Lösungen Technik der Energienutzung (November 2016)

Unser Stromweltsponsor dieser Ausgabe:

Aufgabe 1

Heizkörper von Elektrowärmegeräten, insbesondere von Massekochplatten bestehen meistens aus einer isolierten Heizwendel. Damit der Wärmefluss durch die Isolierschicht kaum behindert wird, muss diese möglichst dünn sein. Bei Massekochplatten, wo der metallische Umlaufrand und Abdeckung mit dem Schutzleiter gut verbunden sind, treten automatisch Ableitströme auf. Sie sind unvermeidbar.

Aufgabe 2

  • Kochfeld mit Masse- / Ringkochplatten (Gusskochplatten)
  • Glaskeramikkochfeld mit Widerstandsheizungen
  • Glaskeramikkochfeld mit Induktionskochplatten

Aufgabe 3

Es handelt sich um eine Blitzkochplatte. Sie besitzt auf der höchsten Stufe 500W mehr Leistung als eine Normalkochplatte gleicher Baugrösse. Als Überhitzungsschutz dient ein Protektor (Bimetall), der bei einer Plattentemperatur von ca. 500°C den Stromkreis zu R3 unterbricht. Ein typisches Erkennungsmerkmal ist der rote Punkt in der Mitte der Plattenoberfläche.

Ob die Heizwicklungen noch in Ordnung sind, lässt sich auf der niedrigsten Stufe überprüfen (Serieschaltung).

Aufgabe 4

Heizwendel, Heizband und Halogenstrahler

Aufgabe 5

Es handelt sich um einen Dehnrohrregler. Er dient als Überhitzungsschutz, indem er bei einer Temperatur von ca. 600°C die Stromzufuhr zu den Heizleitern unterbricht. In der Regel besitzt derselbe Temperaturbegrenzer noch einen zweiten Kontakt: Dieser wird zur Anzeige der Restwärme benutzt (Restwärmelampe).

Aufgabe 6

Unterhalb der Glaskeramik befindet sich eine Induktionsspule. Sobald durch die Spule ein Wechselstrom fliesst, entsteht ein magnetisches Wechselfeld. Befindet sich darüber ein stehender Kochtopf aus Metall (Eisenlegierung), bilden sich im Kochgeschirr durch Induktion Wirbelströme. Diese Wirbelströme sowie die Ummagnetisierungsverluste werden in Wärme umgewandelt.

Aufgabe 7

2.45 GHz

Aufgabe 8

Durch das hochfrequente elektromagnetische Wechselfeld werden die Dipole des sich in den Lebensmitteln befindenden Wassers ständig gedreht. Diese dauernden und raschen Drehbewegungen führen zu Reibungen, was sich in Form von Wärme im Kochgut bemerkbar macht.

Aufgabe 9

a) Oberhitze
b) Unterhitze
c) Heissluft / Umluft
d) Grill-Umluft

Aufgabe 10

Im Backraum wird eine Temperatur von bis zu 600 °C erzeugt. Durch diese Hitze werden die an den Backofenwänden anhaftenden Back- und Grillrückstände verbrannt (karbonisiert). Die Rückstände lassen sich nach dem Reinigungsverfahren relativ einfach aus dem Backraum entfernen. Die Durchführung der Reinigung erfolgt in einem separaten Vorgang und ist energieintensiv. Aufgrund der hohen Temperaturen besitzen Backöfen mit pyrolytischer Selbstreinigung i.d.R. besser isolierte Wände und Türen. Dadurch wird beim üblichen Backen und Braten Energie gespart. Mit dieser Energieeinsparung lässt sich der Mehraufwand für die Reinigung kompensieren.

Aufgabe 11

Die Mischzone, dass ist diejenige Zonen welche sich zwischen dem kalten und dem warmen Wasser befindet, ist bei einem stehenden Wassererwärmer deutlich kleiner. Dadurch sind die Wärmeverluste zwischen den zwei Wasserschichten (Warmwasser zu Kaltwasser) auch erheblich geringer.

Aufgabe 12

Aufgabe 13

V = Absperrventil: Um den Kaltwasserzulauf zu schliessen (z.B. für Ersatz oder Revisionen).
D = Druckreduzierventil: Falls das Kaltwasser – Leitungsnetz einen zu hohen Druck hat, muss dieser reduziert werden.
R = Rückschlagventil (Rückflussverhinderer): Verhindert, dass das Wasser aus dem Wassererwärmer in das Kaltwasser-Leitungsnetz rückfliessen kann.
S = Sicherheitsventil: Lässt bei Überdruck das durch die Erwärmung entstandene Ausdehnungswasser abfliessen.
E = Entleerungsventil: Dient zur Entleerung des Wassererwärmers.

Aufgabe 14

Aufgabe 15

  • Wasser: Grundwasser, Oberflächenwasser, Abwasser
  • Erdwärme: mittels Erdsonde, mittels Erdregister
  • Umgebungsluft: Aussenluft, Innenluft z.B. bei Bahnhöfen, Industrien

Aufgabe 16

monovalenter Betrieb
Wärmepumpe arbeitet über das gesamte Jahr hinweg als alleinige Heizung.

bivalenter Betrieb
Die Leistungsziffer einer Wärmepumpe ist keine konstante Grösse. Sie nimmt mit sinkender Aussentemperatur ab und kann dabei sehr geringe Werte annehmen. Um ein Objekt auch während der sehr kalten Jahreszeit effizient zu beheizen, wird eine zusätzliche Heizung eingesetzt. Wenn nur die Zusatzheizung arbeitet, spricht man von einem bivalenten-alternativ Betrieb. Sind beide Systeme gleichzeitig im Einsatz, nennt man dies bivalent-paralleler Betrieb.

Aufgabe 17

Aufgabe 18

Mit S1 bis S10 wird die Betriebsart einer elektrischen Maschine wie beispielsweise eines Elektromotors beschrieben.

S1 bedeutet = Dauerbetrieb mit konstanter Belastung (Nennlast).

Die Schutzart elektrischer Betriebsmittel betreffend Umgebungsbedingungen und Berührungsschutz wird durch den IP-Code beschrieben. Dabei bedeutet:
IP = International Protection
5 = Berührungs- und Fremdkörperschutz → staubgeschützt
4 = Wasserschutz → spritzwassergeschützt

Aufgabe 19

1 = Anzugsmoment MA
2 = Sattelmoment MS
3 = Kippmoment MK
4 = Nennmoment (Bemessungsmoment) MN

Aufgabe 20

In einer Lichtquelle (Lampe) wird nur ein Teil der elektrischen Energie in Licht umgewandelt, der Rest wird als Wärme abgestrahlt. Die Lichtausbeute ist das Verhältnis des Lichtstromes einer Lampe zur dafür aufgewendeten elektrischen Leistung und ist ein Mass für die Wirtschaftlichkeit von Lichtquellen. Leuchtstofflampen besitzen zur Zeit eine Lichtausbeute von ca. 100 lm/W (produkteabhängig).