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Lö­sung


Zeit­vor­ga­be: 60 Mi­nu­ten
Hilfs­mit­tel: Ta­schen­rech­ner, Zei­chen­ge­rä­te, Ta­bel­len­buch
Be­mer­kung: Alle Lö­sun­gen sind nach­voll­zieh­bar zu do­ku­men­tie­ren . Für das Er­rei­chen der Note 1,0 ist eine sinn­vol­le gut nach­voll­zieh­ba­re Do­ku­men­ta­ti­on des Lö­sungs­we­ges er­for­der­lich. Bei Be­rech­nun­gen ist der Re­chen­gang dar­zu­stel­len
und eine Ein­hei­ten­rech­nung durch­zu­füh­ren!

Auf­ga­be 1

Nenne die drei En­er­gie­ar­ten die es neben der Wär­me­en­er­gie noch gibt.

Elek­tri­sche En­er­gie, Che­mi­sche En­er­gie, Me­cha­ni­sche En­er­gie

Auf­ga­be 2

Er­klä­re am tech­ni­schen Sys­tem Haus die Be­grif­fe Sys­tem­gren­ze, Teil­sys­tem und Un­ter­teil­sys­tem. (Skiz­ze er­for­der­lich)

Skizze Systemgrenzen Jedes Sys­tem kann über eine Sys­tem­gren­ze zur Um­welt ab­ge­grenzt wer­den. Hier Bei­spiel Haus. Jedes Sys­tem wie­der­rum kann in Teil­sys­te­me un­ter­glie­dert wer­den. Hier z. B. das Teil­sys­tem Hei­zungs­an­la­ge, Te­le­kom­mu­ni­ka­ti­on usw.
Teil­sys­te­me las­sen sich wei­ter in Un­ter­teil­sys­te­me un­ter­tei­len wie z. B. Wär­me­er­zeu­gung, Wär­me­ver­tei­lung, usw. Un­ter­teil­sys­te­me las­sen sich oft in noch wei­te­re Sub­teil­sys­te­me un­ter­tei­len. Wär­me­er­zeu­gung z. B. in Kes­sel, Re­ge­lung und Bren­ner.

Auf­ga­be 3

Tech­ni­sche Sys­te­me kön­nen als „Black Box“ be­trach­tet wer­den. Über die Sys­tem­gren­ze flie­ßen drei mög­li­che Strö­me in die „Black Box“ und auch wie­der her­aus.
Be­nen­ne die drei Strö­me mit Bei­spie­len für das tech­ni­sche Sys­tem „Haus“.

3 Ströme

Si­gnal, Stoff, En­er­gie
Über die Sys­tem­gren­ze in das Haus  geht Soff in Form von Erd­gas, Heiz­öl, Was­ser
Über die Sys­tem­gren­ze aus dem Haus geht Abgas, Müll, Ab­was­ser
Über die Sys­tem­gren­ze in das Haus geht che­mi­sche En­er­gie
Über die Sys­tem­gren­ze aus dem Haus geht Wär­me­en­er­gie
Über die Sys­tem­gren­ze in das Haus geht das ISDN-Si­gnal (Te­le­fon)
Über die Sys­tem­gren­ze aus dem Haus geht das ISDN Si­gnal (Te­le­fon)

Auf­ga­be 4

Beim Teil­sys­tem Wär­me­er­zeu­gung kann für einen klas­si­schen Heiz­kes­sel der mit Gas oder Öl be­trie­ben wird auch al­ter­na­tiv eine Wär­me­pum­pe ein­ge­setzt wer­den.

Wärmepumpe
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media /File:Heat­pum­p2.svg, ge­mein­frei

  1. Aus wel­chen vier Teil­sys­te­men be­steht eine Wär­me­pum­pe?

    Ver­damp­fer  3, Kon­den­sa­tor  1, Ver­dich­ter  4 und Ex­pan­si­ons­ven­til  2

  2. Wel­che Ag­gre­gats­zu­stän­de nimmt das Käl­te­mit­tel an den Punk­ten 1, 2, 3, 4 ein?

    In 1 von gas­för­mig zu flüs­sig, in 2 flüs­sig, in 3 von flüs­sig in gas­för­mig, in 4 gas­för­mig (nur Gase kön­nen ver­dich­tet wer­den).

