Erneuerbare Energien in der Gebäudetechnik
Der Einsparung von Energie kommt in der modernen Gebäudetechnik eine immer größere Bedeutung zu. Der Einsatz erneuerbarer Energien in der Gebäudetechnik ist in vielen Ländern bereits zum Standard geworden.
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Photovoltaik beschreibt die direkte Umwandlung von Licht in Strom. Solarstrom trägt zur Entlastung der Umwelt bei, reduziert den Aufwand für den Stromtransport und sichert eine unabhängige und kostengünstige Energieversorgung.
Photovoltaik
Photovoltaik als Beitrag einer nachhaltigen Energieversorgung
Untersuchung der Eigenschaften von Solarzellen; objektive Messungen durch aufwändige Thermostatisierung der Solarzellen
Lerninhalte/Übungen
- physikalisches Verhalten von Solarzellen bei unterschiedlicher Beleuchtungsstärke und Temperatur
- Aufnahme von Strom-Spannungs-Kennlinien
- Berechnung von Stromstärke und erzielbarer Leistung auf Basis des Ein-Diodenmodells
- Einfluss von Beleuchtungsstärke und Temperatur auf die Kennlinien
- Verschaltung von Solarzellen in Parallel- und Reihenschaltung
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Bestimmung der charakteristischen Größen einer photovoltaischen Anlage
Lerninhalte/Übungen
- physikalisches Verhalten von Photovoltaikmodulen bei unterschiedlichen Einflüssen
- Beleuchtungsstärke
- Temperatur
- Verschattung
- Kennenlernen wichtiger Kenngrößen
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Erweiterungsmodul für ET 250 mit Komponenten zur Einspeisung von Solarstrom in ein öffentliches Netz
Lerninhalte/Übungen
- Komponenten aus der Praxis der netzgebundenen Solarstromnutzung
- Funktion von Gleichstrom-Trennschalter und Überspannungsschutz
- Funktion eines netzgeführten Wechselrichters mit Leistungsoptimierung (MPP Tracker)
- Einfluss der Auslastung auf den Wirkungsgrad des Wechselrichters
- Funktion von modernen Stromzählern
Erweiterungsmodul für ET 250 mit Komponenten zur autarken Nutzung von Strom aus Photovoltaikmodulen
Lerninhalte/Übungen
- Komponenten aus der Praxis der Solarstromnutzung im Inselbetrieb
- Funktion von Gleichstrom-Trennschalter und Überspannungsschutz
- Funktion eines Ladereglers mit Leistungsoptimierung (MPP Tracker)
- Einfluss der Auslastung auf den Wirkungsgrad der Komponenten
- Einfluss von Schwankungen des solaren Energieangebots und des Stromverbrauchs auf den Systemwirkungsgrad
Elektrische Komponenten einer Photovoltaikanlage aus der Praxis; Betrieb mit realen Photovoltaikmodulen oder einem Photovoltaiksimulator
Lerninhalte/Übungen
- Komponenten moderner Systeme zur Photovoltaiknutzung untersuchen
- Funktion von Modulen zur Leistungsoptimierung (MPP Tracker)
- Funktion von Wechselrichtern und Ladereglern
- Betriebsverhalten bei variierender Beleuchtungsstärke und Temperatur
- Wirkungsgrad und dynamisches Verhalten von Anlagenkomponenten
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Simulation der Strom- und Spannungskennlinien von Photovoltaikmodulen
Lerninhalte/Übungen
- Strom-/ Spannungskennlinien von Photovoltaikmodulen
- Leistungsoptimierung mit MPP Trackern (Maximum Power Point Tracker)
- Betriebsverhalten von Photovoltaikmodulen bei variierender Beleuchtungsstärke und Temperatur
- Wirkungsgrad und dynamisches Verhalten von ET 255 Anlagenkomponenten
- Versuche mit ET 255 und ET 255.03 bei Vorgabe von Erzeugungs- und Verbrauchsprofilen
Betriebsverhalten von Photovoltaikmodulen bei variierender Temperatur und Beleuchtungsstärke; Beleuchtung durch Sonnenlicht oder Lichtquelle HL 313.01
Lerninhalte/Übungen
- Nutzung von Photovoltaikmodulen in modernen Solarstromsystemen
- Versuche mit ET 255 und ET 255.03 bei Vorgabe von Erzeugungs- und Verbrauchsprofilen
- Betriebsverhalten von Photovoltaikmodulen bei variierender Temperatur und Beleuchtungsstärke
- Einfluss des Neigungswinkels auf den Maximum Power Point (MPP)
- Leistungsoptimierung mit MPP-Trackern
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steuerbare elektrische Verbraucher zur Nutzungssimulation in Solarstromsystemen
Lerninhalte/Übungen
- Priorisierung von elektrischen Verbrauchern in Solarstromsystemen
- Energiemanagementsysteme für die Eigenverbrauchsoptimierung
- Anwendungsfälle bei wechselnder Netzverfügbarkeit
- Verbraucher im Notstrombetrieb
- Versuche bei Vorgabe von Erzeugungs- und Verbrauchsprofilen
Kompressionskälteanlage für den Betrieb mit Solarstrom aus ET 250 oder ET 255.02
Lerninhalte/Übungen
- Versorgung einer Kompressionskälteanlage mit Strom aus Photovoltaik-Modulen
- Komponenten einer Photovoltaik-Kälteanlage
- Betrieb des Verdichters bei wechselndem Leistungsangebot und Kältebedarf
- Be- und Entladen von Kältespeichern
- Leistungszahl der Kälteanlage in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen
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Die Solarthermie beschreibt die Nutzung der Sonnenenergie zur Bereitstellung von Wärme. In modernen Gebäuden wird solarerzeugte Wärme zur Heizung und Brauchwassererwärmung eingesetzt.
