Wärmepumpentechnik
Thermodynamik, Wärmepumpen, Technik Energieumwandlung
Thermodynamik, Wärmepumpen, Technik Energieumwandlung
Was sind die Grundlagen des Wärmeflusses, was setz es voraus?
- Wärme "fliesst" nur von einer wärmeren zur kälteren Substanz
- Ein Wärmefluss setzt eine Temperaturdifferenz aus
Was ist der Unterschied einer sensiblen und einer latenter Wärme?
- Sensibel => Eine Erwärmung eines Stoffes die man spüren kann! Beispiel Wasser von 10°C bis 50°C
- Latent => Eine Aggregatszustandsveränderung die viel Energie benötigt, jedoch nicht wärmer wird. Beispiel: 100° C Wasser in 100° C Dampf verändern.
Nenne mir die verschiedenen Begriffe, welche für die Aggregatszustandsveränderungen verwendet werden bzw. auch für die verschiedenen Zustände.
Fest => schmelzen => Flüssig => verdampfen => Gasförmig
Gasförmig => kondensieren => Flüssig => ersarren => Fest
Wie verändert Druck den Siedepunkt von Wasser?
Je höher der Druck, desto höher ist auch die Wassertemperatur bei welcher das Wasser verdampft!
Normal ==> Bei rund 1 Bar Luftdruck = Siedepunkt bei 100° C
Hoch => Bei rund 2 Bar Luftdruck = Siedepunkt bei 120° C
Tief=> Bei 0.02 Bar (Mount Everest) = Siedepunkt bei 20° C
Wasser können wir somit durch zuführen von Wärme zum Verdampfen bringen. So wird die Energie der Wärme in den Dampf umgewandelt. Wie können wir dies jedoch auch sonst noch erreichen?
- Wärmepumpentechnik
Wenn wir das Wasser in einen geschlossenen Behälter versetzen und diesem den Druck entziehen, so wird das Wasser bei einem gewissen punkt verdampfen (z.B. bei 0.02 bar siedet 20° C Wasser).
Da wir Dampf (Energie) entziehen, muss eine erzwungene Energieaufnahme stattfinden, diese wird aus der Umgebungswärme über die Topfwand abgezogen.
So kann man Wärmeenergie auf einem sehr tiefen Niveau aufnehmen und weiter verwenden.
Wie funktioniert nun das Prinzip der Wärmeaufnahme bzw. des Verdampfers auf der gegenüberliegenden Seite?
Kondensation
Wenn wir das gewonnene Gas nun wieder in einen Topf leiten und in diesem den Druck entspannen, kondensiert das Wasser und die entstehende Energie / Wärme des Dampfes wir an die Umgebung abgegeben.
Wie heissen die beiden Thermodynamik Hauptsätze?
1. Energiehaltungssatz Mechanik = Energien können nur umgewandelt werden, nicht aber vernichtet oder gebildet.
2. Richtung der Energieübertragung = Wärme geht niemals von selbst von einer niederen Temperatur zu einer höheren über.
Eine Wärmepumpe bestehet immer au vier Komponenten die in einem geschlossenen Kreislauf miteinander verbunden sind. Wie heissen diese?
- Verdampfer => Energie aus Umwelt entzogen
- Kompressor (Verdichter)
- Kondensator (Verflüssiger) => Energie wird an Heizsystem abgegeben
- Expansionsventil (Druckminderer)
Was sind die Aufgaben der vier Komponenten in einer Wärmepumpe?
- Verdampfer
=> Durch die Energie / Wärme der Umwelt wird das Kältemittel verdampft - Kompressor (Verdichter)
=> Der Kompressor saugt das Kältemittel an und komprimiert diesen auf einen höheren Druck. Dadurch steigt die Temperatur an. - Kondensator (Verflüssiger)
=> Hier kondensiert der Kältemitteldampf. Die gewonnene Wärme/Energie wird an ein Heizsystem abgegeben - Expansionsventil (Druckminderer)
=> Der hohe Druck wird reduziert, und die Temperatur des Kältemittels sinkt weiter.
