Üblicherweise wird bei der Geothermie zwischen der oberflächennahen Geothermie und der tiefen Geothermie unterschieden.
Geothermie
Geothermie in der technischen Ausbildung
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Grundsätzlich dienen Wärmeübertrager dem Zweck, die Wärme eines strömenden Stoffes auf einen anderen strömenden Stoff tieferer Ausgangstemperatur zu übertragen. Die Stoffe sind gasförmig oder flüssig. Grundlegend für die Wärmeübertragung ist die Temperaturdifferenz der beiden Medien als treibendes Gefälle.
Wärmeübertrager
Messung der Übertragungseigenschaften von fünf verschiedenen Wärmeübertragerbauarten, Anlagensteuerung via SPS
Lerninhalte/Übungen
- zusammen mit einem Wärmeübertrager (WL 110.01 bis WL 110.05)
- Temperaturverläufe aufnehmen
- Wärmedurchgangskoeffizient bestimmen
- verschiedene Wärmeübertragertypen vergleichen
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transparenter Wärmeübertrager mit zusätzlichem Temperaturmesspunkt nach halber Strecke; Betrieb in Gleich- und Gegenstrom
Lerninhalte/Übungen
- zusammen mit der Versorgungseinheit WL 110
- Funktion und Verhalten im Betrieb eines Doppelrohr-Wärmeübertragers
- Temperaturverläufe aufnehmen:
im Gleichstrombetrieb
im Gegenstrombetrieb
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typischer Platten-Wärmeübertrager mit Gleich- und Gegenstrombetrieb
Lerninhalte/Übungen
- zusammen mit der Versorgungseinheit WL 110
- Funktion und Verhalten im Betrieb eines Platten-Wärmeübertragers
- Temperaturverläufe aufnehmen:
im Gleichstrombetrieb
im Gegenstrombetrieb
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transparenter Wärmeübertrager mit Betrieb in Kreuzgleich- und Kreuzgegenstrom
Lerninhalte/Übungen
- zusammen mit der Versorgungseinheit WL 110
- Funktion und Verhalten im Betrieb eines Rohrbündel-Wärmeübertragers (Kreuzstrom)
- Temperaturverläufe aufnehmen:
im Kreuzgleichstrombetrieb
im Kreuzgegenstrombetrieb
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Wärmeübertragung zwischen Wasser und Luft; Betrieb im Kreuzstrom
Lerninhalte/Übungen
- zusammen mit der Versorgungseinheit WL 110
- Funktion und Verhalten im Betrieb eines Rippenrohr-Wärmeübertragers
- mittleren Wärmedurchgangskoeffizienten ermitteln
- Einfluss der Wärmekapazität
- mit anderen Wärmeübertragertypen vergleichen
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Vergleich von Platten-, Doppelrohr-, Rohrbündel- und Rippenrohr-Wärmeübertrager sowie Rührbehälter mit Doppelmantel und Rohrschlange
Lerninhalte/Übungen
- Wärmeübertragungsprozesse kennenlernen
- Wärmeübergang
- Wärmeleitung
- Bestimmung des Wärmedurchgangskoeffizienten
- Erstellung von Temperaturverläufen für die verschiedenen Wärmeübertrager
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Der oberflächennahen Geothermie liegt das gleiche Grundprinzip wie bei der Solarthermie zugrunde. Als Wärmequelle fungiert jedoch nicht die Sonne, sondern der Boden. Im Boden befindet sich ein Rohrleitungssystem, in dem ein flüssiges Wärmeträgermedium zirkuliert.