GUNT RHLine: Renewable Heat
Solarthermie
Bestimmung der charakteristischen Größen einer solarthermischen Anlage; Modell mit künstlicher Strahlungsquelle
Lerninhalte/Übungen
- Aufbau und Funktion einer einfachen solarthermischen Anlage
- Bestimmung der Nutzleistung
- Energiebilanz am Solarkollektor
- Einfluss von Beleuchtungsstärke, Einstrahlungswinkel und Durchfluss
- Bestimmung von Wirkungsgradkennlinien
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Funktion und Betriebsverhalten eines Parabolrinnenkollektors, Zubehör für ET 202
Lerninhalte/Übungen
- Fokussierung von Solarstrahlung mit einem Parabolrinnenspiegel
- optischer Konzentrationsfaktor
- Umwandlung von Strahlungsenergie in
Wärme
- Verluste in thermischen Solarkollektoren
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Funktion und Betriebsverhalten eines Parabolrinnenkollektors, astronomische und sensorbasierte Sonnennachführung, Anlagensteuerung via SPS
Lerninhalte/Übungen
- Fokussierung von Solarstrahlung mit einem Parabolrinnenspiegel
- optischer Konzentrationsfaktor
- DNI: Direct Normal Irradiance
- sensorbasierte Sonnennachführung
- astronomische Sonnennachführung
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Umwandlung von Strahlungsenergie der Sonne in Wärme und Speicherung der Wärme, Bedienung des Solarreglers via Webbrowser
Lerninhalte/Übungen
- Funktionen des Flachkollektors und des Solarkreislaufs kennenlernen
- Bestimmung der Nutzleistung
- Zusammenhang zwischen Durchfluss und Nutzleistung
- Bestimmung des Kollektorwirkungsgrads
- Zusammenhang zwischen Temperaturdifferenz (Kollektor / Umgebung) und Kollektorwirkungsgrad
Funktionen des Röhrenkollektors und des Solarkreislaufs kennenlernen, Bedienung des Solarreglers via Webbrowser
Lerninhalte/Übungen
- Funktionen des Röhrenkollektors und des Solarkreislaufs
- Bestimmung der Nutzleistung
- Zusammenhang zwischen Durchfluss und Nutzleistung
- Bestimmung des Kollektorwirkungsgrads
- Zusammenhang zwischen Temperaturdifferenz (Kollektor / Umgebung) und Kollektorwirkungsgrad
schwenkbarer Flachkollektor zur Umwandlung von Solarenergie in Wärme
Lerninhalte/Übungen
- Aufbau und Funktion des Flachkollektors
- Bestimmung der Nutzleistung
- Einfluss von Temperatur, Beleuchtungsstärke und Anstellwinkel auf den Kollektorwirkungsgrad
- Einbindung eines Flachkollektors in ein modernes Heizungssystem
- hydraulische und regelungstechnische Betriebsbedingungen
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Umwandlung von Solarenergie in Wärme im Vakuumröhrenkollektor
Lerninhalte/Übungen
- Aufbau und Funktion des Vakuumröhrenkollektors
- Bestimmung der Nutzleistung
- Einflussgrößen auf den Kollektorwirkungsgrad
- Einbindung eines Vakuumröhrenkollektors in ein modernes Heizungssystem
- hydraulische und regelungstechnische Betriebsbedingungen
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Modul mit Pufferspeicher und bivalentem Speicher für Heizungssysteme mit erneuerbaren Energien, Bedienung des Heizungsreglers über Touchscreen oder Webbrowser
Lerninhalte/Übungen
- abhängig von der gewählten HL 320-Modulkombination können folgende Lerninhalte erarbeitet werden:
- moderne Heizungsanlagen auf der Basis erneuerbarer Energiequellen kennenlernen
- Inbetriebnahme von Heizungsanlagen mit Solarthermie und Wärmepumpe
- elektrische, hydraulischen und regelungstechnische Betriebsbedingungen
- Eigenschaften verschiedener Wärmespeicher
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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
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
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
Kraft-Wärme-Kopplung beschreibt die gleichzeitige Gewinnung von mechanischer, bzw. elektrischer Energie und thermischer Wärme.
