WEBVTT

00:00:10.640 --> 00:00:12.900
Ich begrüße Sie zu der Vorlesung

00:00:12.900 --> 00:00:15.300
zum Thema Wärmepumpen.

00:00:16.110 --> 00:00:18.000
Wärmepumpen: ein ganz wichtiges Thema

00:00:18.000 --> 00:00:21.000
für die Zukunft, denn sie ist eine der Heiztechnologien,

00:00:21.000 --> 00:00:23.700 
die in Deutschland und

00:00:23.700 --> 00:00:26.600
in anderen Ländern sehr viel Raum greifen werden,

00:00:26.800 --> 00:00:28.700
weil sie sehr effizient ist.

00:00:29.000 --> 00:00:32.069
Und im ersten Teil geht es

00:00:32.069 --> 00:00:34.842
zunächst um  

00:00:34.842 --> 00:00:36.800
das thermodynamische Funktionsprinzip

00:00:36.800 --> 00:00:37.860
dieser Geräte.

00:00:40.730 --> 00:00:42.800
Wenn man über Wärmepumpen spricht,

00:00:43.360 --> 00:00:46.151
spricht man quasi automatisch über Kältemaschinen.

00:00:46.151 --> 00:00:47.304
Kältemaschinen

00:00:47.304 --> 00:00:49.534
kennen Sie alle,

00:00:49.534 --> 00:00:52.000
jeder von Ihnen hat einen Kühlschrank zu Hause.

00:00:52.164 --> 00:00:54.700
Beim Kühlschrank-Prozess entnimmt man

00:00:54.700 --> 00:00:57.440
dem Kühlschrank-Inneren Energie (Wärme)

00:00:59.430 --> 00:01:01.500
und transferiert sie

00:01:02.052 --> 00:01:03.763
auf ein höheres Temperaturniveau um die Wärme

00:01:03.763 --> 00:01:05.900
dann hinten an dem schwarzen Rippen-Register wieder abzugeben.

00:01:05.900 --> 00:01:07.700
Jeder, der schon mal einen Kühlschrank

00:01:07.700 --> 00:01:09.100
umgezogen hat, kennt dieses Register,

00:01:09.100 --> 00:01:11.000
es lässt sich schwer anpacken.

00:01:11.600 --> 00:01:13.920
Das gibt die Wärme an die Raumluft, an die Küchenluft ab.

00:01:15.710 --> 00:01:18.890
Das heißt, es wird Wärmeenergie,

00:01:18.990 --> 00:01:20.900
mit niedriger Temperatur,

00:01:21.000 --> 00:01:23.080
man könnte auch sagen Kälteenergie,

00:01:23.980 --> 00:01:26.880
auf ein höheres Temperaturniveau transferiert

00:01:26.999 --> 00:01:31.000
und dort als Abwärme abgegeben.

00:01:31.800 --> 00:01:35.000
Baut man so eine Kältemaschine,

00:01:35.200 --> 00:01:38.000
grösser, zum Beispiel

00:01:38.000 --> 00:01:39.600
um ein Gebäude zu kühlen,

00:01:39.600 --> 00:01:43.290
dann wird in der Regel Wasser abgekühlt;

00:01:43.880 --> 00:01:46.900
und die Abwärme wird an die Außenluft abgegeben.

00:01:46.900 --> 00:01:48.724
Das sind die Geräte, die dann

00:01:48.724 --> 00:01:50.800
irgendwo auf dem Dach stehen und

00:01:50.900 --> 00:01:52.530
Abwärme an die Umgebung abgeben.

00:01:56.150 --> 00:01:58.800
Die Wärmepumpe ist genau das Gleiche.

00:01:59.000 --> 00:02:01.490
Man hört immer, "das ist das Gleiche, nur umgekehrt",

00:02:01.490 --> 00:02:04.600
aber Nein, es ist überhaupt nicht umgekehrt.

00:02:04.700 --> 00:02:06.390
Der Prozess ist ganz genau der gleiche.

00:02:06.390 --> 00:02:09.700
Mann entnimmt Wärme auf niedrigem Temperaturniveau, 

00:02:10.000 --> 00:02:12.000
in der Regel ist das die Umgebung, 

00:02:12.000 --> 00:02:15.999
zum Beispiel die Außenluft, das Erdreich, Wasser, Abwärme,

00:02:16.100 --> 00:02:19.803
und transferiert es auf ein höheres Temperaturniveau,

00:02:19.803 --> 00:02:23.431
um es dort zu nutzen, nämlich ins Heizungswasser oder

00:02:23.631 --> 00:02:27.998
in die Zuluft einer Lüftungsanlage oder Ähnliches.

