Technik Fragenkatalog at Beuth Hochschule für Technik

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29.Warum werden im Gartenbau immer noch zumeist Hochdruck Natriumdampflampen als Assimilationslichtlampen verwendet?

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31.Warum haben Leuchtstofflampen trotz guter Strahlungsausbeute keine Bedeutung für die Assimilationsbelichtung in Gewächshäusern?

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33.Warum werden Leuchten mit Natriumhochdruckdampflampen mit Leistungen über 600 W zunehmend mit einer Anschlussspannung von 380 V bzw. 400 V angeschlossen?

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34.Wann sollte man sich bei der Assimilationsbelichtung für eine 600 W Lampe im Gegensatz zur 400 W Lampe entscheiden und warum sind diese für geringe Aufhänghöhen unter 1,5 m nicht geeignet?

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35.Welche Eigenschaften von LED-Leuchten könnten, sofern die Stückkosten in Zukunft sinken, dazu führen, die gebräuchlichen Natriumhochdruckdampf-lampen zu ersetzen?

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36.Warum sind LED-Leuchten besonders für Klimaräume, zum Beispiel in Kulturräumen von in vitro Laboren, geeignet?

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37.Von welchen Faktoren ist bei der Assimilationsbelichtung die gleichmäßige Ausleuchtung eines Pflanzenbestands abhängig?

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44.Beschreiben Sie die Veränderungen im Volumenstrom bei einer großen Veränderung des Durchflusswiderstands für eine Kreiselpumpe mit steiler Pumpenkennlinie im Vergleich zu einer Kreiselpumpe mit flacher Pumpenkennlinie.

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45.Wie kann man bei der Reihen- oder Parallelschaltung von zwei baugleichen Kreiselpumpen auf die daraus resultierende Pumpenkennlinie schließen?

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46.Von welchen Faktoren sind der Druckverlust und die Rohrreibung in einer Rohrleitung abhängig?

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47.Wie sollte ein Rohrnetz gestaltet werden, um einen möglichst geringen Druckverlust zu erzeugen?

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26.Auf Typenschildern von Elektromotoren finden Sie die Angabe cos φ. Was bedeutet diese Angabe und warum ist cos φ immer kleiner als 1?

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Technik Fragenkatalog

29.Warum werden im Gartenbau immer noch zumeist Hochdruck Natriumdampflampen als Assimilationslichtlampen verwendet?

  • Umwandlung von 29,5% der Energie in Licht  einer SON-T Lampe (Natriumhochdruckdampflampe)
    • vergleichsweise viel
  • hohe Strahlungsausbeute von 130 bis 150 lm/W (höchste Lichtausbeute unter Gasentladungslampen)
  • geeignete Spektralverteilung für große Zahl von Kulturen
  • geringe Baugröße
  • lange Lebensdauer von 12000 bis 16000 Stunden
  • gleichmäßiger Strahlungsfluss
  • In Verbindung mit geeigneten Leuchtentypen können hohe Bestrahlungsstärken oder Beleuchtungsstärken erzielt werden


  • Viel Wärmeabgabe in Strahlungsrichtung, somit Abstand zur Kultur bei Lampen mit mehr als 250W min. 80cm
  • Zugabe von bestimmten Gasen (meist Xenon) kann Farbwiedergabe verbessert, Blaulichtanteil erhöht und somit Streckungswachstum verringert werden (v.a. im Zierpflanzenbau von Bedeutung)
  • Großteil der Strahlung im gelben bis roten Bereich, was nicht optimal für viele Pflanzen ist, da es nur teilweise den Absorptionseigenschaften von Pflanzen entspricht, aber trotzdem für vielw Pflanzen geeignet/ als guter Kompromiss angesehen
  • Erhältlich in Leistungen von 35W bis 1000W, für Pflanzenbelichtung werden meist Lampen mit Leistungen von 400W bis 600W verwendet

Technik Fragenkatalog

31.Warum haben Leuchtstofflampen trotz guter Strahlungsausbeute keine Bedeutung für die Assimilationsbelichtung in Gewächshäusern?

