Beschreibung einzelner Lerneinheiten (ECTS-Lehrveranstaltungsbeschreibungen) pro Semester

Keine

Im Fokus dieser Lehrveranstaltung stehen einerseits die Grundlagen Thermodynamik, der Strömungsmechanik sowie des Wärmetransfers mittels Leitung, Konvektion und Strahlung. Andererseits deren praxisorientierte Anwendung auf technische Problemstellungen im Energiebereich und dabei insbesondere im Gebäudebereich mittels einfacher mathematischer Modelle. Darüber hinaus behandelt die Lehrveranstaltung die klassische Heizungs-, Lüftungs-, Klimatechnik (HLK) und gibt einen Überblick über die Auslegung typischer Systemkonfigurationen sowie einfacher Regelstrategien. 

• Thermodynamische Zustände, Zustandsgrößen, Zustandsgleichung 

• Energiebilanz: 1. Hauptsatz für geschlossene und offene Systeme 

• Entropiebilanz: 2. Hauptsatz für geschlossene und offene Systeme 

• Thermodynamische Kreisprozesse mit einfachen Arbeitsmitteln: Carnot, Dampfprozesse, Gasprozesse, Wärmepumpen, Kältemaschinen 

• Thermodynamische Kreisprozesse mit feuchter Luft: Trocknung, Befeuchtung 

• Grundlagen der Strömungsmechanik (Rohrströmungen etc.) und Hydraulik 

• Erhaltungsgleichungen der Strömungsmechanik (Kontinuitätsgleichung, Satz von Bernoulli) 

• Grundlagen von Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung 

• Eindimensionale Wärmeleitungsgleichung 

• Energiebilanzgleichungen (stationär und dynamisch) 

• Analytische Lösung einfacher Wärmeübergangsprobleme (Wände, Rohrleitungen, Kühlrippen) 

• Dimensionslose Kennzahlen und deren Anwendung 

• Aktuelle Anwendungen im Gebäudebereich 

• HLK Gebäudeinfrastruktur: Wärmeabgabesysteme, Kühlsysteme, Wärmeerzeuger und Verteilung 

• Wärmepumpen und Kältemaschinen: Kältemittel, Quellen (Luft, Erdreich, Wasser, ...), Kennzahlen (Leistungsziffer, Jahresarbeitszahl) 

• Solarthermie: Technologien wie Flach- und Röhrenkollektoren, Anwendungen: Warmwasser/Heizung, Hydraulik, Kennzahlen 

• Heizkessel (Gas, Öl, Biomasse), elektrische Warmwassererzeugung 

• Klassische Regelkonzepte der HLK 

Die Studierenden haben ein Grundverständnis der Technischen Thermodynamik, der Strömungsmechanik, des Wärmetransfers und der Heizungs-, Lüftungs-, Klimatechnik (HLK). 

Die Studierenden 

• verstehen die Grundlagen der Thermodynamik. Sie können die relevanten Zustandsgrößen sowie die Hauptsätze der Thermodynamik erklären. 

• können verschiedene ideale und reale Zustandsgleichungen und deren Anwendbarkeit beschreiben. 

• sind in der Lage Kreisprozesse mit reinen Stoffen thermodynamisch zu modellieren. 

• können diese Kreisprozesse in Zustandsdiagrammen darstellen und anhand von Zustandsgleichungen bzw. Tabellenwerken berechnen. 

• sind in der Lage, auf Basis thermodynamischer Überlegungen, Vorschläge zur Gestaltung, Auslegung und Optimierung von Prozessen zu machen. 

• kennen die wichtigsten strömungstechnischen Komponenten. 

• sind in der Lage, die erlernten Grundlagenmethoden auf strömungsmechanische Komponenten und Systeme anzuwenden. 

• sind in der Lage Energieerhaltung auf Kontrollvolumen anzuwenden. 

• haben die notwendige Methodenkompetenz, Wärmeübertragungsphänomene bei der Planung und Auslegung von energietechnischen Anwendungen einzubeziehen. 

• verstehen es einfache Wärmeübergangsprobleme mathematisch auszudrücken und analytisch zu lösen. 

• können Technologien der HLK aufzählen und ihre Funktionsweise skizzieren. 

• kennen die Vor- und Nachteile verschiedener HLK-Technologien. 

• können klassische Regelungskonzepte in gebäudetechnischen Anlagen beschreiben und erläutern. 

• können die Technologien der HLK anwendungsspezifisch auswählen und auslegen. 