00:02:28.208 --> 00:02:29.999
Das heißt, der Prozess ist der Gleiche,

00:02:30.219 --> 00:02:34.799
nur die Nutzenseite ist eine andere.

00:02:34.999 --> 00:02:36.999
Beim Kälteaggregat ist der Nutzen

00:02:36.999 --> 00:02:39.899
die kalte Seite des Prozesses

00:02:40.710 --> 00:02:41.900
und bei der Wärmepumpe

00:02:41.900 --> 00:02:44.720
ist es die warme Seite des Prozesses.

00:02:48.740 --> 00:02:50.700
Das Ganze ist so ein bisschen

00:02:50.800 --> 00:02:52.800
wie wenn Wasser den Berg hinauf fließt:

00:02:52.900 --> 00:02:53.827
die Wärme von niedriger

00:02:53.827 --> 00:02:56.723
auf hohe Temperatur zu bringen

00:02:56.800 --> 00:02:59.800
braucht Antriebsarbeit und

00:02:59.800 --> 00:03:01.700
diese Antriebsarbeit wird normalerweise

00:03:01.800 --> 00:03:03.200
mechanisch zugeführt,

00:03:03.200 --> 00:03:05.400
über einen mechanischen Verdichter, 

00:03:05.500 --> 00:03:08.173
meistens angetrieben über einen Elektromotor.

00:03:08.273 --> 00:03:11.100
Es gibt auch Produkte,

00:03:11.200 --> 00:03:14.590
die den Prozess über einen Verbrennungsmotor antreiben,

00:03:16.590 --> 00:03:18.614
das sind zum Beispiel diese

00:03:18.614 --> 00:03:20.000
Haushaltskühlschränke oder Wärmepumpen.

00:03:20.148 --> 00:03:22.372
Man spricht von einem Kompressionsprozess

00:03:22.372 --> 00:03:24.300
oder von Kompressionsgeräten,

00:03:24.300 --> 00:03:26.510
aufgrund dieser mechanischen Verdichtung.

00:03:27.310 --> 00:03:30.068
Es gibt aber auch, und alle Camper

00:03:30.068 --> 00:03:31.057
unter Ihnen kennen das, es gibt auch

00:03:31.057 --> 00:03:33.606
sogenannte Sorptionsgeräte, 

00:03:33.606 --> 00:03:35.125
nämlich mit Wärme angetriebene Geräte.

00:03:35.425 --> 00:03:39.784
Diese Geräte können Sie mit dem Abgas einer Gasflamme

00:03:39.890 --> 00:03:42.003
antreiben oder auch

00:03:42.003 --> 00:03:44.521
mit der Autobatterie antreiben - 

00:03:44.521 --> 00:03:47.500
aber dann wird der Strom auch nur in Wärme umgewandelt,

00:03:47.600 --> 00:03:49.211
um den Prozess anzutreiben.

00:03:49.711 --> 00:03:51.863
Das sind also typischerweise Camping-Kühlschränke,

00:03:51.863 --> 00:03:53.914
auch in Hotelzimmern

00:03:53.914 --> 00:03:56.306
sind die verbreitet, weil sie

00:03:56.306 --> 00:03:58.898
sehr leise sind. Bei einem Kompressor

00:03:58.898 --> 00:04:00.220
hören Sie ja immer das Surren

00:04:00.770 --> 00:04:02.724
des Kühlschranks, wenn der Kompressor einschaltet,

00:04:02.724 --> 00:04:04.800
aber bei einem Sorptionsgerät

00:04:04.800 --> 00:04:05.980
hören Sie nichts!

00:04:08.020 --> 00:04:10.199
Es sei denn, die Flamme macht Geräusche,

00:04:10.399 --> 00:04:11.999
aber wenn es elektrisch angetrieben wird,

00:04:11.999 --> 00:04:13.700
dann hören Sie gar nichts.

00:04:15.700 --> 00:04:17.104
Es gibt auch große Kältemaschinen,

00:04:17.104 --> 00:04:19.223
Tieftemperatur-Kältemaschinen,

00:04:19.223 --> 00:04:23.740
die mit solchen Sorptionstechniken betrieben werden.

00:04:27.950 --> 00:04:30.499
Jetzt schauen wir ausgehend von diesem Prinzipschema, 

00:04:30.499 --> 00:04:32.400
in die Kältemaschine bzw. Wärmepumpe hinein,

00:04:32.699 --> 00:04:35.600
wie funktioniert der Prozess und

00:04:35.600 --> 00:04:38.100
wir sehen uns auch den Sorptionsprozess an.

00:04:38.100 --> 00:04:41.000
Wir beginnen zunächst mit dem Kompressionsprozess.

00:04:41.102 --> 00:04:44.199
Wir haben einen Verdampfer, bzw..

