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LuzAJ
Anmeldungsdatum: 26.08.2013
Beiträge: 4
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 LuzAJ Verfasst am: 26. Aug 2013 12:43 Titel: Wärmeenergrie Wasserdampf richtig berechnen |
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Meine Frage:
hey,
hab folgendes Problem:
Ich versuche die Wärmemenge/-Energie zu ermitteln, die über eine Abgasanlage einer Galvanikeinheit "verloren", also ungenutzt an die Umwelt geht.
Das Ganze soll dann betriebswirtschaftlich betrachtet werden. Ich würde also die enthaltene Wärmemenge in kW umrechnen und auf ein Jahr hochrechnen. Diese Verlustwärme könnte man dann mit den aktuellen kWh-Preisen für einen Liter Warmwasser gegenrechnen. Das wäre mein erster Ansatz.
Meine Ideen:
Ich habe mir ein Anemometer mit Temp.fühler gekauft und wollte via Temperatur, Geschwindigkeit und Querschnitt den Volumenstrom und dann die Wärmeenergie berechnen. Das ausgeschiedene Gas ist Wasserdampf.
Meine Frage:
Wie berechnen ich jetzt am besten den Energieinhalt UND die Verlustmenge?! Den Zeitraum kann ich ja dann auf eine Woche/Monat/Jahr hochskalieren.
Mein Ansatz:
a) Volumenstrom
V. = A*v
Das gilt zumindest für Flüssigkeiten - kann ich das auch für Wasserdampf nehmen? Den Druck nehme ich als konstant an, da die Absaugeanlage ja nur absaugt und nichts verdichtet. und da das Ganze sicherlich auch noch laminar abläuft, behaupte ich jetzt einfach mal, dass man den Druck vernachlässigen kann... ODER?
b) Wärmeinhalt/-Energie
Q = c*m = c*V.*Dichte von Wasserdampf bei der gegebenen Temp.
c) Wirtschaftliche Betrachtung
tja, wie setzte ich das am besten an? oben habe ich ja eine Herangehensweise beschrieben, wenn jemand einen besseren Vorschlag hat bin ich äußerst dankbar dafür!!
Beste Grüße |
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magician4
Anmeldungsdatum: 03.06.2010
Beiträge: 914
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| magician4 Verfasst am: 27. Aug 2013 19:48 Titel: |
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- du brauchst von deinem abgas die rel. feuchte, denn es handelt sich ja um ein luft/wasserdampfgemisch
- du musst zu dieser rel. feuchte den taupunkt berechnen: dies ist (ca. : die eigentliche gasabkuehlung auf den taupunkt kommt noch hinzu, ist jedoch meist eher marginal dagegen) die max. temperatur (abzgl. technisch bedingter differentials) bei der du per kondensation noch waerme aus dem system holen kannst (sofern du im "idealen" gegenstrom arbeiten kannst)
- und dann rechnest du halt dagegen, dass du daher eine geeignete menge kuehlmittel pro zeit auf diese gewuenschte temperatur anwaermst, und diesem V * Delta T / t weisst du eine sinnvolle wirtschaftliche bedeutung zu
gruss
ingo |
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LuzAJ1
Gast
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| LuzAJ1 Verfasst am: 28. Aug 2013 08:38 Titel: |
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So gestern 12 Messungen gemacht. Es gibt auch noch einen Tropfenabscheider, der die größte Menge an Wasser aus der Luft zieht.
Die Temperatur lag konstant bei 31,4°C, da kann man nicht viel rausholen mit einem Wärmetauscher. Was Sinn machen würde wären Schwimmkugel aus Hohl-PVC, die gut Dämmen und Verdunstungen beeinträchtigen. Das war zumindest meine letzte Überlegung.
Ich gehe jetzt zur Berechnung von normaler, erwärmter Luft aus und berechne dann den Volumen- und Wärmestrom. Da habe ich zumindest annäherungsweise Werte, mit denen ich gut arbeiten kann.
Vielen Dank für die Antwort(en) - ich melde mich bei passender Gelegenheit mal wieder ;-) |
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LuzAJ
Anmeldungsdatum: 26.08.2013
Beiträge: 4
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| LuzAJ Verfasst am: 28. Aug 2013 09:48 Titel: |
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hey,
ich bin gerade am Rechnen, aber mir gefällt das Ergebnis nicht wirklich. Ich habe folgende Werte ermittelt:
Volumenstrom (abgesaugte Luft in einem Rohr mit ca. 0,7m Durchmesser)
V.= 2,92 m³/s
cp Luft = 1,005 kJ/kg*K
p Luft = 1,2923 kg/m³
T = 34,1 °C (konstant)
Meine Rechnung:
Wärmeinhalt Q. = cp * p * V. * t = 119,28 kJ/s
kJ/s kann doch nie und nimmer richtig sein?! Das wären ja kW! Und das auf 5000h hochgerechnet... Fühlt sich verkehrt an - liegt mein Fehler bei der Temperatur? Ich müsste ja auf Kelvin kommen, damit sich die entsprechenden Einheite rauskürzen - nur steht bei mir im Tabellenbuch die Formel:
Wärmeinhalt = c*m*t und t in °C! Das Gros der aufsteigenden Wärmeenergie aus den galvanischen Bädern geht ja an die umliegende Halle "verloren" und wird ja nicht zu 100% von der Absaugeanlage erfasst. Außerdem wird die Luft ja auch noch durch die Beschleunigung abgekühlt und verliert somit zumindest Wärmeenergie (wobei sich die frage stellt, in wie weit diese durch die kinetische Energie wieder aufgehoben wird)
Und das cp für Luft gilt eigentlich auch nur bei ca. 20°C...
