Wirkungsgrad

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Wirkungsgrad

Der Wirkungsgrad ist allgemein das Verh√§ltnis von abgegebener Leistung (Pab = Nutzleistung) zu zugef√ľhrter Leistung (Pzu). Die dabei entstehende Differenz von zugef√ľhrter und abgegebener Leistung bezeichnet man als Verluste oder genauer Verlustleistung.

Der Begriff des Wirkungsgrads wird verwendet, um die Effizienz von Energiewandlungen, aber auch von Energie√ľbertragungen zu beschreiben. Neben der allgemeinen Definition haben sich auch weitere Begriffe, wie beispielsweise Nutzungsgrad oder Arbeitszahl etabliert, die je nach Fachbereich bestimmte Randbedingungen und Besonderheiten des Energieflusses in den betrachteten Systemen ber√ľcksichtigen.

Der Wirkungsgrad wird mit ő∑ (Eta) bezeichnet. Er ist eine dimensionslose Gr√∂√üe und hat einen Wert zwischen 0 und 1 oder, in Prozent ausgedr√ľckt, zwischen 0 und 100 %.


\eta = \frac{P_\mathrm{ab}}{P_\mathrm{zu}}

Pab ist beispielsweise die mechanische Leistung, die ein Elektromotor an der Welle abgeben kann; Pzu ist die elektrische Leistung, die man dem Motor zuf√ľhren muss.

Die momentane aufgenommene oder abgegebene Leistung kann unabhängig vom Wirkungsgrad sehr unterschiedlich sein, wenn Energieaufnahme und -abgabe zeitlich versetzt auftreten, etwa beim Auf- und Entladen eines Akkumulators, oder bei der Aufnahme solarer Energie durch Pflanzen und späterer Energiefreisetzung durch Verbrennen.

Der G√ľtegrad beschreibt im Gegensatz dazu nur die inneren Verluste einer Maschine und f√§llt meistens erheblich besser aus.

Darstellung des Wirkungsgrads einer Gl√ľhlampe in einem Sankey-Diagramm

Inhaltsverzeichnis

Wertebereich

Der theoretisch m√∂gliche Wertebereich geht von 0 bis 1 bzw. 0 bis 100 %. Der h√∂chste Wert (1 bzw. 100 %) kann in der Praxis nicht erreicht werden, weil bei allen Vorg√§ngen Energie durch W√§rme oder Reibung in thermische Energie umgewandelt wird. Bei W√§rmekraftmaschinen wird der Wirkungsgrad zus√§tzlich durch den Abgasverlust begrenzt.

Ein Wirkungsgrad größer oder gleich 1 entspräche einem Perpetuum Mobile erster Art, was gegen den Energieerhaltungssatz verstößt. Vorrichtungen, die mehr Energie abgeben, als sie aufnehmen oder gespeichert haben, sind nicht möglich.

Bei W√§rmekraftmaschinen kann der Wirkungsgrad niemals den idealen Wirkungsgrad des Carnot-Prozesses √ľbersteigen. Dies ist der Quotient aus der Differenz zwischen h√∂chster Temperatur und niedrigster Temperatur und der h√∂chsten Temperatur im gesamten Prozess. Die Temperatur ist dabei in Kelvin anzugeben.

Mechanischer Wirkungsgrad

Der mechanische Wirkungsgrad wird beispielsweise bei Getrieben oder Lagern angegeben und ist Teil des Gesamtwirkungsgrades einer Anlage (z.B. Antriebsstrang). Er ber√ľcksichtigt die Umwandlung eines Teils der mechanischen Eingangsleistung in W√§rme. Dieses √§u√üert sich in der Erw√§rmung der Bauteile. Verursacht wird dieser zumeist unerw√ľnschte Energieabfluss durch Reibung.

Wärme-Wirkungsgrade

Thermischer Wirkungsgrad bzw. Prozesswirkungsgrad

Der thermische Wirkungsgrad oder Prozesswirkungsgrad gibt das Verh√§ltnis der gewonnenen mechanischen Leistung zum zugef√ľhrten W√§rmestrom in einer W√§rmekraftmaschine, z. B. einer Dampfturbine an:


\eta_\mathrm{th} = \frac{P_\mathrm{th}}{\dot{Q}}

mit \eta_\mathrm{th} \, als dem thermischen Wirkungsgrad, P_\mathrm{th} \, der gewonnenen mechanischen Leistung und \dot{Q} dem zugef√ľhrten W√§rmestrom.