  • geringe Leistung der Einzellampe
  • große Abmessungen ( Beschattung der Pflanze am Tag)
  • nur bis 80W bei einer Lichtstromausbeute von 70lm/W bis 100lm/W verfügbar
  • Werden stattdessen als Arbeitsplatzbeleuchtung oder in Kunstlichträumen mit geringen Aufhänghöhen verwendet

Technik Fragenkatalog

33.Warum werden Leuchten mit Natriumhochdruckdampflampen mit Leistungen über 600 W zunehmend mit einer Anschlussspannung von 380 V bzw. 400 V angeschlossen?

  • Um Problemen der Netzüberlastung bei Leuchten mit hoher Leistung (600 W +) aus dem Weg zu gehen
    • Im Gegensatz zu 230V Armaturen, welche zwischen Phase und Nulleiter angeschlossen werden, werden 400V Leuchten jeweils zwischen zwei Phasen angeschlossen.
    • Somit wird ausgeschlossen, dass der Nulleiter überlastet wird
  • Durch erhöhte Lampenspannung der 400V Lampen steigt die Strahlungsleistung. Bei gleicher Leistungsaufnahme steigt die pflanzenwirksame Strahlung
    • erhöhte Strahlungsleistung im photosynthetisch aktiven Bereich durch erhöhten Rotanteil im Spektrum
    • 48% der PAR Strahlung im gelb-roten Bereich bei 400V
      • bei 230V nur etwa 38%
    • Umrechnungsfaktor für 400V Natriumhochdruckdampflampen steigt von etwa 12 µmol/m²s pro klx auf 13 µmol/m²s pro klx;
      • daher steht den Pflanzen durch den 400V Betrieb mehr photosynthetisch aktive Strahlung zur Verfügung als im 230V Bereich



Technik Fragenkatalog

34.Wann sollte man sich bei der Assimilationsbelichtung für eine 600 W Lampe im Gegensatz zur 400 W Lampe entscheiden und warum sind diese für geringe Aufhänghöhen unter 1,5 m nicht geeignet?

  • 600 W Natriumhochdruckdampflampen sinnvoll
    • wenn Aufhänghöhe mehr als 1,80m über dem Pflanzenbestand beträgt
    • die Beleuchtungsstärke im Bestand deutlich über 3500Lux leigen soll
    • insbesondere in Schnittblumenbetrieben und GWHs mit hohen Stehwänden
  • Unter 1,50m sind diese nicht geeignet
    • da die Gleichmäßigkeit der Ausleuchtung schlechter wird
    • Partiell sehr hohe Bestrahlungsstärken, welche für eine Reihe von Pflanzen problematisch werden können
      • hier können breitstrahlende Reflektoren den Beleuchtungsstärke Gradienten verringern, haben jedoch bei mittleren Aufhänghöhen einen schlechteren Wirkungsgrad als tief strahlende Reflektoren


Entscheidung für 600 W  Lampe abhängig von Zielsetzung

Kriterien:

  • Erhöhung der Beleuchtungsstärke im Bestand (6-8% mehr als 400W)
  • Ersatz vorhandener Leuchten oder Installation einer neuen Anlage
  • Art des Pflanzenbestands
  • betriebliche Möglichkeiten
  • technische Notwendigkeit
  • realisierbare Aufhänghöhe
  • Gleichmäßigkeit der Ausleuchtung

Technik Fragenkatalog

35.Welche Eigenschaften von LED-Leuchten könnten, sofern die Stückkosten in Zukunft sinken, dazu führen, die gebräuchlichen Natriumhochdruckdampf-lampen zu ersetzen?