Was verstehen wir bei einem Wärmepumpensystem unter Hoch- und Niederdruck?
Wie ist die Formel der Heizleistung einer Wärmepumpe?
Qh = Qo + Pe
Qh = Heizleistung
Qo = Kälteleistung (Entzugsleistung)
Pe = Leistungsaufnahme (elektrische Antriebsleistung)
Welche Eigenschaften definieren ein gutes Kältemittel?
- nicht giftig
- nicht brennbar
- kostengünstig
- kein Ozonabbaupotenzial
- gute thermodynamik
- gute Leistung bei kleinem Druck
Was ist das umwelttechnische Problem von Kältemitteln?
Die meisten Kältemittel sind entweder Ozonschichtabbauend oder in der Luft stabil = Treibhauseffekt.
Wie beschreibt man das Verhalten in einem Undichten System bzw. welche Eigenschaften haben eine hemmende Wirkung?
Je höher die Molmasse kg/kmol, desto geringer ist das Austreten des Kältemittels.
Erkläre mir in kurzen Worten den Treibhauseffekt
Die Sonne wirft kurzwellige Strahlen zur Erde. diese können durch die Atmosphäre hindurch bis zur Erde. Die Erde wird dabei erwärmt und wirft langwellige Strahlen zurück. Diese langwelligen Strahlen treffen auf die Treibhausgase (Methan, CO2, Wasserdampf) und wärmen dadurch die Umgebung nochmals auf bzw. leiten diese Strahlen erneut zur Erde zurück.
Dadurch bleibt die Erde auch warm bzw. falls die Schicht der Treibhausgase zu dick wird, wird es hier auch immer heisser.
Erkläre mir die Ozonschicht bzw. dessen Abbau.
Natürliches Ozon entsteht eigentlich durch das Bestrahlen von Sauerstoff O, womit dieses durch die Energie zu Ozon wird. Dieses steigt auf etwa 15 Kilometer über der Erde an und schützt uns da vor der schädlichen UV-Strahlung der Sonne. Sie ist somit wichtig für uns sowie jegliche Lebenswesen auf der Erde.
Nicht natürliches Ozon kann nahe dem Boden durch Hitze und anderes entstehen und dann erhalten wir teilweise auch Warnungen.
Das Ozonloch entsteht vor allem durch bestimmte chemische Substanzen, insbe-sondere durch sogenannte Ozonabbaustoffe wie chlorierte Fluorkohlenwasserstoffe (CFCs) und Halone.
Wenn diese Substanzen in die Atmosphäre freigesetzt werden, steigen sie auf und gelangen in die Stratosphäre wo sie die Ozonschicht abbauen. Je kälter die Temperaturen desto stärker der Abbau. Daher ist der Abbau über den Polarkappen auch am grössten.
Welche drei Verdichterbauformen unterscheiden wir?
- Offene Verdichter
- Halbhermetischer Verdichter
- Hermetischer Verdichter
Was sind die Eigenschaften des Offenen Verdichters und wo wird dieser angewendet?
- Motor und Verdichter sind verschiedene Baugruppen
- Die Antriebswelle wird gasdicht aus dem Gehäuse geführt.
- Bei Elektro- sowie Verbrennungsmotoren
Was sind die Eigenschaften des Halbhermetischen Verdichters und wo wird dieser angewendet?
- Motor und Verdichter bilden EINE Einheit
- Antriebswelle komplett im Gehäuse
- Die Kühlung erfolgt entweder durch Sauggaskühlung oder über das Gehäuse weg
Was sind die Eigenschaften des Hermetischen Verdichters und wo wird dieser angewendet?
- Motor und Verdichter bilden eine Einheit
- Antriebswelle komplett im Gehäuse
- Kühlung erfolgt entweder durch Sauggaskühlung oder über das Gehäuse
Welche Arten für Wärmeübertragern für den Verdampfer und Verflüssiger / Kompressor und Kondensator gibt es?
