Es gibt zwei Hauptansätze zur Berechnung des Potenzials für die Abwärmerückgewinnung aus Abgasen:
1. Thermodynamischer Ansatz:
This method uses the principles of thermodynamics to determine the theoretical maximum amount of heat that can be recovered. Here's what you need to consider:
- Massenstrom (ṁ) of the exhaust gas (kg/s) - This can be obtained from engine specifications or measured with a flow meter.
- Spezifische Wärmekapazität (Cp) of the exhaust gas (kJ/kg⋅K) - This value varies with temperature and needs to be obtained from tables or thermodynamic software for the specific gas composition of your exhaust.
- Einlasstemperatur (T_in) of the exhaust gas (°C) - Measured with a temperature sensor.
- Auslasstemperatur (T_out) of the exhaust gas after heat recovery (°C) - This is the desired temperature after heat is removed for your chosen application (e.g., preheating combustion air, generating hot water).
Wärmerückgewinnungspotenzial (Q) lässt sich nach folgender Formel berechnen:
Q = ṁ * Cp * (T_in – T_out)
2. Vereinfachter Ansatz:
Diese Methode ermöglicht eine grobe Schätzung und ist für erste Einschätzungen einfacher anzuwenden. Dabei wird davon ausgegangen, dass ein bestimmter Prozentsatz der Abgasenergie zurückgewonnen werden kann. Dieser Prozentsatz kann je nach Motortyp, Betriebsbedingungen und der gewählten Wärmetauschereffizienz variieren.
Geschätzte Wärmerückgewinnung (Q) lässt sich berechnen mit:
Q = Energieinhalt des Abgases * Rückgewinnungsfaktor
Energiegehalt des Abgases kann geschätzt werden durch:
Abgasenergiegehalt = Massenstrom * Unterer Heizwert (LHV) des Kraftstoffs
Unterer Heizwert (LHV) ist die Wärmemenge, die bei der Verbrennung freigesetzt wird, wenn der gebildete Wasserdampf kondensiert (erhältlich aus den Kraftstoffspezifikationen).
Erholungsfaktor ist ein Prozentsatz, der typischerweise zwischen 20% und 50% liegt, abhängig vom Motortyp, den Betriebsbedingungen und der gewählten Wärmetauschereffizienz.
Wichtige Notizen:
- Diese Berechnungen liefern theoretische oder geschätzte Werte. Die tatsächliche Wärmerückgewinnung kann aufgrund von Faktoren wie Ineffizienz des Wärmetauschers und Rohrleitungsverlusten geringer ausfallen.
- Die gewählte Auslasstemperatur (T_out) im thermodynamischen Ansatz muss basierend auf der Anwendung und den Einschränkungen des Wärmetauschers realistisch sein.
- Beim Umgang mit heißen Abgasen sind Sicherheitsaspekte von entscheidender Bedeutung. Wenden Sie sich bei der Planung und Implementierung eines Abwärmerückgewinnungssystems immer an einen qualifizierten Ingenieur.
Zusätzliche zu berücksichtigende Faktoren:
- Kondensation: Sinkt die Abgastemperatur unter den Taupunkt, kondensiert Wasserdampf. Dadurch kann zusätzliche latente Wärme freigesetzt werden, es ist jedoch ein ordnungsgemäßes Kondensatmanagement erforderlich.
- Verschmutzung: Abgase können Verunreinigungen enthalten, die die Oberflächen des Wärmetauschers verunreinigen und so den Wirkungsgrad verringern können. Eine regelmäßige Reinigung oder die Auswahl geeigneter Materialien kann erforderlich sein.
Durch das Verständnis dieser Methoden und Faktoren können Sie das Potenzial für die Abwärmerückgewinnung aus Abgasen berechnen und deren Machbarkeit für Ihre spezifische Anwendung beurteilen.