  3. Be­schrei­be das Funk­ti­ons­prin­zip einer Wär­me­pum­pe.

    Im Ver­damp­fer wird dem Käl­te­mit­tel Wärme über einen Wär­me­tau­scher zu­ge­führt. Die­ses ver­dampft. Von dort wird es dem Ver­dich­ter zu­ge­führt. Dort wird das Käl­te­mit­tel ver­dich­tet. Durch den hohen Druck wird das Käl­te­mit­tel heiß. Im Kon­den­sa­tor gibt das heiße dampf­för­mi­ge Käl­te­mit­tel die Wärme in einem Wär­me­tau­scher ab und wird wie­der flüs­sig. Im Ex­pan­si­ons­ven­til wird der hohe Druck wie­der re­du­ziert. Der Kreis­lauf be­ginnt von Neuem. Durch die Wär­me­pum­pe kann Wär­me­en­er­gie auf nie­de­rem Ni­veau z. B. Um­ge­bungs­wär­me auf ein hö­he­res Ni­veau ge­pumpt wer­den. Aus Um­ge­bungs­wär­me und Ver­dich­tungs­en­er­gie wird nutz­ba­re Wärme.

  4. Nenne zwei bei­spiel­haf­te Wär­me­quel­len, die für Heiz­zwe­cke von Wär­me­pum­pen ge­nutzt wer­den kön­nen.

    Bach, Fluss, Ab­was­ser, Um­ge­bungs­luft, Erd­wär­me

 

Auf­ga­be 5
  1. Be­schrei­be in kur­zen Wor­ten die Funk­ti­ons­wei­se eines Block­heiz­kraft­wer­kes (BHKW).

    Ein Block­heiz­kraft­werk be­steht aus einem Ver­bren­nungs­mo­tor (Au­to­mo­tor). Um den Motor (Kreis­pro­zess) lau­fen las­sen zu kön­nen muss er ge­kühlt wer­den. Die Wärme die beim Küh­len ent­steht kann zum Hei­zen ge­nutzt wer­den. Da­ne­ben kann die me­cha­ni­sche En­er­gie des Mo­tors zur Strom­ge­win­nung (Ge­ne­ra­tor) ge­nutzt wer­den .

  2. Für wel­che Ver­brau­cher ist ein BHKW sinn­voll? Be­grün­de.

    Ver­brau­cher, die über das ganze Jahr Wärme be­nö­ti­gen, sind für den Ein­satz von BHKW´s sinn­voll. Wenn in Som­mer­mo­na­ten nur wenig Wärme be­nö­tigt wird, muss sonst die Wärme zum Er­halt des Kreis­pro­zes­ses an die Um­welt ab­ge­ben wer­den. Viel Wärme, auch im Som­mer, brau­chen z. B. Kran­ken­häu­ser und Schwimm­bä­der.

 

Auf­ga­be 6

Benne je zwei Vor­tei­le und zwei Nach­tei­le einer Pho­to­vol­ta­ik­an­la­ge.

Lie­fern Strom ohne dass ein Ver­bren­nungs­pro­zess da­zwi­schen ge­schal­ten
wer­den muss.
Be­ste­hen zu einem hohen Pro­zent­satz aus fast un­end­li­chen Roh­stof­fen (Quarz­sand,
Si­li­zi­um).
Für die Ge­win­nung von hoch rei­nem Si­li­zi­um muss viel En­er­gie ein­ge­setzt wer­den.
So­lar­zel­len lie­fern Gleich­strom, der Auf­wen­dig in Wech­sel­strom ge­wan­delt wer­den muss.
Schwer ein­zu­schät­zen­de Strom­men­gen­ge­win­nung, da wet­ter­ab­hän­gig.

 

Auf­ga­be 7
  1. Wel­che zwei che­mi­schen Ele­men­te kom­men zum Ein­satz?

    Was­ser­stoff und Sau­er­stoff.

  2. Be­schrei­be mit Hilfe der Skiz­ze das Funk­ti­ons­prin­zip der Brenn­stoff­zel­le.
    Funktionsprinzip der Brennstoffzelle
    Quel­le: de.​wi­ki­pe­dia.​org/​wiki/​Bre​nnst​offz​elle#/​media/ File:Brenn­stoff­zel­le_­funk­ti­ons­prin­zip.png, ge­mein­frei
    Durch eine Mem­bran sind Was­ser­stoff und Sau­er­stoff von­ein­an­der ge­trennt. Sie wol­len zu­sam­men Was­ser (H 2 O) wer­den.  An der Mem­bran wer­den die Elek­tro­nen des Was­ser­stoffs ab­ge­streift. Sie pas­sen nicht durch die Mem­bran. Die Elek­tro­nen müs­sen, um wie­der zum Was­ser­stoff­pro­ton zu kom­men, einen Umweg über eine elek­tri­sche Lei­tung neh­men. Es fließt Strom. Aus H 2  und O 2 wird Was­ser.



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