wassergekühlte Polymermembran-Brennstoffzelle in Kraft-Wärme-Kopplung
Lerninhalte/Übungen
- Umwandlung von chemischer Energie in elektrische und thermische Energie
- Funktion und Aufbau eines Brennstoffzellensystems
- Zusammenhänge der Betriebsparameter von Brennstoffzellen
- Einflüsse auf die elektrische Leistung von Brennstoffzellen
- Aufnahme und Visualisierung aller relevanten Kennlinien Spannung / Strom
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GUNT- RHLine (renewable heat): Ressourcenschonung durch bauliche und technische Maßnahmen
HL 320 Modulsystem Solarthermie und 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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elektrische Zusatzheizung für das HL 320-Modulsystem
Lerninhalte/Übungen
- Heizungsunterstützung und/oder Brauchwassererwärmung durch konventionelle Zusatzheizung
- Bivalenzpunkt und Heizlast
- Regelstrategien für die Heizungsunterstützung
- Energiebilanzen in konventionell unterstützten Solarthermie- und Wärmepumpensystemen
schwenkbarer Flachkollektor zur Umwandlung von Solarenergie in Wärme
Lerninhalte/Übungen
- Aufbau und Funktion des Flachkollektors
- Bestimmung der Nutzleistung
- Einfluss von Temperatur, Beleuchtungsstärke und Anstellwinkel auf den Kollektorwirkungsgrad
- Einbindung eines Flachkollektors in ein modernes Heizungssystem
- hydraulische und regelungstechnische Betriebsbedingungen
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Umwandlung von Solarenergie in Wärme im Vakuumröhrenkollektor
Lerninhalte/Übungen
- Aufbau und Funktion des Vakuumröhrenkollektors
- Bestimmung der Nutzleistung
- Einflussgrößen auf den Kollektorwirkungsgrad
- Einbindung eines Vakuumröhrenkollektors in ein modernes Heizungssystem
- hydraulische und regelungstechnische Betriebsbedingungen
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Modul mit Pufferspeicher und bivalentem Speicher für Heizungssysteme mit erneuerbaren Energien, Bedienung des Heizungsreglers über Touchscreen oder Webbrowser
Lerninhalte/Übungen
- abhängig von der gewählten HL 320-Modulkombination können folgende Lerninhalte erarbeitet werden:
- moderne Heizungsanlagen auf der Basis erneuerbarer Energiequellen kennenlernen
- Inbetriebnahme von Heizungsanlagen mit Solarthermie und Wärmepumpe
- elektrische, hydraulischen und regelungstechnische Betriebsbedingungen
- Eigenschaften verschiedener Wärmespeicher
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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
Wärmepumpen transportieren Wärme von einem niedrigen Energieniveau auf ein höheres Energieniveau und können zum Heizen eingesetzt werden.
Nutzung der Umgebungswärme zur Wassererwärmung
Lerninhalte/Übungen
- Aufbau und Funktion einer Luft-Wasser-Wärmepumpe
- Darstellung des thermodynamischen Kreisprozesses im log p,h-Diagramm
- Energiebilanzen
- Bestimmung wichtiger Kenngrößen
- Druckverhältnis am Verdichter
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Wärmepumpe mit verschiedenen Wärmeübertragern für Luft und Wasser
Lerninhalte/Übungen
- Aufbau, Funktion und wesentliche Komponenten einer Wärmepumpe bzw. Kälteanlage
- Darstellung des thermodynamischen Kreisprozesses im log p,h-Diagramm
- unterschiedliche Betriebsarten vergleichen
- Messung von Verdichterleistung und Heiz- bzw. Kühlleistung im Glykol-Wasser-Kreislauf
- Bestimmung von
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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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Eisspeicher werden über eine Kälteanlage aufgeladen und im Fall von sehr hohen Lasten wieder entladen. Sie gleichen inhomogene Lastprofile von Gebäuden aus.
industrielle Kälteanlage mit Eisspeicher, Trockenkühlturm und Nasskühlturm
Lerninhalte/Übungen
- Aufbau und Funktion einer energieeffizienten Kälteanlage
- Funktion und Betrieb eines Eisspeichers
- Bilanzierung der Energieströme
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