Schulprojekt - Benötige Hilfe bei einer Berechnung

[michl75]

Hallo zusammen,
hoffe hier auf Hilfe, denn mein Sohn hat ein Schulprojekt bekommen und konnte sich das Thema selbst raussuchen. Seine Vorstellung war den ganzen Energieverbrauch eines Hauses zu berechnen (Energieverbrauch ist das Thema). Da ich selbst aus meiner Tätigkeit weiß, dass hier eigentlich Unmengen an Daten notwendig sind, habe ich Ihm vorgeschlagen, lass uns mal den wirklichen Energieverbrauch einer Heizung berechnen.
Naja, was soll ich sagen ... Mund etwas zu voll genommen, aber gut ....

Das Ziel ist, dass wir aus folgenden Daten den Energieverbrauch berechnen können:
- Heizungsanlage bekannt 13 KW (Gesamtleistung für Heizung und Warmwasser)
- Rohrdurchschnitt bekannt 1/2"
- Heizungstyp und Leistung bekannt (alles Typ 22, mit je 20/22/24 Grad)
- zum Testen habe wir auch Temperaturfühler an Vor- und Rücklauf an einem Heizkörper sowie an der Hauptleitung befestigt (Messen über ESP und einem DS18b20 Anlegefühler)

Nun wollten wir den genauen Energiebedarf berechnen, ab dem Zeitpunkt wo das Ventil am Heizkörper aufmacht (> 1% Stellung).
Im Moment berechnen wir wie folgt:

Q = Heizungsanlage (13KW) * 0,86 / angestrebte Temperaturdifferenz
... in Zahlen:
13*0,86/13 = 1,118 m 3/h (Einheit richtig?)

Dann rechnen wir weiter wie folgt:

E = Q * 4,19 [Wasser] * (273,15+Tatsächliche Temperaturdifferenz) / 3600
...in Zahlen:
1,118 * 4,19 * (273,15 + 11) / 3600 = [E =] 0,3697 kW ...

Der Heizkörper ist ein 22'er der laut Tabelle bei 22 Grad (z. B. bei Wohnzimmer) eine Leistung hat von 3,09 kW (Heizkörper ist 600/2000mm)

Wenn ich aber das Ergebnis so anschaue, fällt mir folgendes auf:
a. habe ich einen Wert der so gar nicht zum Heizkörper passt, denn der Heizkörper hat ja viel mehr Leistung
b. wird die Leistung vom Heizköper in der Berechnung überhaupt nicht vorgesehen, lediglich der Temperaturunterschied von Vor und Rücklauf

Könnte mir da einer weiterhelfen?

Viele Grüße M.

 

[Dr Schorni]

Warte mal noch bis heut Abend, wenn ich wieder da bin, Ihr verrennt Euch da in was. Wenn es nur um den EnergieBEDARF eines Hauses geht muss man dessen Wärmeverlust (rechnerisch) bestimmen, DAS reicht ja an sich.
Dazu braucht man nur die Bauteilflächen, U-Werte und Temperaturdifferenz.

 

[michl75]

Warte mal noch bis heut Abend, wenn ich wieder da bin, Ihr verrennt Euch da in was. Wenn es nur um den EnergieBEDARF eines Hauses geht muss man dessen Wärmeverlust (rechnerisch) bestimmen, DAS reicht ja an sich.

Hallo, vielen Dank für die Antwort... den Bedarf haben wir "pauschal" nach der Formel qm * Heizanforderung pro Raum... Würden gerne den echten Energieverbrauch am Heizkörper berechnen (aus Vor- und Rücklauf und bekannten Daten)...
Wenn Sie uns da helfen könnten, wäre das super!
Wie gesagt, Vor und Rücklauf sowie Ventilstellung wird gemessen und weiter Daten sind vorhanden.

Vorab aber schon mal vielen Dank!

 

[Dr Schorni]

den Bedarf haben wir "pauschal" nach der Formel qm * Heizanforderung pro Raum...