Geothermie, oberflächennah
Wärmepumpe
Abkühlung und Erwärmung der Wärmeübertrager direkt fühlbar
Lerninhalte/Übungen
- Grundlagen eines Kompressionskältekreislaufs
- Hauptkomponenten einer Kälteanlage
- Verdichter, Verdampfer, Verflüssiger, Expansionselement
- Zusammenhang zwischen Druck und Siedepunkt einer Flüssigkeit
- Funktion einer Kälteanlage / Wärmepumpe
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transparente Bauteile bieten Einblick in die Zustandsänderungen des Wärmeträgermediums
Lerninhalte/Übungen
- Grundlagen der Geothermie
- Betriebsverhalten einer Erdwärmesonde mit Heatpipe-Prinzip
- Bestimmung der abführbaren Wärmemenge der Heatpipe bei Variation der thermischen Last
- Variation der Füllmenge des enthaltenen Wärmeträgermediums
- Untersuchung des radialen Temperaturprofils in einer Sandprobe und Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit
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Erdwärmenutzung im offenen System ohne thermische Rückwirkung
Lerninhalte/Übungen
- Grundlagen der geothermischen Nutzung
- Betriebsverhalten eines Zwei-Brunnensystems
- hydraulische und thermische Eigenschaften des Erdreichs
- Bestimmung der nutzbaren Wärmeleistung
- Grundlagen und Energiebilanz einer Wärmepumpe
Wärmepumpe für den Betrieb mit verschiedenen Quellen, Bedienung des Heizungsreglers über Touchscreen oder Webbrowser
Lerninhalte/Übungen
- Wärmepumpenanwendungen für Raumheizung und Warmwasserbereitung kennenlernen
- Nutzung der Wärmepumpe zur Kühlung
- Vor- und Nachteile verschiedener Anlagenkonfigurationen (Sole-Wärmepumpe, Luft-Wärmepumpe)
- einstellen und anpassen eines Heizungsreglers zur Wärmepumpensteuerung
- Betriebsverhalten bei variierendem Wärmeangebot und -bedarf
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Nutzung als Wärmesenke oder -quelle möglich
Lerninhalte/Übungen
- Energiebilanz in kombinierten Heizungsystemen für Brauchwassererwärmung und Raumheizung
- Wärmeübertragung in einer Fußbodenheizung
- Nutzung von Wärmequellen für Wärmepumpensysteme
- Lernziele des HL 320 Modulsystems
Nutzung als Wärmesenke oder -quelle möglich
Lerninhalte/Übungen
- Nutzung eines Gebläsekonvektors für die Raumheizung und -Kühlung
- Einfluss der Temperaturdifferenz zwischen Heizungsvor und -rücklauf auf die Gesamteffizienz einer Heizungsanlage
- Betriebsbedingungen beim Einsatz als Luftwärmeübertrager in einem Wärmepumpensystem
- Vergleich eines Luftwärmeübertragers mit anderen Wärmequellen eines Wärmepumpensystems
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die unterschiedlichen Wärmevorkommen, die der tiefen Geothermie zugeordnet werden, zu unterteilen. Als Kriterium der verschiedenen Lagerstätten kann die erforderliche Bohrungstiefe, der Ursprung der Erdwärme, die Art der Nutzung oder das Temperaturniveau verwendet werden.
Geothermie, tief
gasbeheizter Dampferzeuger im Labormaßstab für Nass- oder überhitzten Dampf; eingebauter Kondensator
Lerninhalte/Übungen
- spezifische Kennwerte eines Dampfkessels
- Wirkungsgrad eines Dampferzeugers
- Abgasanalyse
- Einfluss von unterschiedlichen Brennereinstellungen
- Sättigungstemperatur und -druck des Dampfes
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einstufige Dampfturbine mit Leistungsmessung; Dampfversorgung über ET 850, gasbeheizt oder ET 852, elektrisch
Lerninhalte/Übungen
- Arbeitsweise einer Dampfturbine:
- Dampfverbrauch der Turbine
- Turbinenleistung bei unterschiedlichen Einstellungen
- Untersuchung der auftretenden Verluste an unterschiedlichen Komponenten der Turbine
- Leistungs- und Drehmomentverlauf
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