- Plattenwärmeübertrager
- Rohrbündelwärmeübertrager
- Koaxialwärmeübertrager
- Lamellenwärmeübertrager
Welche Bauarten der Expansionsventile gibt es?
- Thermostatisches Expansionsventil
- Elektronisches Expansionsventil
- Hoch- oder Niederdruck-Schwimmregler
Was regeln die Expansionsventile?
Expansionsventile regeln den Kältemittelfluss zum Verdampfer anhand der Saug-gasüberhitzung am Verdampferaustritt und werden ausschliesslich in Systemen mit trockener Verdampfung eingesetzt.
Die Sicherheitseinrichtungen in der Wärmepumpentechnik gehören zwar nicht zu den Hauptkomponenten, sind jedoch je nach grösse und Modell pflicht.
Welche zwei gängigsten finden sich dabei? Und welchen Bereich schützen sie?
- Hochdruckpressostat
- Abschaltung bei steigendem Druck
- zum Schutz des Verdichters
- Hochdruckseite
- Niederdruckpressostat
- Abschaltung bei sinkendem Druck
- Schutz des Verdichters
- Niederdruckseite
Wie heissen weitere Komponenten der Wärmepumpe?
- Filtertrockner
- Schuaglas mit Feuchtigkeitsindikator
- Magnetventil
- Druckregler
- Vibrationsabsorber
- Kältemittelsammler
- Ölabscheider
- etc.
Was sind die verschiedenen Funktionen der folgenden Komponenten?
- Filtertrockner
- Schuaglas mit Feuchtigkeitsindikator
- Magnetventil
- Druckregler
- Vibrationsabsorber
- Kältemittelsammler
- Ölabscheider
- Filtertrockner
- Zur Aufnahme von Restfeuchte im Kältesystem
- Schuaglas mit Feuchtigkeitsindikator
- Zur visuellen Kontrolle der Systemfeuchtigkeit und möglicher Verschmutzungen
- Magnetventil
- automatischen Ab- und Umschaltung / Absaugung einzelner Wärmetauscher
- Druckregler
- zur Druck konstanthaltung einzelner Systembereiche
- Vibrationsabsorber
- Flexibler Schlauch / zur Entkopplung schwingender Teile
- Kältemittelsammler
- Zur Kältemittelaufnahme bei unterschiedlichen Betriebszuständen
- Ölabscheider
- Zu Verhinderung von grossen Ölverlagerungen
Welche drei Möglichkeiten gibt es eine Luft/Wasser-Wärmepumpe aufzustellen bzw. wie heissen diese?
- Innnenaufgestellte
- Aussenaufgestellte
- Split-Bauweise
Was sind einzelne Eigenschaften einer Innenaufgestellten Anlage?
- Bauartz für kleinere bis mittelgrosse Objekte
- Die Optik des Gebäudes ist nicht betroffen
- Höhere Kosten, da mer Luftkanäle nach aussen und innen
- Wann immer möglich Frisch- und Fortluft über eine Ecke zu und wegführen um Luftkurzschlüsse zu vermeiden
Nenne einige Eigenschaften einer Split-Bauweise?
- Verdampfer Aussen
- Verflüssiger Innen
- Aussengerät sollte so nah als möglich am Gebäude bzw. am Heizungsraum stehen um den Kühlmittelkreislauf möglichst kurz zu halten
- Günstigste Wärmepumpe
- Schlechteste Performance je kälter draussen
Nenne mir einige Eigenschaften einer Aussenaufgestellten Anlage?
- Die gebräuchlichste Form der WP
- Wärme wird direkt im Aussengerät erzeugt und dann ins Haus am Heizsystem abgegeben
- Möglichst kurze Wege bis zur Heizverteilung
- Luftaus- und absaugseite von allen Seiten zugänglich
Wofür wird im Haushalt am meisten Energie verwendet?
Raumheizung und Warmwasseraufbereitung
Warum gelten Wärmepumpen als besonders effizient?
Weil sie anhand eines besonderen Systems, die Wärmeenergie aus Luft, Wasser oder Boden nehmen können.
Was ist der ungefaire prozuentale Energieverbrauch in einem Haushalt?