Viel zu pauschal und mit 50% Streuung.
Da ja eh der BEDARF zu decken IST, reicht es völlig nur DIESEN zu errechnen, denn WIE der im Detail gedeckt wird ist eigentlich irrelevant.

 

[michl75]

Viel zu pauschal und mit 50% Streuung.
Da ja eh der BEDARF zu decken IST, reicht es völlig nur DIESEN zu errechnen, denn WIE der im Detail gedeckt wird ist eigentlich irrelevant.

Verstehe...

Nur zum Verständnis dann, ein Wärmezähler (ob als Verdampfer an Heizung oder Elektronisch)misst auch die Energie vor Ort, oder?

Unser Gedanke war eben, dass wir einzeln die Heizkörper berechnen, was die tatsächlich an Energie verballern - so der Gedanke.

 

[tricotrac]

was die tatsächlich an Energie verballern

Das Ziel einer Heizungsanlage ist nicht warme oder gar heiße Heizkörper zu haben, sondern warme Räume.
Deine Heizung vernichtet keine Energie, sondern die undichte Gebäudehülle.
Elektronische Wärmemengenzähler sind Stand der Technik.

 

[michl75]

Das Ziel einer Heizungsanlage ist nicht warme oder gar heiße Heizkörper zu haben, sondern warme Räume.
Deine Heizung vernichtet keine Energie, sondern die undichte Gebäudehülle.
Elektronische Wärmemengenzähler sind Stand der Technik.

Ich bin in der Flachdachbranche... daher sagt mir das was > Gebäudehülle........

Und um so einen Wärmmengenzähler gehts uns... den wollen wir sozusagen nachbauen (Fühler etc. pp, was wir ja schon haben) und dann direkt an der Heizung die Energie messen bzw. berechnen, aber halt aus den Werten wie oben genannt.
Ein Wärmemengenzähler ob Elektronisch oder Verdampfer macht ja auch nichts anders (vom Prinzip her).
Letzten Endes gehts uns ja nicht um die Gesamtenergie zu berechnen, sondern nur was gerade vom Heizkörper abgenommen und an die Luft abgegeben wird.

Vielleicht habe ich mich oben falsch ausgedrückt... anders wusste ich es nicht zu erläutern...

Edit: Ich hab eben mal noch dieses Bild was ich eben gefunden habe angehängt. Wäre der Verbraucher eben eine Heizung, was würde die dann hier an kw verbrauchen, wenn die Heizung ein Typ 22 ist, bei 22 Grad 1084 Watt hat und die Heizung eben 13 Kw aber liefert. Was mich da so aus dem Konzept bringt, wenn die Heizung selbst (der Radiator) nur 1,08 Kw hat, kann er auch nicht mehr aufnehmen oder abgeben als das ... welbst wenn ich 13 kw vollgas über die "Brenner" fahre...
Heißt für mich, wenn ich einen Heizkörper habe der 1,08 kW an Leistung hat, ich diesen vom Volumentrom her auf 50% reduziere, habe ich auch entsprechend zwischen dem Vorlauf und dem Rücklauf doch einen größeren Unterschied als bei 100% Ventilöffnung.
Also möchte ich die Leistung im Heizkörper die hier verbraten wird berechnen, anhand der Vor- und Rücklauftemperatur (evtl. Ventilstellung berücksichtigen?)

Vielleicht habe ich es nun besser ausgedrückt....

 

[Heizi54]

Die (aktuelle) Heizleistung eines Heizkörpers ergibt sich aus:
(Ich beschreibe die physikalische Formel in Worten, - nicht in Formelzeichen)

Wärmeleistung = Volumenstrom x Dichte (Heizwasser) x spezifische Wärmekapazität (Heizwasser) x Temperaturdifferenz (zwischen Vorlauf und Rücklauf)

Zur vereinfachten Bestimmung der Wärmeleistung müssen also der Volumenstrom und die Temperaturdifferenz und eine Konstante multipliziert werden. Die Konstante berücksichtigt die Dichte, die spezifische Wärmekapazität und Umrechnungsfaktoren der Einheiten. Bei der vereinfachten Berechnung werden also Dichte und spezifische Wärmekapazität des Wassers als konstant, d.h. nicht von der Temperatur abhängig angenommen.

