Exergie: Theorie Und Anwendung

ISBN-13: 9783709195246 / Niemiecki / Miękka / 2012 / 348 str.

Wolfgang Fratzscher; Viktor M. Brodjanskij; Klaus Michalek

Opis

In der heutigen Zeit ist es, insbesondere aufgrund der Entwicklung in den letzten zwei Jahrzehnten, nicht mehr erforderlich, das Gewicht und die Aktualitat des Problems der Bereitstellung von Energie zur Befriedigung der gesellschaftlichen und indivi duellen Bediirfnisse aufzuzeigen. 1m Vergleich zur Jahrhundertwende hat sich die Einstellung zu diesem Problem grundsatzlich geandert. Damals hielt es WILHELM OSTWALD noch fUr notwendig, sein in GroBbothen bei Leipzig erworbenes An wesen -Haus Energie- zu benennen, mit der eindeutigen Zielstellung, damit zur Popularisierung des Bnergiebegriffes beizutragen. Bei fast allen Teilproblemen, die mit der Befriedigung der energetischen Bediirf nisse zusammenhlingen, wird bisher relativ einseitig allein von den Aussagen des Energieprinzips ausgegangen, unabhlingig davon, ob es sich urn Probleme der Ein schatzung von Energieressourcen, urn die Bewertung von altemativen Energiequellen, urn Uberlegungen zu den Technologien der Energieumwandlung und -versorgung oder urn den groBen Komplex der rationellen Energieanwendung mit der Abschlit zung der vielfliltigen Moglichkeiten zur Einsparung von Energie handelt. Mit. der Einbeziehung des II. Hauptsatzes der Thermodynamik, dem Entropiesatz, der historisch alter als der I. Hauptsatz ist, eroffnen sich neue Dimensionen bei der Bewertung der Umwandelbarkeit und Substituierbarkeit der Energie und wird eine einheitliche Definition und eine exakte Lokalisierung der U rsachen von Verlusten erst moglich. In der modemen Fachliteratur wird im zunehmenden MaBe auf diesen Sachverhalt hingewiesen. Die vergleichsweise geringe Berucksichtigung der Aussagen des Entropiesatzes in der Vergangenheit hat viele Ursachen."