  • Strahlungsspektren können für bestimmte Belichtunngszwecke unterschiedlich gestaltet werden und somit kann Energie eingespart werden
  • Vielfältigkeit der möglichen Strahlungsspektren der Leuchten
    • Strahlungsspekten können pflanzenartspezifisch oder auch sortenabhängig sein
    • Dämmerphasen Simulation möglich (Dimmen der LEDs)
    • kaum Wärmeabgabe nach unten/ Richtung Pflanze, somit tiefere Aufhänghöhen möglich (Wärme von Elektronik ähnlich Natriumdampf)
  • Beleuchtung der ganzen Pflanze möglich, da näher an Pflanze herangebracht werden kann
  • Pflanzenphysiologische Steuerungsmöglichkeiten durch die Variation in der Spektralverteilung sind für die Zukunft denkbar.
  • Strahlungsausbeute ähnlich hoch der Natriumhochdruckdampflampe

Technik Fragenkatalog

36.Warum sind LED-Leuchten besonders für Klimaräume, zum Beispiel in Kulturräumen von in vitro Laboren, geeignet?

  • Dicht über dem Pflanzenbestand anbringbar
  • kaum Wärmeabgabe nach unten/ in Pflanzenrichtung/ Leuchtrichtung
  • Pflanzenphysiologische Steuerungsmöglichkeiten durch Variation/ Einstellungsmöglichkeiten in Spektralverteilung
  • teilweise geringere Energiekosten, da für Beleuchtungszweck anpassbar
  • Dimmbar



• Für Assimilationsbelichtung hoher Investitionsbedarf.
• Lichtverteilung nicht immer ideal, Schattenwirkung bei engen Leuchtenabständen.
• Energieeinsparung möglich, aber nicht immer gegeben.
• Hohe Investitionskosten.

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37.Von welchen Faktoren ist bei der Assimilationsbelichtung die gleichmäßige Ausleuchtung eines Pflanzenbestands abhängig?

  • Lichtverteilung (günstige Lichtverteilung durch Überlappung der Lichtkegel)
  • Aufhänghöhe
  • Art der Lampe (z.B. 600 W NHD Lampen ungeeignet für Aufhänghöhe unter 1,5m, da sonst Gleichmäßgikeit der Ausleuchtung schlechter wird)
  • Auswahl der Leuchte mit
  • Art des Reflektors
  • Position des Pflanzenbestands und der Lampen (in Bezug auf Umgebung und Tageslichteinfall)
  • Wartung und Kontrolle
    • Wackelkontakte
    • EVG kann Fehler erkennen (mit Alarmsignal möglich)
    • Gruppenweiser Austausch um gleichmäßige Lichtverteilung zu erhalten überlegenswert, da meist gleiches Alter
  • Alter und Lebensdauer der Lampen (Am Ende der Lebensdauer gehen diese nach einiger Zeit aus und schalten sich nach Abkühlung wieder ein, "Cycling")
  • Kompatibilität/ Abstimmung der Komponenten
  • Installierte elektrische Leistung
    • 600 W Lampe gegenüber 400 W Lampe 6-8% höhere Strahlungsausbeute
  • Leistungsstärke
  • Eigenschaften des Kulturraums (Oberflächenreflektion)
  • Art des Pflanzenbestandes (Beschattung)

Technik Fragenkatalog

44.Beschreiben Sie die Veränderungen im Volumenstrom bei einer großen Veränderung des Durchflusswiderstands für eine Kreiselpumpe mit steiler Pumpenkennlinie im Vergleich zu einer Kreiselpumpe mit flacher Pumpenkennlinie.

  • Steile Pumpenkennlinien weisen bei einer großen Veränderung des Durchflusswiderstands im Rohrnetz eine verhältnismäßig kleine Änderung des Volumenstroms auf
  • Bei flachen Pumpenkennlinien bewirkt eine große Veränderung des Durchflusswiderstands im Rohrnetz eine große Veränderung des Volumenstroms
  • Soll der Volumenstrom für den Wärmetransport in einem Heizsystem beim Hinzuoder Abschalten verschiedener Heizkreisläufe möglichst konstant bleiben, so ist eine steilere Pumpenkennlinie zu wählen
  • In Bewässerungssystemen wünscht man sich, dass beim Hinzu- oder Abschalten verschiedener Bewässerungskreise der Volumenstrom entsprechend variiert. Daher sind in diesem Fall Pumpen mit flacheren Pumpenkennlinien besser geeignet

Technik Fragenkatalog

45.Wie kann man bei der Reihen- oder Parallelschaltung von zwei baugleichen Kreiselpumpen auf die daraus resultierende Pumpenkennlinie schließen?