Für eine exakte Bestimmung der Wärmeleistung müssen aber die Änderungen der Dichte und der spezifischen Wärmekapazität des Heizwassers in Abhängigkeit der Temperatur berücksichtigt werden. Die handelsüblichen Wärmemengenzähler berücksichtigen die sich über der Temperatur ändernden Stoffwerte.

 

[michl75]

Wärmeleistung = Volumenstrom x Dichte (Heizwasser) x spezifische Wärmekapazität (Heizwasser) x Temperaturdifferenz (zwischen Vorlauf und Rücklauf)

Hallo,

VolStrom = KW Heizkörper * 0,86 / Vorgesehene Temperaturdifferenz Vor/Rücklauf

Wärmeleistung = VolStrom * 4,19 (Heizungswasser) * 0,86 (Wärmekap.) * Real-Temperaturdif. Vor/Rücklauf

Wäre dann bei einer Heizung mit 1084 Watt vom Typ 22 mit 22 Grad:

VolStrom = 1,84 * 0,86 / 10 = 0,093224 m³/h

Ergibt dann:

Wärmeleistung = 0,093224 * 4,19 * 0,86 * 8 (z.B. Dif 8 Grad) = 2,6873 kW

Die 2,6873 kW wären dann in der Stunde...

Wäre das so Richtig?

Wenn dies so richtig ist, frage ich mich... wie kann es sein, dass ich 2,6873 kW aufnehme wenn doch der Heizkörper nur 1,84 kW Leistung hat (abgeben kann).
Gilt nicht der physikalische Grundsatz, Energie kann man nur "tauschen" oder "übertragen" wenn auch mit Verlusten...

Die Energie kommt ja letzten Endes "aus dem Gas", das wird verbrennt, je m³ Gas ergibt das so und so viel kW Wärme die über Wärmetauscher übertragen wird bis hin zu Übergabe von Heizung an die Raumluft ... usw...

 

[Dr Schorni]

Der Heizkörper ist ein 22'er der laut Tabelle bei 22 Grad (z. B. bei Wohnzimmer) eine Leistung hat von 3,09 kW (Heizkörper ist 600/2000mm)

DER hat bei 55/45 ca 1700 W Leistung. Aber alles alles NUR am Auslegungspunkt: niedrigste/Norm-Außentemperatur. JETZT kann man im Grunde GAR NICHTS messen, da noch kein voll aktiver Heizbetrieb (kaum 5-10% Heizlast) mit viel zu großer Streuung. Das muss auch alles quasistationär eingeschwungen sein ohne Temperaturveränderungen usw.
WAS ist denn KONKRET die Aufgabenstellung??

 

[Heizi54]

Deine Berechnung enthält mehrere Fehler und ist außerdem nicht zielführend.

Grundlegender Fehler: Du kannst nicht zuerst den Volumenstrom (0,093224 m³/h) berechnen und den so errechneten Wert dann wieder in die gleiche, jetzt aber nach Wärmeleistung umgestellte Formel einsetzen, um anschließend die Wärmeleistung zu berechnen.

Nochmal:
Um die (aktuelle) Heizleistung eines Heizkörpers zu ermitteln musst du:
1.) Den Volumenstrom messtechnisch mit einem Volumenstromsensor erfassen.
2.) Die Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf mit zwei Temperatursensoren messtechnisch erfassen.
3.) Für die vereinfachte, d.h. näherungweise Berechnung der Wärmeleistung eines Heizkörpers wird das Produkt aus Volumenstrom und Temperaturdifferenz gebildet und dieser Wert dann noch mit einer Konstanten multipliziert. Diese Konstante errechnet sich aus Dichte * spezif. Wärmekapazität * Faktor für die Einheitenumrechnung.

Bei der genauen Bestimmung der Wärmeleistung muss die Abhängigkeit der Dichte und der spez. Wärmekapazität von der Heizwassertemperatur berücksichtigt werden. Ich vermute, die genaue Bestimmung der Wärmeleistung kommt für euch nicht in Betracht. (Bei handelsüblichen Wärmemengenzählern wird das aber berücksichtigt.)

