Energie-, Gebäude-, Versorgungstechnik (eBook)

Vorwort 7
1 Bezeichnungen und Indizes 15
2 Allgemeines 17
2.1 Alphabete und Zahlenreihen 17
2.1.1 Griechisches Alphabet 17
2.1.2 Romische Zahlen 17
2.2 Vielfaches und Teile von Einheiten 18
2.3 Grund- und Basiseinheiten 18
2.4 SI- und abgeleitete Einheiten 20
2.5 Physikalische Fundamentalkonstanten2 20
2.6 Umrechnungstabellen 22
2.7 Dimensionslose Kennzahlen 26
3 Grundlagenformeln 29
4 Fluidmechanik 31
4.1 Physikalische Eigenschaften der Fluide 31
4.1.1 Dichte – Kompressibilität 31
4.1.2 Reibung 33
4.1.3 Schwereeinflüsse 36
4.1.4 Spezifische Wärmekapazität 36
4.1.5 Siedetemperatur, Kavitation 38
4.1.6 Kapillarität, Grenzflächenspannung 39
4.1.7 Wärmeleitfähigkeit, Wärmestromdichte 41
4.2 Fluidstatik, Hydro- und Aerostatik 42
4.2.1 Druckkraft-Druckspannung FP 42
4.2.2 Volumenkräfte (Massenkräfte) FK 43
4.2.3 Hydrostatisches Grundgesetz 45
4.2.4 Flüssigkeitsdruck auf feste Böden und Wände — Hydrostatische Druckkraft auf ebene Bodenflächen 49
4.2.5 Auftrieb und Schwimmen 52
4.2.6 Aerostatik 54
4.3 Fluiddynamik 55
4.3.1 Verhalten strömender Fluide 55
4.3.2 Fluidkinematik 57
4.3.3 Ähnlichkeitstheorie und Kennzahlen der Fluidmechanik 60
4.4 Grundgesetze der Fluidmechanik 63
4.4.1 Massenerhaltungssatz — Kontinuitätsgleichung 63
4.4.2 Kinetik der Strömungen: Dynamische Grundgleichungen der Fluidmechanik 65
4.4.2.1 Eulersche Bewegungsgleichung 66
4.4.2.2 Bewegungsgleichung laminare Strömung (zähigkeitsbehafteten) 75
4.4.2.3 Bewegungsgleichung turbulente Strömung 77
4.4.2.4 Impulssatz 78
4.4.3 Energiesatz 86
4.5 Zusammenstellung der Grundgesetze 88
4.5.1 Stromfaden- und Stromröhrentheorie inkompressibler Fluide 88
4.5.2 Anwendung der Grundgesetze 89
4.5.2.1 Venturi-Rohr 89
4.5.2.2 U-Rohr Manometer 90
4.5.2.3 Ausfluss aus einem offenen Behälter 91
4.5.2.4 Ausfluss aus einem geschlossenen Gefäß mit innerem Überdruck 92
4.5.2.5 Ausfluss aus einem Hochbehälter 93
4.5.2.6 Plötzliche Rohrerweiterung 94
4.5.2.7 Strömung durch einen Propeller 95
4.5.2.8 Schub von Strahl- und Raketentriebwerk 96
4.6 Rohrhydraulik 97
Verlustziffern von Rohrleitungselementen 105
4.7 Umströmung von Körpern 114
4.7.1 Ausbildung der Grenzschicht an ebener Platte 114
4.7.2 Strömungswiderstand 116
4.8 Gasströmung 117
4.8.1 Gasströmung in Rohrleitungen 117
4.8.2 Ausströmen von Gas aus Druckbehältern 118
5 Wärmeübertragung 121
5.1 Wärmeleitung 121
5.1.1 Wärmedurchgang durch eine ebene Wand 121
5.1.2 Wärmedurchgang durch einen Zylinder (Rohr) 130
5.1.3 Wärmedurchgang durch eine Kugel 131
5.1.4 Temperaturabfall in Rohrleitungen 131
5.1.5 Sonderfälle des Wärmedurchgangs in Rohren 134
5.1.5.1 Abkühlung von Behältern 134
5.1.5.2 Rohr im Erdboden 135
5.1.6 Ermittlung der wirtschaftlichen Isolierdicke für Rohrleitungen 136
5.1.7 Randbedingungen 138
5.1.8 Warmedurchgang durch eine Wand mit Rippen 140
5.1.9 Wärmetauscher 144
5.1.9.1 Gleichstrom 145
5.1.9.2 Gegenstrom 147
5.1.9.3 Kreuzstrom 148
5.1.10 Wärmeleitung mit inneren Wärmequellen 150
5.2 Wärmeübertragung durch Konvektion 151
5.2.1 Kennzahlen der Wärmeübertragung — Wärmeübertragungszahl a 
151 
5.2.2 Wärmeübergang bei erzwungener Konvektion 152
5.2.2.1 Längs angeströmte Platte 152
5.2.2.2 Gerade Rohrströmung 153
5.2.2.3 Außen angeströmtes Rohr (senkrecht zur Achse) 156
5.2.2.4 Rohrbündel (quer angeströmt) 157
5.2.3 Wärmeübergang bei freier Konvektion 159
5.2.4 Wärmeübergang bei Kondensation 162
Filmkondensation 162
5.2.5 Wärmeübergang beim Verdampfen 164
5.3 Wärmeübergang durch Strahlung 165
5.3.1 Strahlung des schwarzen Körpers — Gesetz von Stefan Boltzmann 165
5.3.2 Strahlung technischer Oberfläche 167
5.3.2.1 Wärmeaustausch d. Strahlung zweier Flächen 167
5.3.2.2 Zwei einander umschließende Flächen 168