  • Werden zwei identischen Pumpen mit gleichen Kennlinien hintereinander geschaltet, resultiert die Kennlinie durch Addition der Förderhöhen bei gleichbleibendem Volumenstrom.
    • Fügt man eine Rohrnetzkennlinie in das Diagramm, wird deutlich dass bei Hintereinanderschaltung die Förderhöhe stärker erhöht wird als der Volumenstrom
  • Werden zwei identische Pumpen parallel geschaltet, ergibt sich daraus resultierende Kennlinie durch Addition der Volumenströme bei gleichen Förderhöhen

Technik Fragenkatalog

46.Von welchen Faktoren sind der Druckverlust und die Rohrreibung in einer Rohrleitung abhängig?

  • In den Rohren ist der Druckverlust abhängig vom
    • Querschnitt (großer Rohrdurchmesser -> Mehrkosten; kleiner -> höhere Pumpenleistung notwendig)
    • der Länge des Rohres (steigt linear mit steigender länge)
    • der Reibung des Fördermediums an den Wänden
    • sowie vom dynamischen Druck ("Staudruck")
    • Strömungsgeschwindigeit (Quadratisch)
    • Art der Strömung (laminar gering,turbolente höher)
    • Volumenstrom
  • Rohrreibungszahl λ  abhängig von
    • Art der Strömung
    • Fließgeschwindigkeit (wenn höher, entsteht turbolente Strömung)
    • Eigenschaften des Rohres (z.B. Material, Rauigkeit)


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47.Wie sollte ein Rohrnetz gestaltet werden, um einen möglichst geringen Druckverlust zu erzeugen?

  • kleiner Volumenstrom (Δp nimmt bei Steigerung exponentiell zu)
  • geringe Rohrlänge (Δp steigt linear)
  • geringe Strömungsgeschwindigkeit ("Δp  steigt linear mit dem Quadrat an")
  • glattes Rohr (geringe Reibung des Mediums an den Wänden)
  • Druckverlust Richtwert 1mbar/m
  • laminare Strömung (geringere Reibung)
  • angepasster Rohrdurchmesser
    • zu groß -> Mehrkosten
    • zu klein -> höhere Pumpenleistung (steigender Energiebedarf und Investitionskosten)

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26.Auf Typenschildern von Elektromotoren finden Sie die Angabe cos φ. Was bedeutet diese Angabe und warum ist cos φ immer kleiner als 1?

  • cos φ  wird als Leistungsfaktor bezeichnet (cos da sinusförmiger Verlauf von U und I auf Kreisfunktion beruht)
  • Gibt Verhältnis zwischen tatsächlicher Wirkleistung und Scheinleistung an.
    • cos φ =P/S
  •  Im Elektromotor ist cos ϕ immer < 1, da eine Induktivität gegeben ist. 

  • Der Phasenverschiebungswinkel φ gibt die zeitliche Verschiebung zwischen Strom und Spannung an.
  • Diese können aufgrund von kapazitiven und induktiven Widerständen nicht immer in der gleichen Phase liegen, somit entsprechen U und I Werte dann nicht mehr den Effektivwerten
  • An einigen Stellen im sinusförmigen Verlauf negative Werte der Leistung, da U und I mit unterschiedlichen Vorzeichen multipliziert werden.
    • Diese können von einer Maschine/ Gerät nicht aufgenommen werden und verbleibt als sogenannte Blindleistung ungenutzt im Netzt
  • Phasenverschiebungswinkel φ  muss daher in Wechselstromkreisen zur Berechnung der Leistung berücksichtigt werden

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