 

[michl75]

DER hat bei 55/45 ca 1700 W Leistung. Aber alles alles NUR am Auslegungspunkt: niedrigste/Norm-Außentemperatur. JETZT kann man im Grunde GAR NICHTS messen, da noch kein voll aktiver Heizbetrieb (kaum 5-10% Heizlast) mit viel zu großer Streuung. Das muss auch alles quasistationär eingeschwungen sein ohne Temperaturveränderungen usw.
WAS ist denn KONKRET die Aufgabenstellung??

Ah ok, läuft Heizung nicht auf Vollgas weil draußen um die 0 Grad ... Werte nicht wirklich brauchbar. Das ist Mist, aber dann messen ja auch die Verdampfer und Elektronischen Messdinger nur Mist...

Die Aufgabenstellung ist:
Wir haben eine Heizungsanlage von 13 KW, berechne anhand der Vor und Rücklauftemperaturen sowie der anderen oben genannten Eckdaten die Energie, die der Heizkörper verbraucht - mit anderen Worten wie die Verdampfermessdinger oder jetzt die Elektronischen Teile. Nur das wir nicht in Einheiten ausgeben wollen, sondern inKW oder Watt....

 

[michl75]

Deine Berechnung enthält mehrere Fehler und ist außerdem nicht zielführend.

Um die (aktuelle) Heizleistung eines Heizkörpers zu ermitteln musst du:
1.) Den Volumenstrom messtechnisch mit einem Volumenstromsensor erfassen.
2.) Die Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf mit zwei Temperatursensoren messtechnisch erfassen.

zu 1 - haben wir nicht... leider und können auch nicht einbauen
zu 2 - ist vorhanden als Anlegefühler und Wärmeleitpaste

 

[Dr Schorni]

Eine HK-Leistungsmessung ist ohne Volumenstrom-Erfassung NICHT möglich. Wenn der HK nicht perfekt hydraulisch abgeglichen ist hate der auch NIE seine "Nennleistung" sondern schwankt erheblich. Die VerdunstungsGeräte am HK sind keine "MESSgeräte"! Die ergeben nur Anteile die dann aufs Gesamte VERteilt werden.
ICH würde von der HK-Fixierung ganz weg gehen. Denn der Raum hat eine Raum-Heizlast von xx (1000) W (am Auslegungspunkt= niedrigste/Norm-AT -10). Heute haben wir eine Außentemperatur von x (10) Grad , das entspricht bezogen auf die Heizgrenze (15) und der Auslegungs-NAT -10, einer relativen Heizlast von X ....Differenz Heizgrenze zu NAT = 25K...Differenz Heizgrenze zu jetziger AT = 5K....ergibt relative Raum-Heizlast 5/25 = 0,2 = 20% relative RHL = 1000W x 0,2 = jetzige RHL 200W. Ergebnis FERTIG. Denn diese 200W regelt nun das Thermostatventil aus. Das sind satte 1,5% der Kesselleistung. Du siehst, das geht ins extreme, extrem UNGEWISSE vor allem im Bezug auf Messgenauigkeit. Denn jeder Mensch und jede Kerze hat allein schon 100W.

 

[Heizi54]

zu 1 - haben wir nicht... leider und können auch nicht einbauen
zu 2 - ist vorhanden als Anlegefühler und Wärmeleitpaste

Dann ist die Antwort ganz einfach. Ohne Volumenstrommessung geht es nicht.

 

[Heizi54]

Wenn du die aktuelle Heizleistung eines Heizkörpers einigermaßen genau bestimmen willst und dabei den Volumenstrom aber nicht messen kannst, dann geht es nicht.

 

[michl75]

ok, also erstmal vielen Dank für eure Unterstützung.
So wirds also nicht funktionieren ...

Ich spreche mit meinem Junior, was für Alternativen noch machbar sind als Arbeit...

Nochmals vielen Dank!

 

[Dr Schorni]

Red doch nochmal mit der Lehrerin, vielleicht kann man ihr anderweitig...