88%
77% Heizen und 11% Warmwasser
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Lernkarten
Was sind die Grundlagen des Wärmeflusses, was setz es voraus?
- Wärme "fliesst" nur von einer wärmeren zur kälteren Substanz
- Ein Wärmefluss setzt eine Temperaturdifferenz aus
Was ist der Unterschied einer sensiblen und einer latenter Wärme?
- Sensibel => Eine Erwärmung eines Stoffes die man spüren kann! Beispiel Wasser von 10°C bis 50°C
- Latent => Eine Aggregatszustandsveränderung die viel Energie benötigt, jedoch nicht wärmer wird. Beispiel: 100° C Wasser in 100° C Dampf verändern.
Nenne mir die verschiedenen Begriffe, welche für die Aggregatszustandsveränderungen verwendet werden bzw. auch für die verschiedenen Zustände.
Fest => schmelzen => Flüssig => verdampfen => Gasförmig
Gasförmig => kondensieren => Flüssig => ersarren => Fest
Wie verändert Druck den Siedepunkt von Wasser?
Je höher der Druck, desto höher ist auch die Wassertemperatur bei welcher das Wasser verdampft!
Normal ==> Bei rund 1 Bar Luftdruck = Siedepunkt bei 100° C
Hoch => Bei rund 2 Bar Luftdruck = Siedepunkt bei 120° C
Tief=> Bei 0.02 Bar (Mount Everest) = Siedepunkt bei 20° C
Wasser können wir somit durch zuführen von Wärme zum Verdampfen bringen. So wird die Energie der Wärme in den Dampf umgewandelt. Wie können wir dies jedoch auch sonst noch erreichen?
- Wärmepumpentechnik
Wenn wir das Wasser in einen geschlossenen Behälter versetzen und diesem den Druck entziehen, so wird das Wasser bei einem gewissen punkt verdampfen (z.B. bei 0.02 bar siedet 20° C Wasser).
Da wir Dampf (Energie) entziehen, muss eine erzwungene Energieaufnahme stattfinden, diese wird aus der Umgebungswärme über die Topfwand abgezogen.
So kann man Wärmeenergie auf einem sehr tiefen Niveau aufnehmen und weiter verwenden.
Wie funktioniert nun das Prinzip der Wärmeaufnahme bzw. des Verdampfers auf der gegenüberliegenden Seite?
Kondensation
Wenn wir das gewonnene Gas nun wieder in einen Topf leiten und in diesem den Druck entspannen, kondensiert das Wasser und die entstehende Energie / Wärme des Dampfes wir an die Umgebung abgegeben.
Wie heissen die beiden Thermodynamik Hauptsätze?
1. Energiehaltungssatz Mechanik = Energien können nur umgewandelt werden, nicht aber vernichtet oder gebildet.
2. Richtung der Energieübertragung = Wärme geht niemals von selbst von einer niederen Temperatur zu einer höheren über.
Eine Wärmepumpe bestehet immer au vier Komponenten die in einem geschlossenen Kreislauf miteinander verbunden sind. Wie heissen diese?
- Verdampfer => Energie aus Umwelt entzogen
- Kompressor (Verdichter)
- Kondensator (Verflüssiger) => Energie wird an Heizsystem abgegeben
- Expansionsventil (Druckminderer)
Was sind die Aufgaben der vier Komponenten in einer Wärmepumpe?
- Verdampfer
=> Durch die Energie / Wärme der Umwelt wird das Kältemittel verdampft - Kompressor (Verdichter)
=> Der Kompressor saugt das Kältemittel an und komprimiert diesen auf einen höheren Druck. Dadurch steigt die Temperatur an. - Kondensator (Verflüssiger)
=> Hier kondensiert der Kältemitteldampf. Die gewonnene Wärme/Energie wird an ein Heizsystem abgegeben - Expansionsventil (Druckminderer)
=> Der hohe Druck wird reduziert, und die Temperatur des Kältemittels sinkt weiter.
Was verstehen wir bei einem Wärmepumpensystem unter Hoch- und Niederdruck?
