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Den Energieverlust durch Wärmerückgewinnung mindern

142 Beiträge, Schlüsselwörter: Energierückgewinnung, Wärmewandler

Den Energieverlust durch Wärmerückgewinnung mindern

21.04.2018 um 15:08
keinIngenieur schrieb:Links im Bild, ist der Verbraucher... Ca. 99% der Watt werden in Wärme umgewandelt.
Das is ja mal ein grusliger Wirkungsgrad, dagegen is ne Glühbirne ja ne Hocheffizienzmaschine. :) Da sollte man erstmal an einem besseren Wirkungsgrad arbeiten.
keinIngenieur schrieb:Da aber so viel wärme regelrecht verloren geht, war meine überlegung diese
Wärme/Energie wieder nutzbar zu machen. Entweder durch speicherung, oder durch Umwandlung
mit einem Stirling Motor.
Wie schon mal von wem anders hier erwähnt wurde, wäre es besser die Verlustwärme, so sie im niedrigeren Temperaturbereich liegt, auch wieder als wärme zu nutzen, zB. zur Brauchwassererwärmung oder Gebäudeheizung. Die Plempe mit Kompressoren auf 800 Grad zu jagen um dann nen Sterling damit zu betreiben scheint mir eher sinnfrei. Wenn du schon 800 Grad da hast, dürfte ne Dampfturbine sicher nen besseren WK haben, allerdings wirst du biem hochheizen deiner Restwärme wohl mehr Strom verbraten, als du hinten je wieder rausbekommst.
Mal davon abgesehen, das dein Sterling oder was auch immer am Ende den Generator antreiben soll, dann ja wieder nen Haufen Abwärme hinterlässt und die wolltest du mit deiner Maschinerie ja eigentlich doch loswerden. :D

mfg
kuno


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21.04.2018 um 15:17
keinIngenieur schrieb:Weil die Wärmequelle nur 30°C erreicht/erreichen darf.

Der Stirlingmotor wird mit Umgebungsluft gekühlt, welche von 14-30°C schwanken kann.
Das seh ich ja jetz erst. Du willst also die Abwärme auf Niveau von 30 Grad zurückgewinnen, indem du daraus 800 Grad machst und nen Sterling betreibst, den du dann wieder mit bis zu 30 Grad warmer Luft kühlen willst?
Schöne Energie-Vernichtungsanlage. :D

mfg
kuno


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21.04.2018 um 15:31
kuno7 schrieb:Die wird früher oder später auch in Wärme umgewandelt
Eben. Es entsteht dadurch aber nicht *mehr* Wärme, und genau das stand im Raum. Ansonsten hast du Recht.
kuno7 schrieb:Warum soll ich das googeln, wenn du es doch nachgemessen hast? Brauchst doch nur mal kurz reinstellen. Allerdings schrieb ich won Reflexion und nich von Emission, das is nich das gleiche.
Geschätzt hat eine Wiese Emission 0.6 und Oberflächen wie Solarpanels 0.2.
In der Thermografie, wo man austretende Wärmestrahlung misst, ist der Emmissionsgrad DER Wert um z.Bsp. die Reflexion der Wärmestrahlung zu bestimmen.Somit kommt man auf den theoretisch wahren Wert der ausschließlich vom Objekt ausgestrahlten Wärmeenergie.


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21.04.2018 um 17:56
Zur Solarenergie: Wie sich die Energiebilanz eines Systems (Erde) ins positive aendert, wenn man sie intern umverteilt erschliesst sich mir nicht! Wenn ich von 1000w pro Qm ca. 300w speichere, kannich hinterher nicht mehr haben.
Der Waermerueckgewinnungsmaschinerie fehlt es an Wirkungsgrad, die Themperaturspruenge vernichten jeden Nutzen.


:pony:


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21.04.2018 um 19:04
Ist es nicht das zweite des Gesetz der Thermodynamik, dass jede zugeführte Änderung in einen geschlossenen System, gleich einer Temperatur änderung entspricht?

Ich habe 500w, dass entspricht 1700 BTU.
1 BTU = 1.05KJ

Wie würdet ihr damit einen Stirling Motor betreiben?