Die Obergrenze f√ľr jeden thermischen Wirkungsgrad ist der Carnot-Wirkungsgrad, der aus naturgesetzlichen Gr√ľnden nicht √ľberschritten werden kann:

\eta_\mathrm{C}=1-\frac{T_n}{T_h}\!\,,

wobei Tn die niedrigste und Th die höchste im Prozess auftretende Temperatur in Kelvin ist.

Feuerungstechnischer Wirkungsgrad

Der feuerungstechnische Wirkungsgrad (FTW) gibt die Nutzung der aus der Verbrennung eines Brennstoffes entstehenden W√§rme bei Nennleistung an. Er ber√ľcksichtigt lediglich den W√§rmeverlust durch Abk√ľhlung der Abgase auf Umgebungsluft. Eine Bewertung der energetischen Effizienz eines W√§rmeerzeugers allein mit Hilfe des gemessenen Abgasverlustes ist m√∂glich, wenn au√üer dem Abgasverlust nur marginale weitere Verluste vorhanden sind. Bis Ende des vorigen Jahrhunderts war diese N√§herungsrechnung f√ľr Heizungsanlagen √ľblich, heute wird der Anlagenwirkungsgrad bzw. Jahresnutzungsgrad betrachtet.

Der FTW bestimmt sich aus der Differenz von 100 % und dem Abgasverlust, der die im Abgas verbleibende W√§rmemenge, bezogen auf die Temperatur der die Feuerstelle umgebenden Luft angibt. Eine Abk√ľhlung unter die Temperatur der Umgebungsluft wird dabei als nicht m√∂glich angesetzt.

Der Abgasverlust ist von der Zusammensetzung des Abgases abhängig, vor allem dem Luftanteil, da in der Verbrennungswärme die Erwärmung der Verbrennungsluft auf die Flammtemperatur enthalten ist.

Als 100-Prozent-Wert wird traditionell der Heizwert (auch ‚Äěunterer Heizwert‚Äú genannt) angesetzt, der definitionsgem√§√ü die evtl. anfallende Kondensationsw√§rme des Abgases nicht ber√ľcksichtigt. Aufgrund der in den letzten Jahren zugenommenen Verbreitung der Brennwerttechnik ist diese Betrachtungsweise jedoch nicht mehr zeitgem√§√ü.

Moderne Anlagen steigern den Wirkungsgrad durch Absenken der Abgastemperaturen und durch R√ľckgewinnung der Kondensationsw√§rme von Wasserdampf und Kohlenwasserstoffen. Sie nutzen den Brennwert eines Brennstoffes, w√§hrend in alten Anlagen nur der Heizwert genutzt werden konnte. Es werden hohe Anforderungen an die Kaminanlage gestellt. Die Abgase m√ľssen teilweise aktiv (z. B. Gebl√§se) abtransportiert werden, da sie nicht mehr warm genug sind, um selbst aufzusteigen. Der Schornstein ist korrosiven Angriffen durch die im kondensierten Wasser gel√∂sten Verbrennungsr√ľckst√§nde ausgesetzt (Versottung). Unter bestimmten Bedingungen bildet sich zudem Teer, der aufgefangen und in die Verbrennung zur√ľckgef√ľhrt werden muss. Besser ist es deswegen, Luft-Abgas-Systeme einzusetzen.

Kesselwirkungsgrad

Der Kesselwirkungsgrad hK (%) ist das Verh√§ltnis von Nennw√§rmeleistung in Prozent der Nennw√§rmebelastung bei einer Messung im konstanten Dauerbetrieb bei Nennw√§rmeleistung. Er ber√ľcksichtigt wie der FTW auch den Abgasverlust aber dar√ľber hinaus auch den W√§rmeverlust an die Umgebung des Aufstellungsraumes. Der Wirkungsgrad kann entweder direkt √ľber die abgegebene und zugef√ľhrte Leistung bestimmt werden oder indirekt (feuerungstechnsicher Wirkungsgrad), indem die Verluste bestimmt werden.

Isentroper Wirkungsgrad

Der isentrope Wirkungsgrad wird meistens zur Beschreibung von Wärmekraftmaschinen benutzt.