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Spis treści

Symbolverzeichnis.- Einführung.- Literatur und Quellenverzeichnis.- 1. Bedeutung des II. Hauptsatzes der Thermodynamik für die energetische Analyse technischer Systeme.- 1.1. Einheit von Stoff- und Energiewandlung.- 1.2. Qualität der Energieformen.- 1.3. Bedeutung der Nichtumkehrbarkeiten.- 1.4. Exergie als Potentialfunktion.- Literatur- und Quellenverzeichnis.- 2. Exergie und Exergiebilanz.- 2.1. Exergie als maximale Arbeitsfähigkeit.- 2.1.1. Exergie einer Stoffmenge.- 2.1.2. Exergie eines Stoffstromes.- 2.1.3. Umgebungsdefinition.- 2.1.4. Exergie als Potentialfunktion.- 2.2. Grundgleichung der Exergie.- 2.2.1. Allgemeine Exergiebilanz eines Systems.- 2.2.2. Eigenschaften exergetischer Bilanzgrößen.- 2.2.2.1. Arbeitswert oder Exergie der Wärme.- 2.2.2.2. Exergieverlust, Gleichung von Gouy und Stodola.- 2.2.2.3. Anteile der Stoffexergie.- 2.2.2.4. Differentialgleichungen der Exergie.- 2.2.2.5. Verhalten des thermomechanischen Anteils der Exergie.- 2.3. Allgemeines Exergieprinzip.- Literatur- und Quellenverzeichnis.- 3. Berechnung der Exergie von Stoffströmen.- 3.1. Zusammenhang zwischen den Berechnungsmodellen.- 3.2. Exergie reiner Stoffe.- 3.2.1. Exergie idealer Gase.- 3.2.2. Exergie realer Gase.- 3.2.3. Exergie flüssiger Stoffe.- 3.2.4. Exergie fester Stoffe.- 3.2.5. Exergie im Plasmazustand.- 3.3. Exergie von Mischsystemen.- 3.3.1. Exergie idealer Mischungen.- 3.3.2. Exergie feuchter Luft.- 3.3.3. Exergie von Rauchgasen.- 3.3.4. Exergie realer Mischsysteme.- 3.3.5. Exergie von Mineralölgemischen.- 3.4. Exergie chemisch reagierender Systeme.- 3.4.1. Exergie chemisch reagierender Systeme definierter Zusammensetzung.- 3.4.2. Exergie von Brennstoffen.- 3.4.3. Exergie von Ionen in Lösungen.- 3.5. Bemerkungen zur Veränderung des Umgebungszustandes.- Literatur- und Quellenverzeichnis.- 4. Exergetische Bilanzierung und Bewertung von Prozessen und Systemen.- 4.1. Exergiebilanz und technisches System.- 4.2. Allgemeine exergetische Bewertungsziffern.- 4.3. Einfluß der hierarchischen Struktur technischer Systeme auf die Exergiebilanz.- 4.3.1. Systeminterne Bewertung.- 4.3.2. Inneres und äußeres Verhalten des Systems.- 4.3.3. Einführung von Oberflächenelementen.- 4.3.4. Fließschemasimulation der Exergieströme.- 4.3.4.1. Parallelschaltung.- 4.3.4.2. Reihenschaltung.- 4.3.4.3. Rückführschaltung über zwei Elemente.- 4.3.4.4. Rückführschaltung über zwei Elemente mit einem Element in der Rückkopplung.- 4.4. Zusammenhang zwischen energetischen und exergetischen Bewertungsgrößen.- 4.4.1. Nichtumkehrbarer Energietransport und nichtumkehrbare Energiewandlung.- 4.4.2. Disproportionierung.- 4.4.2.1. Arbeitserzeugung aus Wärme.- 4.4.2.2. Wärme-Kraft-Kopplung.- 4.4.2.3. Wärmetransformator.- 4.4.3. Synproportionierung.- 4.4.3.1. Kältemaschine.- 4.4.3.2. Wärmepumpe.- 4.4.3.3. Wärme-Kälte-Kopplung.- 4.4.4. Energiewandlungsprozesse mit Stoffaustausch.- 4.5. Mehrdimensionale Bewertung.- 4.6. Verhalten exergetischer Bewertungsgrößen bei Variation des Umgebungszustandes.- 4.6.1. Bewertungsgrößen zur Beurteilung des inneren Verhaltens.- 4.6.2. Bewertungsgrößen zur Beurteilung des äußeren und des inneren Verhaltens.- 4.6.3. Bewertungsgrößen mit Stoffexergien.- Literatur- und Quellenverzeichnis.- 5. Analyse technischer Grundprozesse.- 5.1. Einfache Zustandsänderungen.- 5.1.1. Zustandsänderungen zur Wärmeübertragung.- 5.1.2. Zustandsänderungen von Arbeitsprozessen.- 5.1.2.1. Adiabate Zustandsänderung.- 5.1.2.2. Isotherme Zustandsänderung.- 5.1.3. Einfache Mischung von Stoffströmen.- 5.1.4. Trennung von Stoffströmen.- 5.1.5. Chemische Reaktion.- 5.2. Rohrleitungstransport.- 5.3. Wärmeübertragung.- 5.3.1. Wärmeübertragung in Rekuperatoren.- 5.3.2. Wärmeübertragung durch Strahlung.- 5.4. Kompression strömender Medien.- 5.5. Expansion strömender Medien.- 5.6. Mischungsprozesse.- 5.6.1. Mischung zur direkten Wärmeübertragung.- 5.6.2. Dampfstrahlapparat.- 5.6.3. Extraktionsprozeß.- 5.7. Rektifikation.- 5.8. Reaktionsprozesse.- 5.8.1. Technischer Verbrennungsprozeß.- 5.8.2. Elektrochemische Prozesse.- Literatur- und Quellenverzeichnis.- 6. Analyse technischer Systeme.- 6.1. Prinzipien der exergetischen Analyse technischer Systeme.- 6.2. Analyse technischer Systeme der Energieumwandlung.- 6.2.1. Bereitstellung von Wärme.- 6.2.1.1. Einstufige Dampfkompressionsanlage.- 6.2.1.2. Absorptionswärmepumpe.- 6.2.1.3. Wärmetransformator.- 6.2.1.4. Industrieofen.- 6.2.2. Kondensationskraftwerk.- 6.2.3. Wärme-Kraft-Kopplung.- 6.3. Analyse technischer Systeme der Stoffumwandlung.- 6.3.1. Luftzerlegungsanlagen.- 6.3.2. Tieftemperaturgaszerlegung.- 6.3.3. Rohöldestillationsanlage.- 6.3.4. Hydrospaltanlage.- 6.3.5. Ammoniaksynthese.- Literatur- und Quellenverzeichnis.- 7. Thermoökonomische Modellierung und Optimierung.- 7.1. Kostenmodelle technischer Systeme.- 7.2. Thermoökonomische Struktur der Jahreskosten und optimale Nichtumkehrbarkeit.- 7.3. Kostenaufteilung.- 7.3.1. Prinzipien der exergetischen Kostenaufteilung.- 7.3.2. Beispiele.- 7.3.2.1. Wärme-Kraft-Kopplung.- 7.3.2.2. Rohöldestillationsanlage.- 7.3.2.3. Innerbetriebliche Verrechnungspreise für Energieträger.- Literatur- und Quellenverzeichnis.- Anhang: Definitionen wichtiger Grundbegriffe.- Diagramme.- Sachwörterverzeichnis.