00:04:44.199 --> 00:04:45.780
Zunächst mal

00:04:45.780 --> 00:04:48.442
haben wir ein umlaufendes Fluid,

00:04:48.542 --> 00:04:50.900
das nennt man Kältemittel.

00:04:52.460 --> 00:04:54.555
Das ist der Fachbegriff, ein Kältemittel,

00:04:54.555 --> 00:04:59.000
das sind bei Wärmepumpen typischerweise

00:04:59.100 --> 00:05:01.274
Sicherheitskältemittel, 

00:05:01.474 --> 00:05:05.549
nämlich halogenierte Fluorkohlenwasserstoffe.

00:05:05.849 --> 00:05:08.243
Früher waren das FCKWs,

00:05:08.443 --> 00:05:12.737
also Ozon-schädigende Kältemittel,

00:05:12.937 --> 00:05:14.932
die sind mittlerweile lange verboten,

00:05:14.932 --> 00:05:16.026
wir schauen nachher

00:05:16.026 --> 00:05:18.720
auf Kältemittel.

00:05:19.860 --> 00:05:24.586
Man kann R134a oder R407c oder

00:05:24.586 --> 00:05:25.811
auch Propan als Kältemittel verwenden,

00:05:25.911 --> 00:05:28.437
auch CO2 kann man verwenden,

00:05:28.437 --> 00:05:30.444
da schauen wir nachher 

00:05:30.544 --> 00:05:32.100
nochmal drauf.

00:05:33.000 --> 00:05:37.512
Das Fluid zirkuliert in diesem Kältekreis

00:05:37.612 --> 00:05:38.936
und strömt, ich fange mal hier

00:05:38.936 --> 00:05:40.900
mit diesem Betriebspunkt (grün) an,

00:05:41.000 --> 00:05:43.285
zunächst in den Verdampfer.

00:05:43.685 --> 00:05:46.509
Im Verdampfer soll das Kältemittel ja Wärmeenergie

00:05:46.509 --> 00:05:49.033
aus der Umgebung aufnehmen, zum Beispiel

00:05:49.033 --> 00:05:51.520
ist die Umgebung 0° Celsius kalt,

00:05:52.780 --> 00:05:55.613
die Außenluft zum Beispiel ist 0 Grad Celsius kalt.

00:05:55.613 --> 00:05:58.000
Und die wird dadurch weiter abgekühlt,

00:05:58.141 --> 00:06:00.874
zum Beispiel auf -4 Grad, damit das

00:06:00.874 --> 00:06:03.707
von selbst passiert, muss es an dieser Stelle (Punkt 1)

00:06:03.707 --> 00:06:06.435
natürlich kälter sein, zum Beispiel -8 Grad Celsius.

00:06:06.999 --> 00:06:09.000
Der zugehörige Druck,

00:06:09.125 --> 00:06:11.306
das sind jetzt beispielhafte Stoffwerte

00:06:11.306 --> 00:06:15.200
für das Kältemittel Propan, ist mit angegeben.

00:06:16.064 --> 00:06:18.200
In dem Verdampfer

00:06:18.500 --> 00:06:20.840
nimmt das Kältemittel Wärme auf.

00:06:22.310 --> 00:06:24.904
Dieser Umgebungsstrom, die Außenluft

00:06:24.904 --> 00:06:29.577
oder ein Sole-Wasser-Glykol-Gemisch,

00:06:29.577 --> 00:06:31.000
das durch das Erdreich zirkuliert,

00:06:31.050 --> 00:06:33.323
gibt hier Wärme ab, das Kältemittel

00:06:33.323 --> 00:06:36.300
nimmt Wärme auf und hier haben wir

00:06:36.300 --> 00:06:38.300
Flüssigkeit-Dampf-Gemisch, also

00:06:38.300 --> 00:06:40.685
teilt Flüssigkeit, teilt Dampf,

00:06:40.685 --> 00:06:43.300
das verdampft vollständig und erwärmt sich

00:06:43.300 --> 00:06:45.667
vielleicht noch ein bisschen, auf -3 Grad Celsius,

00:06:45.667 --> 00:06:47.320
bei etwa konstantem Druck. (Punkt 2)

00:06:49.190 --> 00:06:51.600
Jetzt haben wir hier in das Kältemittel

00:06:51.800 --> 00:06:53.699
Energie eingekoppelt und

00:06:53.699 --> 00:06:56.184
damit der Prozess geschlossen ist,

00:06:56.284 --> 00:06:58.570
damit es ein Kreisprozess ist,

00:06:58.670 --> 00:07:01.255
muss man diese Energie auch wieder loswerden

00:07:01.255 --> 00:07:03.240
und wir wollen die ja loswerden

00:07:03.240 --> 00:07:06.426
auf höherem Temperaturniveau, und in dem Fall

00:07:06.426 --> 00:07:08.580
bei der Wärmepumpe Nutzen erzeugen.