Da thermische Energie nicht vollständig in andere Energieformen (z. B. Strom, mechanische Energie) umgewandelt werden kann, haben sich die Begriffe Anergie und Exergie entwickelt, die kennzeichnen, welcher Teil der thermischen Energie in Arbeit umgewandelt werden kann (Exergie) und welcher als thermische Energie verbleiben muss (Anergie). Es gilt damit

thermische Energie = Anergie + Exergie

und der Wirkungsgrad der realen Wärmekraftmaschine ist immer kleiner oder gleich dem der idealen Wärmekraftmaschine:


\qquad \eta_{ideal} = 1 - \frac{T_\mathrm{min}}{T_\mathrm{max}} = \frac{\mbox{Exergie}}{\mbox{thermische Energie}} \,

wobei die Wärmebäder, an denen die Wärmekraftmaschine angeschlossen ist, die Temperaturen Tmin und Tmax aufweisen. Der isentrope Wirkungsgrad benutzt diesen Vergleichsprozess um ihn mit dem realen Prozess zu vergleichen.


\eta_\mathrm{isentrop} = \frac{-P_\mathrm{Nutz}}{\mbox{Exergie}} \,

Anlagenwirkungsgrad und Gesamtwirkungsgrad

Arbeiten mehrere Maschinen und √úbertrager hintereinander, so werden deren einzelne Wirkungsgrade zum Gesamtwirkungsgrad ő∑gesamt der Anlage, dem Anlagenwirkungsgrad multipliziert.


\eta_\mathrm{gesamt} = \eta_{1} \cdot \eta_{2} \cdot \ldots \cdot \eta_{n} \,

Beispiel:

Gesamtwirkungsgrad: ő∑gesamt = 0,4 ¬∑ 0,99 ¬∑ 0,95 ¬∑ 0,8 = 0,30096 oder rund 30 %.

Bei diesem Beispiel wird angenommen, dass die Energie√ľbertragung zwischen den einzelnen Maschinen verlustfrei passiert. Ist dieses nicht der Fall, so m√ľssen zus√§tzlich Wirkungsgrade der Energie√ľbertragung mitgerechnet werden.

Bei schlechten Einzelwirkungsgraden k√∂nnen hier leicht √úberraschungen auftreten. Deutlich wird dies an einem weiteren Beispiel, bei dem die Eingangsenergie √ľber drei Stufen umgeformt wird und die Ausgangsleistung 100 Watt betragen soll. Dabei sollen zwei √úbertragungsketten betrachtet werden. Die erste mit sehr hohen Wirkungsgraden von dreimal 90 % (resultierender Gesamtwirkungsgrad 72,9 %), die zweite mit niedrigen Wirkungsgraden von je 20 % (resultierender Gesamtwirkungsgrad 0,8 %). In dem ersten Fall mit den hohen Wirkungsgraden ergibt sich hier eine notwendige Eingangsleistung von 137 Watt. Im zweiten Beispiel mit den schlechten Wirkungsgraden sind hierf√ľr jedoch erstaunliche 12.500 Watt n√∂tig.

Der Anlagenwirkungsgrad z. B. einer Heizungsanlage bezieht den Wirkungsgrad aller Einzelgeräte wie Wärmeerzeuger, Leitungen, Heizkörper mit ein, so dass deren Verluste addiert werden und daraus der tatsächliche Wirkungsgrad der Gesamtanlage errechnet wird, der dem Energieverbrauch und der gelieferten Nutzenergie entspricht.

Wird die bei einem thermischen Umwandlungsprozess freiwerdende Abw√§rme weiter genutzt, zum Beispiel zur Luftvorw√§rmung, √Ėlvorw√§rmung oder Fernheizung, wie es bei Blockheizkraftwerken der Fall ist (siehe Tab. unten), so vergr√∂√üert sich der Wirkungsgrad der Anlage, da ein Teil der eigentlich f√ľr den Prozess verloren gegangenen W√§rme trotzdem genutzt werden kann. Der sich daraus ergebende Anlagenwirkungsgrad kann daher √ľber den niedrigeren thermischen Wirkungsgraden (Prozesswirkungsgrad) liegen. Anlagenwirkungsgrade sind mit W√§rme√ľbertragern relativ einfach zu verbessern, w√§hrend die Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades h√§ufig mit erheblichen M√ľhen und Forschungsaufwand verbunden ist.