5.3.2.3 Strahlung beim Durchgang d. Luftschichten 171
5.3.2.4 Einander nicht umschließende Flächen 172
5.3.3 Gasstrahlung 174
6 Rohre und Behälter 177
6.1 Allgemeine Berechnung 177
6.2 Mindestwanddicke 179
6.3 Berechnung der Rohrwanddicke 184
6.4 Längenausdehnung des Rohres 184
6.5 Rohrkraft Ft 185
6.6 Wirtschaftliche Isolierdicke 185
6.7 Wärmeverluste 185
6.8 Temperaturgefälle 186
6.9 Wassergeschwindigkeit 186
6.10 Druckabfall 186
6.11 Festlager 187
6.12 Schweißnaht für ein Festlager 187
6.13 Berechnung der Schrauben für ein Festlager 188
6.14 Schrauben für Flansche 189
6.15 U-Bogen Ausgleicher 190
6.16 Rohrkraft pro Dehnungsausgleicher 190
6.17 Belastung der Stützen 191
6.18 Maximale Durchbiegung der Leitung 191
6.19 Prüfdruck 192
7 Pumpen und Ventilatoren 193
7.1 Förderstrom 193
7.2 Förderdruck . 
194 
7.3 Förderleistung P[W] 194
7.4 Antriebsleistung und Wirkungsgrade 195
7.5 Laufradfunktion-Radialräder 196
7.5.1 Laufradeintritt 197
7.5.2 “Radialer Eintritt” 197
7.5.3 Laufradaustritt und Schaufelwinkel ß 
198 
7.5.4 Druckerzeugung im Laufrad 199
7.5.5 Prakt. Darstellung der Geschwindigkeitsvektoren 200
7.5.6 Weitere Anwendungen 201
7.6 Laufradfunktion-Axialräder 204
7.6.1 Druckerzeugung im Laufrad 205
7.6.2 Kennlinien und Ähnlichkeitsgesetze 210
7.6.3 Druckhöhe 212
7.6.4 Spezifische Förderarbeit Y 213
7.6.5 Kennzahlen 214
7.7 Orientierungsdaten zur Wahl der Ventilatorbauweise für gute Wirkungsgrade 220
8 Verbrennung 221
8.1 Heizwert 221
8.2 Luftmenge und Abgase 221
9 Feuerungen und Kessel einschließlich Kamine 227
9.1 Feuerungen 227
9.2 Kessel 227
9.3 Schornsteine 231
10 Kältetechnik 233
10.1 Definitionen und Systeme 233
10.1.1 Direkte Kühlung 233
10.1.2 Indirekte Kühlung 233
10.2 Kältemaschinen 233
10.2.1 Kompressor-Kälteanlagen 234
10.2.2 Absorberanlage 234
10.3 Kältemittel 235
10.3.1 Bezeichnung, Voraussetzung 235
10.3.2 p, h-Diagramm für Kältemittel 236
10.3.3 Leistungsziffer e 
238 
10.4 Kältespeicher 241
10.5 h-x-Diagramm 242
Das h-x-Diagramm für feuchte Luft 242
1. Erwärmung (x = konstant) 248
2. Kühlung 249
3. Befeuchtung 253
4. Verdunstungsbefeuchtung 255
5. Adiabate Befeuchtung 256
10.6 Feuchte Luft 257
10.7 Filter 264
11 Lüftungstechnik 269
11.1 Allgemeines zu Lüftungsanlagen 269
11.1.1 Belüftungsanlagen 269
11.1.2 Entlüftungsanlagen 269
11.1.3 Be- und Entlüftungsanlagen 269
11.2 Kennzahlen für Lüftungsanlagen 270
11.2.1 Luftmengen, Luftwechselzahl 270
11.2.2 Schallentwicklung in Lüftungsanlagen (siehe Kap.15) 272
11.2.3 Druckverluste in der Lüftungsanlage 273
11.2.3.1 Druckverluste in geraden Rohrleitungen 273
11.2.3.2 Druckverluste in den Formstücken 275
11.3 Ventilatoren 277
11.3.1 Kenngrößen 277
Kennlinien 278
11.3.2 Auswahl des Ventilators 278
12 Sanitärtechnik und Rohrdimensionierung 281
12.1 Wasserbedarf 281
12.2 Strömungsgeschwindigkeiten 282
12.3 Druckstoß 283
12.4 Druckerhöhungsanlagen 284
12.5 Warmwasserbereiter 286
12.6 Speichergröße 286
12.7 Zirkulation 286
13 Bauphysik 289
13.1 Diffusion 289
13.2 Stofffeuchte 292
13.3 Wasserdampf-Diffusion 292
13.4 Kapillare Wasseraufnahme 293
14 Schall 295
14.1 Allgemein 295
14.2 Schalldruck 298
14.3 Schallleistung 298
14.4 Schallgeschwindigkeit 299
15 Elektrotechnik 301
15.1 Gleichstrom 301
15.2 Elektrisches Feld, Kondensatoren 308
15.3 Magnetisches Feld 311
15.4 Wechselstrom 317
15.5 Drehstrom 326
15.6 Transformator 328
15.7 Drehstrom 342
16 Alternative Energien — Windkraft 345
16.1 Windenergie 345
16.2 Windkraftanlagen 345
16.3 Rotorleistung 347
16.4 Regelungswirkungsgrad 347
16.5 Flügelzahl 349
16.6 Flügelwinkel 349
16.7 Wirtschaftlichkeit 349
16.8 Axiale Projektionsfläche eines Rotorflügels AFl 351
16.9 Regelungsfunktion 352
Sachwortverzeichnis 355