Die Studierenden erwerben im Rahmen der Lehrveranstaltung folgende Future Skills: 

• Foster Critical Thinking: Durch die begleitete, selbstständige Bearbeitung realer Problemstellungen anhand von Übungsbeispielen, üben sich die Studierenden im kritischen Denken. Sie sind gefordert die erlernten Grundlagen selbstständig auf die Problemstellung anzuwenden und geeignete Annahmen zu treffen. 

• Personal Mastery: Die Studierenden erwerben das notwenige Grundlagenwissen der thermischen Energietechnik und werden in der Fähigkeit geschult, sich selbst Wissen anzueignen und auf reale Problemstellungen anzuwenden. 

Vorlesung mit integrierter Übung

• Bearbeitung und schriftliche Abgabe von Übungsbeispielen (20%) 
• Zwischenprüfung (40%)
• Abschließende Prüfung (40%) 

Für eine positive Gesamtnote müssen insgesamt über alle Prüfungsteile mindestens 50% der Punkte erzielt werden.  

Keine

• Moran, M. J., Shapiro, H. N., Boettner, D. D., & Bailey, M. B. (2010). Fundamentals of engineering thermodynamics. John Wiley & Sons. 

• Baehr, Hans Dieter; Kabelac, Stephan (2016): Thermodynamik: Grundlagen und technische Anwendungen. 16., aktualisierte Auflage. Berlin: Springer Vieweg (= Lehrbuch). 

• Weigand, Bernhard; Köhler, Jürgen; Wolfersdorf, Jens von (2016a): Thermodynamik kompakt. 4., aktualisierte Auflage. Berlin Heidelberg: Springer Vieweg (= Springer-Lehrbuch). 

• Weigand, Bernhard; Köhler, Jürgen; Wolfersdorf, Jens von (2016b): Thermodynamik kompakt - Formeln und Aufgaben. 2. Auflage. Berlin Heidelberg: Springer Vieweg (= Lehrbuch).
  

• Incropera, F. P., DeWitt, D. P., Bergman, T. L., & Lavine, A. S. (1996). Fundamentals of heat and mass transfer (Vol. 6, p. 116). New York: Wiley. 

• Bschorer, Sabine; Böswirth, Leopold (2018): Technische Strömungslehre: Lehr- und Übungsbuch. 11., überarbeitete und erweiterte Auflage. Wiesbaden: Springer Vieweg. 

• Herwig, Heinz; Moschallski, Andreas; Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (2019): Wärmeübertragung Physikalische Grundlagen und ausführliche Anleitung zum Lösen von Aufgaben. 

• Albers, Karl-Josef; Vulkan-Verlag GmbH (2018): Recknagel - Taschenbuch für Heizung und Klimatechnik 79. Ausgabe 2019/2020 - Basisversion einschließlich Trinkwasser- und Kältetechnik sowie Energiekonzepte. 

• Becker, Martin u.a. (2016): Regenerative Energien im Gebäude nutzen: Wärme- und Kälteversorgung, Automation, ausgeführte Beispiele. Herausgegeben von Elmar Bollin. 2., überarbeitete Auflage. Wiesbaden: Springer Vieweg. 

• Bollin, Elmar (Hrsg.) (2009): Automation regenerativer Wärme- und Kälteversorgung von Gebäuden. Wiesbaden: Vieweg+Teubner. 

• Frey, Hartmut (2018): Energieautarke Gebäude: Auf dem Weg zu Smart Energy Systems. Wiesbaden: Springer Vieweg. 

• Pistohl, Wolfram; Rechenauer, Christian; Scheuerer, Birgit (2016a): Handbuch der Gebäudetechnik: Planungsgrundlagen und Beispiele. Band 1: Allgemeines, Sanitär, Elektro, Gas. 9., überbearbeitete Auflage. Köln: Bundesanzeiger Verlag. 

• Pistohl, Wolfram; Rechenauer, Christian; Scheuerer, Birgit (2016b): Handbuch der Gebäudetechnik: Planungsgrundlagen und Beispiele. Band 2: Heizung, Lüftung, Beleuchtung, Energiesparen. 9., überbearbeitete Auflage. Köln: Bundesanzeiger Verlag. 

Präsenzveranstaltung mit Blended-Learning Elementen. Es werden einzelne Themen in Form des begleiteten Lernens durch Flipped-Classroom Lerneinheiten erarbeitet.

Die Studierenden werden vor Beginn der Lehrveranstaltung über die Anwesenheitsvorgaben der Lehrbeauftragten informiert.