Jahresnutzungsgrad

Der Jahresnutzungsgrad ist der jahresdurchschnittliche Anlagenwirkungsgrad √ľber alle Betriebszyklen eines W√§rmeerzeugers. Damit werden alle Betriebsverluste gemessen √ľber das Betriebsjahr im Jahresnutzungsgrad erfasst. Dieses erm√∂glicht eine realistische Kosten-Nutzen-Rechnung von Energiesparma√ünahmen bis hin zum Niedrigenergiehaus, was mit der N√§herungsrechnung des FTW nicht m√∂glich ist. Da auch die durchschnittlichen H√§user durch Verbesserung der D√§mmung immer weniger Energie verbrauchen, haben die weiteren Verluste durch den Bereitschaftsenergieverbrauch = Bereitstellungsverlust (u.a. durch Schornsteinbel√ľftung durch die Feuerungsanlage), den W√§rmeverlust der W√§rmeerzeuger durch Abstrahlung, den Verlust durch die zur Kondensation des Wassers im Brennstoff, ben√∂tigte W√§rme durch h√§ufige Starts der Heizung mit schlechtem Wirkungsgrad in der Startphase, niedrige Brennerlaufzeit durch zu gro√ü dimensionierten Kessel, einen immer gr√∂√üeren Anteil am Energieverbrauch und tragen zur Verringerung des Anlagenwirkungsgrades und des Jahresnutzungsgrades der Heizanlage bei. Auch wenn moderne Einzelger√§te einer Heizungsanlage in der Regel einen Wirkungsgrad bei Nennleistung von √ľber 90 % haben, bel√§uft sich der Jahresnutzungsgrad nur auf 60 ‚Äď 80 %, die vom Heizk√∂rper abgegeben werden.

F√ľr Konstanttemperaturkessel mit den Betriebssituationen

  1. Stillstand
  2. Bereitschaft (Stand-by)
  3. Betrieb mit dem Jahresnutzungsgrad nach VDI 2067 und der angenäherten Berechnungsformel: Jahresnutzungsgrad (%) = Kesselwirkungsgrad (%) · Brennerlaufzeit [h/a] - 1) geteilt durch (1 + relativer Bereitschaftswärmeverlust · Einschaltdauer der Heizungsanlage [h/a]).

Normnutzungsgrad

Der Normnutzungsgrad bezieht die neue Technik der Brennwertkessel mit modulierender Leistungsregelung (Teillastbetrieb) durch gestufte Teillastbetriebspunkte von 12,8 %, 30,3 %, 38,8 %, 47,6 % und 62,6 % der Nennleistung mit ein.

Die Berechnung ist nach DIN 4702 Teil 8 festgelegt f√ľr

  1. Heizbetrieb
  2. Warmwassererwärmung
  3. kombinierter Heizbetrieb mit allerdings nur etwa f√ľnf Prozent Anteil Warmwassererw√§rmung.

Wirkungsgrade gr√∂√üer 100 %

Maschinen mit Wirkungsgraden gr√∂√üer oder gleich 100 % werden auch als Perpetuum Mobile bezeichnet. Solche Maschinen k√∂nnen aufgrund von fundamentalen √úberlegungen (Energiesatz, Haupts√§tze der Thermodynamik) nicht existieren. Deshalb k√∂nnen Wirkungsgrade von √ľber 100 % in der Realit√§t nicht auftreten. Wenn in der Praxis manchmal trotzdem Wirkungsgrade von √ľber 100 % angegeben werden, so ergeben sich diese aus Berechnungen, die nicht alle Energieanteile ber√ľcksichtigen.

Ein Beispiel sind Brennwertkessel, bei denen teilweise heizwertbezogene Wirkungsgrade von √ľber 100 % angegeben werden. Dabei wird unter ‚Äěaufgewendeter Energie‚Äú der Heizwert des Brennstoffes angesetzt. Der Heizwert berechnet sich jedoch aus der insgesamt freiwerdenden W√§rme abz√ľglich der Verdampfungsw√§rme f√ľr das bei der Verbrennung entstehende Wasser. Der Heizwert beinhaltet also nur einen Teil der gesamten Brennstoffenergie. Im Unterschied zum ‚Äěkonventionellen‚Äú Heizkessel wird beim Brennwertkessel das Abgas soweit abgek√ľhlt, dass das bei der Verbrennung verdampfte Wasser kondensiert. Die dabei freiwerdende Kondensationsw√§rme kommt der Nutzenergie zugute. Wird der Wirkungsgrad nicht auf Basis des Heizwertes sondern auf Basis des Brennwertes des Brennstoffes berechnet, wird im Idealfall ein Wirkungsgrad von maximal 100 % erreicht.