Wie ist die Formel der Heizleistung einer Wärmepumpe?
Qh = Qo + Pe
Qh = Heizleistung
Qo = Kälteleistung (Entzugsleistung)
Pe = Leistungsaufnahme (elektrische Antriebsleistung)
Welche Eigenschaften definieren ein gutes Kältemittel?
- nicht giftig
- nicht brennbar
- kostengünstig
- kein Ozonabbaupotenzial
- gute thermodynamik
- gute Leistung bei kleinem Druck
Was ist das umwelttechnische Problem von Kältemitteln?
Die meisten Kältemittel sind entweder Ozonschichtabbauend oder in der Luft stabil = Treibhauseffekt.
Wie beschreibt man das Verhalten in einem Undichten System bzw. welche Eigenschaften haben eine hemmende Wirkung?
Je höher die Molmasse kg/kmol, desto geringer ist das Austreten des Kältemittels.
Erkläre mir in kurzen Worten den Treibhauseffekt
Die Sonne wirft kurzwellige Strahlen zur Erde. diese können durch die Atmosphäre hindurch bis zur Erde. Die Erde wird dabei erwärmt und wirft langwellige Strahlen zurück. Diese langwelligen Strahlen treffen auf die Treibhausgase (Methan, CO2, Wasserdampf) und wärmen dadurch die Umgebung nochmals auf bzw. leiten diese Strahlen erneut zur Erde zurück.
Dadurch bleibt die Erde auch warm bzw. falls die Schicht der Treibhausgase zu dick wird, wird es hier auch immer heisser.
Erkläre mir die Ozonschicht bzw. dessen Abbau.
Natürliches Ozon entsteht eigentlich durch das Bestrahlen von Sauerstoff O, womit dieses durch die Energie zu Ozon wird. Dieses steigt auf etwa 15 Kilometer über der Erde an und schützt uns da vor der schädlichen UV-Strahlung der Sonne. Sie ist somit wichtig für uns sowie jegliche Lebenswesen auf der Erde.
Nicht natürliches Ozon kann nahe dem Boden durch Hitze und anderes entstehen und dann erhalten wir teilweise auch Warnungen.
Das Ozonloch entsteht vor allem durch bestimmte chemische Substanzen, insbe-sondere durch sogenannte Ozonabbaustoffe wie chlorierte Fluorkohlenwasserstoffe (CFCs) und Halone.
Wenn diese Substanzen in die Atmosphäre freigesetzt werden, steigen sie auf und gelangen in die Stratosphäre wo sie die Ozonschicht abbauen. Je kälter die Temperaturen desto stärker der Abbau. Daher ist der Abbau über den Polarkappen auch am grössten.
Welche drei Verdichterbauformen unterscheiden wir?
- Offene Verdichter
- Halbhermetischer Verdichter
- Hermetischer Verdichter
Was sind die Eigenschaften des Offenen Verdichters und wo wird dieser angewendet?
- Motor und Verdichter sind verschiedene Baugruppen
- Die Antriebswelle wird gasdicht aus dem Gehäuse geführt.
- Bei Elektro- sowie Verbrennungsmotoren
Was sind die Eigenschaften des Halbhermetischen Verdichters und wo wird dieser angewendet?
- Motor und Verdichter bilden EINE Einheit
- Antriebswelle komplett im Gehäuse
- Die Kühlung erfolgt entweder durch Sauggaskühlung oder über das Gehäuse weg
Was sind die Eigenschaften des Hermetischen Verdichters und wo wird dieser angewendet?
- Motor und Verdichter bilden eine Einheit
- Antriebswelle komplett im Gehäuse
- Kühlung erfolgt entweder durch Sauggaskühlung oder über das Gehäuse
Welche Arten für Wärmeübertragern für den Verdampfer und Verflüssiger / Kompressor und Kondensator gibt es?
- Plattenwärmeübertrager
- Rohrbündelwärmeübertrager
- Koaxialwärmeübertrager
- Lamellenwärmeübertrager
Welche Bauarten der Expansionsventile gibt es?