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21.04.2018 um 19:18
behind_eyes schrieb:Es entsteht dadurch aber nicht *mehr* Wärme, und genau das stand im Raum.
Es ging darum, ob die Erde sich durch solare Nutzung stärker erwärmen kann als ohne und das kann sie, wenn die Solarpanele weniger Sonnenlicht reflektieren als die Fläche, die sie verdecken, was eben vom Reflexionsgrad abhängt.
behind_eyes schrieb:Geschätzt hat eine Wiese Emission 0.6 und Oberflächen wie Solarpanels 0.2
In welchem Frequenzbereich?
behind_eyes schrieb:In der Thermografie, wo man austretende Wärmestrahlung misst, ist der Emmissionsgrad DER Wert um z.Bsp. die Reflexion der Wärmestrahlung zu bestimmen.
Es geht bei unserer Diskussion aber nich um die emittierte Wärmestrahlung, sondern um die reflektierte Sonnenstrahlung. Beide Werte sind zwar nich unabhängig voneinander, da aber das Sonnenlicht in einem deutlich kurzwelligeren Bereich daher kommt und die Strahlungs-Eigenschaften von Oberflächen stark von der Wellenlänge/Frequenz abhängt, is der Emissionsgrad einer Fläche bei rund 300K erstmal recht uninteressant für die Frage, ob Sonnenlicht, mit einer Temperatur von ca. 6000K gut oder schlecht reflektiert wird.

mfg
kuno


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21.04.2018 um 19:23
keinIngenieur schrieb:Ich habe 500w, dass entspricht 1700 BTU.
1 BTU = 1.05KJ
Ich hab zwar keine Ahnung, was genau ein BTU is, aber Joule is die Einheit von Arbeit/Energie, während Watt die Einheit der Leistung is. Von daher stimmt bei deiner Gleichung irgendwas nich. Ich glaube aber BTU müsste auch Leistung sein.
keinIngenieur schrieb:Wie würdet ihr damit einen Stirling Motor betreiben?
In welcher Form liegen denn deine 500W vor?

mfg
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HIP26727
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21.04.2018 um 20:06
kuno7 schrieb:Ich glaube aber BTU müsste auch Leistung sein.
Nein, BTU ist schon eine (nicht SI-konforme) Einergie-Einheit. Wird aber (typischerweise) gerne mal falsch angewandt:
Zitat Wiki
Bei der Spezifizierung von Wärmepumpen (speziell Klimaanlagen) wird oft bei Importgeräten die Kühlleistung (fehlerhaft) in Btu angegeben. Gemeint ist hier BTU pro Stunde (BTU/h).

1000 BTU/h ≈ 293 W
Und auch dieser Thread ist typisch: Da versucht sich jemand an komplexen technisch / physikalischen Problemen, knobelt, nach Eigenangaben über Monate, komplizierte Apparate aus, erstellt hübsche Bildchen dazu und kann offenbar Arbeit und Leistung nicht unterscheiden.

@keinIngenieur
Vielleicht wäre der eine oder andere Tag mit dem Rekapitulieren oder auch erstmaligem Aneignen einiger Grundlagenkenntnisse effektiver genutzt gewesen. Vielleicht auch mit einigen Recherchen bzgl. der Nutzung von niedertemperaturiger Abwärme. Sooo neu ist das Problem nun ja nicht.

Konkrete Fragen:
- Wie sieht das System aus, in dem die zugeführte elektrische Energie in die Wärmeenergie umgesetzt wird, sprich; Volumen, Oberfläche, Form, Material der Kapselung?
- Ist die angegebene Leistung von 500 W (das Einheitenzeichen für Watt ist ein großes W) eine Dauerleistung (kontinuierlich) oder wird die nur intermittierend aufgebracht?
- Ist die Begrenzung auf ≤ 30°C wegen thermischer Sensibilität des Systems oder der geringen Energiedichte / großen Oberfläche?


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HIP26727
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21.04.2018 um 20:55
@keinIngenieur

Gerade mal 'n Viertelstündchen gegooglet. Auch die thermoelektrischen Elemente zur direkten Wandlung von Wärme in Elektrizität (und völlig ohne bewegte Teile) kommt langsam in dem Niedertemperatur-Bereich. Nur mal ein paar Beispiele für Fundstellen:


https://www.ingenieur.de/technik/forschung/eine-ungenutzte-energiequelle-erschlossen/

http://www.bulletin.ch/de/news-detail/alexia-das-schlummernde-potenzial-der-thermoelektrik.html

http://elib.dlr.de/100251/1/DLR-Studie_Anwendungspotenzial_Thermoelektrischer_Generatoren.pdf

https://www.helbling.de/htk/projektbeispiele/thermoelektrischer-generator-teg-zur-energie-rueckgewinnung-aus-dieselmotor-abgas