W√§rmepumpen und K√§lteanlagen ‚Äď z. B. Klimaanlagen und K√ľhlschr√§nke ‚Äď funktionieren als umgekehrte W√§rmekraftmaschine. In der Fachliteratur wird bei diesen Ger√§ten neben dem Begriff ‚ÄěWirkungsgrad‚Äú die Leistungszahl (őĶ) als Ma√ü f√ľr die Effizienz verwendet. Die Herstellerangaben bezeichnen die Leistungszahl f√ľr K√§lteanlagen allerdings oft als ‚ÄěWirkungsgrad‚Äú. Die W√§rmepumpe f√∂rdert die W√§rmeenergie aus der Umwelt und bringt sie auf das gew√ľnschte Temperaturniveau. Die dabei insgesamt bereitgestellte W√§rmeleistung ist gr√∂√üer als die beim Verdichtungsprozess entstehende W√§rmeleistung. Daher werden f√ľr diesen Prozess ‚ÄěWirkungsgrade‚Äú von √ľber 100 % erreicht. Typische Werte liegen zwischen 300 % und 800 %, was einer Effizienz (= Leistungszahl) von 3 bis 8 entspricht. Zur Vermeidung von Verwechslungen wird der thermische Wirkungsgrad von W√§rmepumpen und K√§ltemaschinen als COP (engl. Coefficient Of Performance) bezeichnet, der kleiner ist als der reziproke Carnot-Wirkungsgrad.

Beispiele

Wirkungsgrad, Beispiele
Maschine, Prozess Aufgewandte Energie Nutzenergie Wirkungsgrad / %
Bereitstellung von Nutzenergie
Kernkraftwerk[Anm. 1] atomar elektrisch 33 (fiktiv)
GuD-Kraftwerk (Erdgas) chemisch elektrisch & thermisch 50‚Äď60
MHD-Generator thermisch elektrisch <30
Solarzelle elektromagnetisch (Sonnenstrahlung) elektrisch 5‚Äď27 (40)
Thermoelement (thermoelektrischer Generator) thermisch elektrisch 3‚Äď8
W√§rmekraftwerk (Kohle) chemisch elektrisch 25‚Äď50
Wärmekraftwerk oder Motor mit Kraft-Wärme-Kopplung[Anm. 2] chemisch elektrisch & thermisch bis 98
Wasserkraftwerk mechanisch elektrisch 80‚Äď90
Windkraftanlage[Anm. 3] mechanisch elektrisch bis 50
Elektrolyse von Wasser elektrisch chemisch 70
Thermolyse von Wasser atomar chemisch 90 (fiktiv)
Maschinen und Geräte
Brennstoffzelle chemisch elektrisch 20‚Äď48
Dampfmaschine chemisch mechanisch 3‚Äď44
Stirlingmotor thermisch mechanisch 10‚Äď66
Verpuffungsstrahltriebwerk chemisch mechanisch ?
Verbrennungsmotor (PKW) chemisch mechanisch 30‚Äď50
Dieselmotor chemisch mechanisch bis zu 50
Ottomotor chemisch mechanisch 10-37
Zweitaktdieselmotor (bei Resonanzdrehzahl) chemisch mechanisch 55
Elektromotor elektrisch mechanisch 20‚Äď99,5
Fahrraddynamo[Anm. 4] mechanisch elektrisch 20‚Äď65
Generator[Anm. 5] mechanisch elektrisch 95‚Äď99,5
Gl√ľhlampe (keine Halogenlampe) elektrisch elektromagnetisch (Licht) 3‚Äď5
Hochspannungs-Gleichstrom-√úbertragung[Anm. 6] elektrisch elektrisch 95
Lautsprecher[Anm. 7] elektrisch akustisch 0,1‚Äď40, typ. 0,3 f√ľr Hifi
LED elektrisch elektromagnetisch (Licht) 5‚Äď25
Schaltnetzteil (f√ľr elektrische oder elektronische Ger√§te) elektrisch elektrisch 50‚Äď95
Sendeanlage elektrisch elektromagnetisch (Radiowellen) 30‚Äď80
Thermoelement[Anm. 8] thermisch elektrisch 3‚Äď8
Transformator elektrisch elektrisch 50‚Äď99,8
Turbinentriebwerk (zivile Luftfahrt) chemisch mechanisch 40
Wechselrichter elektrisch elektrisch 93‚Äď98
Zahnradpumpe mechanisch mechanisch bis 90
Wärmeproduktion
Gasherd (Haushalt)[Anm. 9] chemisch thermisch 30‚Äď40
Elektroherd (Haushalt)[Anm. 9] elektrisch thermisch 50‚Äď60
Gasheizung chemisch thermisch 80‚Äď90
Kohleofen (Haushalt) chemisch thermisch 30‚Äď50
Kohleofen (Industrie) chemisch thermisch 80‚Äď90
Lagerfeuer (Kochstelle)[Anm. 10] chemisch thermisch < 15
Offener Kamin chemisch thermisch 10‚Äď30
Sonnenkollektor elektromagnetisch (Sonnenstrahlung) thermisch < 85
Tauchsieder elektrisch thermisch >98
Nat√ľrliche Prozesse
Photosynthese-Reaktion elektromagnetisch (Sonnenlicht) chemisch 35
Gl√ľhw√ľrmchen (Leuchtreaktion) chemisch elektromagnetisch (Licht) < 95
Mensch (Skelettmuskulatur) chemisch mechanisch 20‚Äď30[1]
Umfangreichere Prozesse
Kohleabbau (Abbau von Kohle und anschlie√üende Verbrennung)[Anm. 11] chemisch thermisch 30‚Äď60 (?)
Photosynthese (Erzeugung von Biomasse und anschlie√üende Verbrennung)[Anm. 12] elektromagnetisch (Sonnenlicht) chemisch 0,1‚Äď2,5