Kann mir jemand helfen?!
Beste grüße |
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magician4
Anmeldungsdatum: 03.06.2010
Beiträge: 914
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| magician4 Verfasst am: 29. Aug 2013 18:06 Titel: |
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deine formel fuer die berechnung der waermemenge ist falsch: da gehoert nicht "t" sondern  T hin.
zur berechnung dieses werts benoetigst du minthin eine 2. temperatur: diejenige temperatur naemlich, auf die du dein gas hinter tauscher abgekuehlt haben willst (vorausgesetzt, du hast keinerlei kondensation zu betrachten: dieser erergiebetrag kaeme sonst noch hinzu)
diese wiederum koennte z.b. die eingangtemperatur deines wassers sein, sofern du die rueckgewonnene energie eben zur vorwaermung von brauchwasser einsetzen willst (denn wozu du derartige mengen niederenergie ansonsten einsetzen koennen willst waere mir schleierhaft)
nehmen wir also einmal an wir redeten von 20°C wasser-zulauftemperatur, dann haettest du dort ca. 50 kW zur wasservorwaermung anliegen, koenntest mithin ca. 0.8 L wasser / sec. von 20°C auf 35°C vorwaermen
ob du fuer diese wassermengen dann kontinuierlich doppelschichtig (also fuer deine unterstellten 5000 betriebsstunden / jahr) auch tatsaechlich eine innerbetriebliche abnahme verorten kannst steht dann auf einem ganz anderen blatt
gruss
ingo |
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LuzAJ
Anmeldungsdatum: 26.08.2013
Beiträge: 4
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| LuzAJ Verfasst am: 30. Aug 2013 08:34 Titel: |
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Hey ingo,
danke für die Antwort - natürlich brauche ich die T-Diff!! Therm. VT liegt ja schon ein halbes Jahr her ;-)
Mal angenommen, die (trockene Luft) kommt mit 32°C am WT an, das Nutzwasser zirkuliert in Gegenstromrichtung im WT (wobei ich nicht weiß, ob man das so einfach umsetzen kann, ich geh jetzt einfach mal davon aus)
Müsste ich da nicht noch den Wärmeübergang durch die Rohrwandung berechnen?! Oder kann ich den vernachlässigen, schließlich stellt mir die Rohrwandung ja lediglich zu Beginn einen therminschen Widerstand dar - iwann ist die Rohrwand auf Umgebungtemperatur aufgewärmt und müsste dann die Temp 1:1 auf das zirkulierende Wasser im WT weiterleiten.
Muss ich den Nutzungsgrad des WT mit einbeziehen?! Unter obigen Gesichtspunkten vernachlässigbar.
ach und wie kommst du auf 0,8l/sec? Wenn ich richtig gerechnet habe, dann so:
die wärmeenergie des Luftstroms bei den gegebene 11-12K entsprechen crund 41,79 kW. Um einen l Wasser aufzuwärmen, benöötige ich jedoch ca. 50kW. Im verhältnis kann ich also die Wärmemengen ggü.stellen und komme auf die 0,8l.
Cool - das macht sinn ;-) |
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LuzAJ
Anmeldungsdatum: 26.08.2013
Beiträge: 4
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| LuzAJ Verfasst am: 30. Aug 2013 09:32 Titel: |
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nach Rücksprache mit dem Betriebsingenieur macht es wenig sinn, den WT zur Warmwassererzeugung zu nutzen
Sinnvoller ist ein WT zum Vorwärmen von einströmender Kaltluft von außen.
Mal angenommen, die Zuluft hat eine durschnittliche Temperatur von 10°C. Daraus würde sich eine durchschnittliche temp-diff. von 20K ergeben.
Da würde ich auf eine Wärmeleistung von 81,3 kW kommen; bei 5000 Betriebs_h p.a. also auf 406.500 kWh.