Aber selbst, wenn's da für Deine Anwendung schon etwas geben sollte: Versprich Dir nicht allzuviel an Gewinn. Die Amortisationszeit wird die Lebensdauer des ganzen Apparatismus deutlich überschreiten. :D
(Aber zumindest werden, im Unterschied zu Deiner Konstruktion, ausser der Investition nicht auch noch laufende zusätzliche Energiekosten anfallen. >;D)


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21.04.2018 um 22:01
HIP26727 schrieb:Nein, BTU ist schon eine (nicht SI-konforme) Einergie-Einheit. Wird aber (typischerweise) gerne mal falsch angewandt:
Danke, war zu faul zum googeln. :)
Von Klimaanlagen kenn ich das BTU Gedöns auch, deshalb hatte ich auch fälschlicher Weise auf Leistung getippt.
HIP26727 schrieb:Versprich Dir nicht allzuviel an Gewinn. Die Amortisationszeit wird die Lebensdauer des ganzen Apparatismus deutlich überschreiten.
Bei 30 Grad Celsius is zumindest bei Raumtemperatur der Umgebung nich viel zu holen, wenn man dem ollen Carnot glauben will, aber vielleicht soll der Apparillo ja im einstelligen Kelvin Bereich laufen, da könnt dann was gehen. ;)

mfg
kuno


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21.04.2018 um 22:05
HIP26727 schrieb:- Wie sieht das System aus, in dem die zugeführte elektrische Energie in die Wärmeenergie umgesetzt wird, sprich; Volumen, Oberfläche, Form, Material der Kapselung?
- Ist die angegebene Leistung von 500 W (das Einheitenzeichen für Watt ist ein großes W) eine Dauerleistung (kontinuierlich) oder wird die nur intermittierend aufgebracht?
- Ist die Begrenzung auf ≤ 30°C wegen thermischer Sensibilität des Systems oder der geringen Energiedichte / großen Oberfläche?
Die wichtigsten Informationen, die ich auch liefern kann, kann man der Zeichnung entnehmen. Form, Material etc. ist soweit irrelevant.

Verdichter, Verdunster und Kondensatoren finden auch in der Energiegewinnung ihren Nutzen. Da die Hitzequelle konstant 500w/h (0.X%) produziert und ein beliebiges Wasservolumen aufwärmt, kann man diesen Schritt auch "Ofen" nennen.
Kühlmittel 1. Wasser.

Dieser Ofen befindet sich in einen Kühlschrank um konstant die Temperatur von 30°C zu halten. Und gibt die überschüssige Temperatur von ~500w an den Kondensator. Der Kondensator wärmt sich auf und erreicht eine Temperatur von 70°C*.
KÜhlmittel 2. R410A


Soweit ist es einfach nur eine ganz normale Klimaanlage. Wo man mit einen Splitgerät die Wärme an die Ausenluft abgeben kann.
In meinem Fall wird die Wärme an einen zweiten Kompressor geleitet, verdichtet und als High pressure vapor in einen weiteren Kondensator gedrückt.
Kühlmittel 3. noch keines gefunden.

Das Volume wird gesenkt und die Temperatur erhoht.
Damit adiere ich zum Stromverbrauch nur einen zusätzlichen Kompressor.

zB. 500w + Kompressor 1 + Kompressor 2

Den Stirlingmotor kann man sicherlich auch an Kompressor 1 und dessen Kondensator anschließen, habe aber dann Deffizite in der Effizienz des Generators.

Amortisierung steht ersteinmal nicht im Vordergrund.

* "70°C" ist aus der Luft gegriffen.

PS: ihr dürft auch gerne ins Bild hineinkritzeln, um eure Gedanken zu verdeutlichen.


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21.04.2018 um 22:38
@keinIngenieur: Eine entscheidende Frage ist meinem Eindruck nach bisher nicht, oder zumindest nicht klar beantwortet: Was soll der Nutzen des Gesamtsystems sein? Soll der am Stirlingmotor angeschlossene Generator mehr elektrische Leistung liefern, als die Eingangsleistung (500 W + Kompressor_1 + Kompressor_2) beträgt? Soll irgendwo Wärme (wo und wieviel?) rauskommen?


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22.04.2018 um 00:01
keinIngenieur schrieb:500w/h
Naja, das durfte ja nich fehlen. :)
keinIngenieur schrieb:Verdichter, Verdunster und Kondensatoren finden auch in der Energiegewinnung ihren Nutzen.
du meinst vermutlich Energierückgewinnung. Eigentlich müsste es aber Exergie Gewinnung heißen, denn es geht nur darum die Energie auf ein nutzbares Niveau zu hieven.

mfg
kuno


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22.04.2018 um 00:12
Exakt.