Anmerkungen:

  1. ‚ÜĎ Der Wirkungsgrad von Kernkraftwerken wird nach offiziellen Berechnungsmethoden (IEA, EUROSTAT: Wirkungsgradansatz) fiktiv mit 33 % (= Wirkungsgrad eines durchschnittlichen W√§rmekraftwerks) angesetzt, da dem Kernbrennstoff (z.B. Uran) nicht auf einfache Weise eine Art Brennwert (wie bei fossilen Energien) zugeordnet werden kann, d.h. es existiert physikalisch/ chemisch keine klar definierte Prim√§renergie. Bezogen auf die gesamte Spaltenergie von U235 liegt der Wirkungsgrad eines Kernkraftwerks bei knapp 10 %. Bei diesem Ansatz muss aber zus√§tzlich der Aufwand der Wiederaufarbeitung der Brennst√§be mit einkalkuliert werden.
  2. ‚ÜĎ Mit Ber√ľcksichtigung der W√§rme spricht man h√§ufiger vom Nutzungsgrad. Der Wirkungsgrad zur Erzeugung von Strom ist bei Auskopplung von W√§rme geringer als ohne W√§rmeentnahme.
  3. ‚ÜĎ Der Wirkungsgrad von Windkraftanlagen wird dadurch begrenzt, dass nach dem Betzschen Gesetz maximal 59,3 % der im Wind enthaltenen mechanischen Leistung in Nutzleistung umgewandelt werden kann. Da das Verh√§ltnis der an die Rotorwelle abgegebenen Leistung zu der Leistung, die der Str√∂mung im Nachlauf fehlt, bei einer modernen Windkraftanlage zwischen 70 und 85 % liegt, errechnet sich der gegebene Wert aus 85 % von 59,3 %.
  4. ‚ÜĎ Bei fast allen Fahrraddynamos ist der Wirkungsgrad bei ca. 20 % anzutreffen, besonders effektive Dynamos mit Reiber√§dchen erreichen 25‚Äď30 %. Werte von 65 % lassen sich nur durch alternative Bauarten, wie Beispielsweise Nabendynamos im optimalen Geschwindigkeitsbereich erreichen.
  5. ‚ÜĎ Gas-, Dampf- bzw. Wasserturbinen besitzen einen Wirkungsgrad √ľber 95 %. Bei thermischen Kraftwerken begrenzt der Carnot'sche Kreisprozess den Gesamtwirkungsgrad auf 35 - 60%. Hinzu kommen bis zum Endverbraucher Umform- und Leitungsverluste von ca. 15%.
  6. ‚ÜĎ ohne Leitungsverluste
  7. ‚ÜĎ Anders als bei B√ľhnenlautsprechern ist bei Heim-Lautsprechern und Studio-Monitoren die klangneutrale Wiedergabe wichtiger als ‚Äělauter‚Äú Wirkungsgrad. Bei Lautsprechern wird in den Daten h√§ufig der sogenannte ‚ÄěWirkungsgrad‚Äú angegeben, der gar keiner ist. Was man dort findet ist der Kennschalldruckpegel in dB/W/m (dB pro Watt in einem Meter Abstand, besser also dB/(W*m) ), was unwissenderweise gerne mit Wirkungsgrad bezeichnet wird.
  8. ‚ÜĎ Thermoelemente werden f√ľr manche Zwecke auch zur Bereitstellung von Nutzenergie verwendet.
  9. ‚ÜĎ a b Ein Gasherd heizt die Umgebung. Ein Elektro-Induktionsherd heizt gezielt das Kochgeschirr, mit W√§rmeverlusten in der Induktionselektronik. Dabei ist allerdings nur der Wirkungsgrad am Ort der Umwandlung ber√ľcksichtigt und nicht der Energieverlust bei der Stromerzeugung. Wird dieser ber√ľcksichtigt, hat ein Gasherd mindestens einen eben so guten Wirkungsgrad wie ein Elektroherd ‚Äď je nach Wirkungsgrad des Kraftwerks.
  10. ‚ÜĎ Ein Lagerfeuer setzt den Heizwert des Brennstoffs mit hohem Wirkungsgrad in W√§rme um (Unterscheidung zwischen Brenn- und Heizwert beachten). Aber nur ein geringer Teil der W√§rme erhitzt einen Topf, der √ľber dem Feuer h√§ngt. Der gr√∂√üte Teil erw√§rmt die umgebende Luft.
  11. ‚ÜĎ Wirkungsgrad der Kohlef√∂rderung: Wie viele Tonnen Braun- bzw. Steinkohle muss ich f√∂rdern und f√ľr die Produktionsanlagen verstromen, um eine Tonne verkaufen zu k√∂nnen?
  12. ‚ÜĎ Gesamtwirkungsgrad, d. h. auch einschlie√ülich Energie, die zur Bereitstellung der Reaktionsmolek√ľle erforderlich ist.