Nur wie berechene ich die Kosten, die mir für 1m³ 30°C warme Luft entstehen?! Wie soll ich das gegenrechnen?! Bzw. mit was? |
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magician4
Anmeldungsdatum: 03.06.2010
Beiträge: 914
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| magician4 Verfasst am: 30. Aug 2013 17:50 Titel: |
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| Zitat: | | Müsste ich da nicht noch den Wärmeübergang durch die Rohrwandung berechnen? (...) |
kannst du machen, und wirst dann feststellen, dass dein waermeuebergang in gegenstromrichtung um so vollstaendiger ist, je groesser deine tauschflaeche wird (beim z.b. rohrbuendel- oder lamellenwaermetauscher also bei unendlicher rohrlaenge)
du wirst mit einer realen anlage also in jedem falle suboptimal und muesstest dir fuer deine berechnungszwecke hier die entsprechenden randbedingungen zunaechst selbst waehlen - und dann mal schaun welche amortisationszeit dabei rauskommt
deine annahme ueber das einstellen einer gleichen gemeinsamen temperatur wandung ./. medien ist hingegen nur im ruhefall korrekt - und auch das nur nach unendlich langer wartezeit (wenn man mal extrem spitzfindig argumentiert)
| Zitat: | | ch und wie kommst du auf 0,8l/sec? Wenn ich richtig gerechnet habe, dann so: (...) |
deine rechnung ist nicht korrekt, wie du schon an der dimension deines zwischenergebnisses siehst: kW ( und nicht kWh oder sowas)
es ist also eine leistung (und keine absolute waermemenge), und kann daher nur einem flux an erwaermtem wasser entsprechen, nicht jedoch einer absoluten erwaermten wassermenge
| Zitat: | | Sinnvoller ist ein WT zum Vorwärmen von einströmender Kaltluft von außen. |
ich habe schon einmal luft/luft waermetauscher gesehen, und kenne ein wenig deren wirkungsgrade, abmessungen und kosten: es wuerde mich sehr wundern, wenn mit dem von dir betrachteten setup dort ein betriebswirtschaftlich sinnvoll vertretbares investment herauskaeme
auch ist fraglich , ob du an 5000 h im jahr frischluft mit 10 °C oder weniger von draussen ansaugst, und auch eine abgabe betriebsseitig mit 30° o.ae. duerfte gegen so ziemlich alle mir bekannten hier geltenden arbeisschutzvorschriften verstossen (sofern da nicht noch kaltluft zugemischt wird): deine arbeiter werden sich schwer bedanken
weiterhin ist zu bedenken, dass in den meisten industriellen prozessen zwangslaeufig energie in form von waerme generiert wird (und zwar nicht wenig). diese waerme muss eine chance haben die raeumlichkeiten wieder zu verlassen - sonst stirbt dein betrieb den hitzetod.
dein vorwaermbedarf koennte sich also auch noch weitaus geringer darstellen als oben zunaechst angenommen, da ggf. eine zufuhr von luft bei 10°C und eine abfuhr bei 35°C geradezu erforderlich sein koennte (und zwar OHNE waermerueckeintrag), einfach nur um diese waerme (auch auf diesem pfad) geeignet auszutragen.
solche sachverhalte sind intensiv zu pruefen bevor man die von dir angenommenen temperaturdifferentials und - zeiten zur kalkulationsgrundlage erhebt
| Zitat: | | Nur wie berechene ich die Kosten, die mir für 1m³ 30°C warme Luft entstehen?! Wie soll ich das gegenrechnen?! Bzw. mit was? |
hier hast du einen unterpunkt des oben von mir ausgewalzten dilemmas zu fassen, in der tat...
... denn z.b. den arbeiter der da einfach vor sich hin"lebt" und alleine schon deshalb wareme erzeugt (if memory serves so rund und rauh 0.1 kW/person) , deine beleuchtung, den elektromortor deiner bohrmaschine... kannst du ja nicht einfach "kalkulatorisch abschalten im gegenzug".
ein sinnvoller ansatz koennte es sein, tatsaechliche reine heizkosten hier (teilweise) in ansatz zu bringen - wobei die waermemengen und -niveaus allerdings schon zueinander passen muessen (: wenn die halle beispielsweise ueberwiegend ungeheizt ist , weil die zugesaugte kaltluft als kuehlluft benoetigt wird, kannst du ja nicht einfach ALLE luft (getauscht) in das buero nebenan pumpen, stattdessen, und da lustig das sekretariat + den chef grillen)
weiterhin ist zu bedenken, dass es fuer diesen ganzen zirkus sowas wie einen systemimmanenten break-even gibt: wenn du naemlich fuer die gewinnung und das umpumpen der warmluft ebensoviel energie "frisch" verbraetst (enegie fue die ventilatoren u.ae.) wie das ganze spiel dir ueberhaupt rueckgewinnt.
nach meiner kenntnis sind solche wohlmeinenden projekte daher nur in ausnahmefaellen bei genauerem hinsehen noch sinnvoll: wenn du naemlich grosse waermemengen rueckgewinnen kannst (heisse abluft > 100°C , ggf. noch mit respektabler kondensierbarer wasserdampf-fracht, an grossverbraucher wie einkaufszentren, schulen usw.)
mit 3 m³ pro sekunde lauwarm-lueftchen 35°C hingegen wuerde es mich sehr verwundern, wenn sich dort etwas vertretbares ergaebe
...aber man lern ja gern noch dazu
gruss
ingo |
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