Wäre jemand in der Lage eine Rrechnung zu machen, wie viel Watt der Stirling Motor erzeugen könnte?


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22.04.2018 um 00:16
uatu schrieb:Eine entscheidende Frage ist meinem Eindruck nach bisher nicht, oder zumindest nicht klar beantwortet: Was soll der Nutzen des Gesamtsystems sein? Soll der am Stirlingmotor angeschlossene Generator mehr elektrische Leistung liefern, als die Eingangsleistung (500 W + Kompressor_1 + Kompressor_2) beträgt? Soll irgendwo Wärme (wo und wieviel?) rauskommen?
Es geht darum, innerhalb eines geschlossenen Systems, ungenutze Wärmeenergie, in Elektrischen Strom zurück zu wandeln, um dadurch die Effizienz des Verbrauchers gesteigert werden soll.

Verbraucher: 500w
- Stirlingmotor: 50w rückgewinnung
= 450w tatsächlicher Verbrauch

+ Kompressor 1+2

So die Vorstellung.


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22.04.2018 um 09:01
uatu schrieb:Was soll der Nutzen des Gesamtsystems sein?
Das habe ich mich auch die ganze Zeit gefragt, und nach kurzer Recherche heute morgen bin ich vermutlich dahintergestiegen.

@keinIngenieur hat vermutlich irgendwo die zunächst verwirrende Tatsache aufgeschnappt, dass der Wirkungsgrad von Wärmepumpen unübliche Werte von >1 aufweist, da die Energie, die man der Umwelt entzieht, nicht zur aufgewendeten Energie gezählt wird, aber am Ende als Nutzenergie zu Buche schlägt (z.B. bei Fussboden-Heizungen, etc.)

Auch wenn er es hier wehement abstreitet, bin ich der Meinung, dass er in diesem Moment von einem Gedankenblitz getroffen wurde, der ihn fortan nicht mehr zur Ruhe kommen ließ .... "Ich baue mir ein PM! :D"

Im Internet findet man schnell, dass der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe bei Vorlauftemperaturen von 30-35°C am höchsten ist (idealerweise bis zu 6,4!). Okay, damit hätten wir schon mal eine Erklärung für die 30°C. Nun wird er sich gefragt haben, wie man mit Wärme Strom erzeugen kann, und da wird er auf den Sterling gestossen sein. Aber der kann mit den popeligen 30°C nix anfangen, zumindest wenn dieses Diagramm bei Wiki korrekt ist:

Carnot-eta

Wattn Scheiß ... man braucht also wenigstens 800°C damit das Teil überhaupt was nennenswertes ausspuckt, und somit wäre auch die Herkunft dieses Parameters geklärt. Und vielleicht hat er ja selbst noch rausgefunden, dass der Wirkungsgrad der Wärmepumpe mit zunehmender Temperaturdifferenz dramatisch abnimmt (nur noch knapp über 1), aber PMler geben ja nicht einfach so auf, und wenn man nicht selber rechnen kann, fragt man mal in einem Forum nach wie das geht. Vielleicht hat hier ja noch jemand eine Idee...

Sorry @keinIngenieur, auch hier wirst du niemanden finden, der dir dein PM zum laufen bringt.


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22.04.2018 um 09:32
@keinIngenieur

Vermutlich hattest du folgende Rechnung im Kopf:

- Verbraucher (500W) wandelt 99% der Energie im Wärme
- Wärmepumpe erhöht die Energie um das 4- bis 6fache
- Sterling wandelt das mit 30% Verlust in kinetische Energie um
- Generator macht aus den Kinetlingen Strömlinge (nochmal 5% Verlust)

Zieht man dann am Ende noch den Stromverbrauch für die Wärmepumpe ab, bleibt unterm Strich fett was übrig :D

Nur leider funktioniert die Natur so nicht...


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22.04.2018 um 11:49
Peter0167 schrieb:Nur leider funktioniert die Natur so nicht...
Und Sterlingmotoren gibts leider auch nicht. :)


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22.04.2018 um 11:54
@edgen

Stümmt, mein Fähler. :D


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22.04.2018 um 12:07
Kein Problem! Hat ja trotzdem jeder verstanden, und ausserdem sagt das bei uns in Lybien einfach JEDER so, weil es da die offizielle Schreibweise ist.


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