Angabe des Wirkungsgrades bei Lautsprecherdaten

Akustischer Wirkungsgrad ő∑ (Eta) eines Lautsprechers:


\eta = \frac{P_\mathrm{ak}}{P_\mathrm{e}} \,

Pak = abgegebene akustische Leistung

Pe = zugef√ľhrte elektrische Leistung

Die Definition des akustischen Wirkungsgrads stimmt mit der des akustischen Umsetzungsgrads √ľberein.

In den Lautsprecherdaten wird nie der sehr niedrige Wirkungsgrad in Prozent angegeben, sondern der Kennschalldruckpegel in dB/W/m (bzw. dB/(W*m) ), der unrichtig mit ‚ÄěWirkungsgrad‚Äú bezeichnet wird. Der Wirkungsgrad liegt zwischen 0,002 und 0,02 - also nur zwischen 0,2 und 2 Prozent. Er kann in den Kennschalldruck umgerechnet werden:


\mbox{Kennschalldruckpegel in dB} = 112 + 10 \cdot \log_{10} (\mbox{Wirkungsgrad}) \,

Wirkungsgrad in Prozent Kennschalldruckpegel
0,05 5 % 99 dB
0,02 2 % 95 dB
0,01 1 % 92 dB
0,005 0,5 % 89 dB
0,002 0,2 % 85 dB

Siehe auch

Belege

  1. ‚ÜĎ Klaus Golenhofen: Basislehrbuch Physiologie: Lehrbuch, Kompendium, Fragen und Antworten.. Elsevier, M√ľnchen, Seite 110, ISBN 978-3437424823: >

Quellen

  • Adolf J. Schwab: Elektroenergiesysteme ‚Äď Erzeugung, Transport, √úbertragung und Verteilung elektrischer Energie. Springer Verlag 2006, ISBN 3-540-29664-6, Seite 76

Weblinks

Wiktionary Wiktionary: Wirkungsgrad ‚Äď Bedeutungserkl√§rungen, Wortherkunft, Synonyme, √úbersetzungen

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