m³ feuchte
die differenz multipliziert mit dem gegebenen luftvolumen gibt dir die kondensatmasse
diese multipliziert mit der kondensationsenthalpie des wassers ergibt sodann deinen ersten teil-kuehlbedarf
weiterhin musst du deine gesamten kubikmeter "gedanklich kondensationsfrei" runterkuehlen: hier ist das  der luft (die feuchte vernachlaessigst du ) massgeblich.
dies ist dein 2. teil-kuehlbedarf
... und schliesslich musst du auch die kondensierte wassermasse (rechnerisch) von 40°C auf 25°C kuehlen: dein dritter teil-kuehlbedarf
die summe der teilbedarfe ergibt sodann das, was du zu bringen hast, um deine genannten kubikmeter von 40°C/50 % rel. Hum. auf 25°C / 100% rel. Hum. zu kuehlen
...wobei deine zuschauer sich fuer das generierte moerderklima schwer bedanken werden, und reihenweise umkippen oder sowas
das ist "kaltsauna" par excellence |
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