(ENT2 43) – Exergetische Betrachtung in der Energietechnik

In diesem Kurstext erklären wir dir als angehenden Techniker die Exergie in der Energietechnik ausführlich. Zudem gehen auf die notwendigen Gleichungen im Detail ein.

“Die Exergie ist der Teil, der gesamten Energie eines thermodynamischen Systems, der Arbeit verrichten kann.”

Exergie – Grundlagen

Sie ist der Teil, der gesamten Energie eines thermodynamischen Systems, der Arbeit verrichten kann.

Hierzu ist es aber erforderlich, dass System in ein thermodynamisches Gleichgewicht mit seiner Umgebung zu bringen.

Merk's dir!

Ein thermodynamisches Gleichgewicht umfasst chemische, thermische und mechanische Bestandteile.

Exergieverluste

In einem thermodynamischen System treten auch Exergieverluste auf. Diese können bei der Übertragung von Wärme entstehen, wenn zum Beispiel ein Rohr schlecht isoliert ist.

Sobald warmes Wasser dieses durchfließt, wird Wärme an die Umgebung abgegeben.

Diese Wärmeenergie kann dann nicht mehr genutzt werden um Arbeit zu verrichten.

undefiniert

Wo ist die Energie hin?..

Nach dem Energieerhaltungsprinzip weisen das Rohr und die Umgebung jedoch die gleiche Energiemenge auf, wie vor der Wärmeübertragung.

Gütegrade

Bei der exergetischen Betrachtung werden exergetische Gütegrade der Energieumwandlung erfasst und wie in der nächsten Abbildung festgelegt:

Exergie – Formel

Der exergetische Gütegrad der Umwandlung berücksichtigt alle austretenden Ströme, bzw. den Exergieverlust:

$\boxed{\xi = \frac{\sum_j \dot{E}_{jA} + \sum_j \int ( 1 - \frac{T_u}{T}) d\dot{Q}_{jA} + |W_{mech}|_A}{\sum_i \dot{E}_{iE} + \sum_i \int {1 - \frac{T_U}{T}) d \dot{Q}_{iE} + |W_{mech}|_E} } }$

womit

$\boxed{ \xi = 1 - \frac{\sum_k \dot{E}_{V_k}}{\sum_i \dot{E}_{iE} + \sum_i \int ( 1 - \frac{T_u}{T}) d \dot{Q}_{iE} + | W_{mech}|_E} }$

ist.

Wirkungsgrad

Möchten wir anstelle der ganzen Anlage lediglich einen Exergiestrom als Produkt bewerten, so formuliert man den exergetischen Wirkungsgrad wie z.B.

$\boxed{ \xi = \frac{|W_{mech}|}{\sum_i \dot{E}_{iE}} }$

Der Detaillierungsgrad von Wirkungs– und Gütegraden variiert.

Merk's dir!

Nicht selten werden auch lediglich einzelne Bereiche oder Apparaturen näher auf ihren Wirkungsgrad untersuchen und das Ergebnis dann auf die gesamte Anlage hoch gerechnet.

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