- Thermostatisches Expansionsventil
- Elektronisches Expansionsventil
- Hoch- oder Niederdruck-Schwimmregler
Was regeln die Expansionsventile?
Expansionsventile regeln den Kältemittelfluss zum Verdampfer anhand der Saug-gasüberhitzung am Verdampferaustritt und werden ausschliesslich in Systemen mit trockener Verdampfung eingesetzt.
Die Sicherheitseinrichtungen in der Wärmepumpentechnik gehören zwar nicht zu den Hauptkomponenten, sind jedoch je nach grösse und Modell pflicht.
Welche zwei gängigsten finden sich dabei? Und welchen Bereich schützen sie?
- Hochdruckpressostat
- Abschaltung bei steigendem Druck
- zum Schutz des Verdichters
- Hochdruckseite
- Niederdruckpressostat
- Abschaltung bei sinkendem Druck
- Schutz des Verdichters
- Niederdruckseite
Wie heissen weitere Komponenten der Wärmepumpe?
- Filtertrockner
- Schuaglas mit Feuchtigkeitsindikator
- Magnetventil
- Druckregler
- Vibrationsabsorber
- Kältemittelsammler
- Ölabscheider
- etc.
Was sind die verschiedenen Funktionen der folgenden Komponenten?
- Filtertrockner
- Schuaglas mit Feuchtigkeitsindikator
- Magnetventil
- Druckregler
- Vibrationsabsorber
- Kältemittelsammler
- Ölabscheider
- Filtertrockner
- Zur Aufnahme von Restfeuchte im Kältesystem
- Schuaglas mit Feuchtigkeitsindikator
- Zur visuellen Kontrolle der Systemfeuchtigkeit und möglicher Verschmutzungen
- Magnetventil
- automatischen Ab- und Umschaltung / Absaugung einzelner Wärmetauscher
- Druckregler
- zur Druck konstanthaltung einzelner Systembereiche
- Vibrationsabsorber
- Flexibler Schlauch / zur Entkopplung schwingender Teile
- Kältemittelsammler
- Zur Kältemittelaufnahme bei unterschiedlichen Betriebszuständen
- Ölabscheider
- Zu Verhinderung von grossen Ölverlagerungen
Welche drei Möglichkeiten gibt es eine Luft/Wasser-Wärmepumpe aufzustellen bzw. wie heissen diese?
- Innnenaufgestellte
- Aussenaufgestellte
- Split-Bauweise
Was sind einzelne Eigenschaften einer Innenaufgestellten Anlage?
- Bauartz für kleinere bis mittelgrosse Objekte
- Die Optik des Gebäudes ist nicht betroffen
- Höhere Kosten, da mer Luftkanäle nach aussen und innen
- Wann immer möglich Frisch- und Fortluft über eine Ecke zu und wegführen um Luftkurzschlüsse zu vermeiden
Nenne einige Eigenschaften einer Split-Bauweise?
- Verdampfer Aussen
- Verflüssiger Innen
- Aussengerät sollte so nah als möglich am Gebäude bzw. am Heizungsraum stehen um den Kühlmittelkreislauf möglichst kurz zu halten
- Günstigste Wärmepumpe
- Schlechteste Performance je kälter draussen
Nenne mir einige Eigenschaften einer Aussenaufgestellten Anlage?
- Die gebräuchlichste Form der WP
- Wärme wird direkt im Aussengerät erzeugt und dann ins Haus am Heizsystem abgegeben
- Möglichst kurze Wege bis zur Heizverteilung
- Luftaus- und absaugseite von allen Seiten zugänglich
Wofür wird im Haushalt am meisten Energie verwendet?
Raumheizung und Warmwasseraufbereitung
Warum gelten Wärmepumpen als besonders effizient?
Weil sie anhand eines besonderen Systems, die Wärmeenergie aus Luft, Wasser oder Boden nehmen können.
Was ist der ungefaire prozuentale Energieverbrauch in einem Haushalt?
88%
77% Heizen und 11% Warmwasser