00:07:09.290 --> 00:07:11.200
Und das Heizungswasser, zum Beispiel,

00:07:11.200 --> 00:07:14.900
von 30 auf 35 Grad erwärmen und

00:07:14.900 --> 00:07:17.000
damit das funktioniert,

00:07:17.647 --> 00:07:20.769
Also damit wir den Dampf von -3 Grad

00:07:20.769 --> 00:07:23.692
auf mindestens 35 Grad erwärmen,

00:07:23.999 --> 00:07:25.640
machen wir eine Druckerhöhung.

00:07:26.570 --> 00:07:29.032
Das ist das Mittel der Wahl, denn wenn man

00:07:29.032 --> 00:07:31.300
den Druck erhöht, steigt bei einem Dampf

00:07:31.300 --> 00:07:33.500
auch die Temperatur, in diesem Beispiel

00:07:33.500 --> 00:07:37.008
hier erhöhen wir den Druck auf 13,2 bar

00:07:37.008 --> 00:07:39.900
und die Temperatur steigt auf 62 Grad. (Punkt 3)

00:07:42.250 --> 00:07:45.078
Von dort geht das Kältemittel dann

00:07:45.078 --> 00:07:47.706
in den Kondensator, gibt Wärme ab und

00:07:47.906 --> 00:07:50.163
das Heizungswasser erwärmt sich dadurch.

00:07:50.263 --> 00:07:52.620
Zunächst wird der Kältemittel-Dampf im Vedampfer abgekühlt

00:07:53.590 --> 00:07:56.000
und dann kondensiert der Dampf,

00:07:56.025 --> 00:07:58.000
wird im Kondensator flüssig.

00:07:58.000 --> 00:07:59.660
Deshalb heißt das Ding Kondensator.

00:08:03.850 --> 00:08:06.205
Ja, und jetzt sind wir hier (Punkt 4) 

00:08:06.205 --> 00:08:08.900
bei etwa gleichem Druck wie vor dem Kondensator

00:08:08.900 --> 00:08:11.400
aber bei nur noch 33 Grad, das Kältemittel ist also kälter geworden

00:08:11.400 --> 00:08:13.447
und hat sich verflüssigt.

00:08:13.547 --> 00:08:16.303
Um wieder auf 3,65 bar Druck zu kommen,

00:08:16.303 --> 00:08:20.700
braucht man eine Drossel und wenn wir

00:08:20.800 --> 00:08:22.975
ein Fluid drosseln, dann kühlt es sich auch ab,

00:08:22.975 --> 00:08:27.401
deshalb der Temperaturabfall von 33 Grad auf -8 Grad und

00:08:27.401 --> 00:08:28.586
damit ist der Kreisprozess geschlossen

00:08:28.586 --> 00:08:29.999
und kann von Neuem beginnen.

00:08:38.690 --> 00:08:41.105
Und was ist jetzt anders bei Sorptionsgeräten?

00:08:41.105 --> 00:08:43.419
Naja, bei Sorptiongeräten,

00:08:43.519 --> 00:08:47.500
da bleiben Kondensator,

00:08:47.500 --> 00:08:50.760
Drossel und Verdampfer gleich.

00:08:52.460 --> 00:08:55.168
Die sind unverändert.

00:08:55.268 --> 00:08:57.000
Was sich verändert,

00:08:57.000 --> 00:08:59.280
ist der Verdichterteil.

00:09:00.760 --> 00:09:03.000
Und zwar könnte man jetzt von einem 

00:09:03.000 --> 00:09:05.496
thermisch-mechanischen Verdichter sprechen.

00:09:06.296 --> 00:09:10.210
Und das ist auch nicht mehr ein Stoff,

00:09:11.050 --> 00:09:13.676
sondern es sind in jedem Fall zwei Stoffe,

00:09:13.676 --> 00:09:16.501
die als Fluide verwendet werden

00:09:16.601 --> 00:09:20.272
oder als Stoffsystem verwendet werden,

00:09:20.372 --> 00:09:22.398
zum Beispiel Wasser(H2O) mit Lithiumbromid(LiBr),

00:09:22.598 --> 00:09:24.623
dann wäre Wasser das Kältemittel,

00:09:24.623 --> 00:09:27.949
der hier links zirkuliert und rechts hätten wir

00:09:27.949 --> 00:09:29.220
Wasser-Lithiumbromid (-Gemisch).

00:09:30.330 --> 00:09:32.999
Beim Stoffsystem Ammoniak(NH3)- Wasser(H2O), da wäre das Ammoniak

00:09:32.999 --> 00:09:35.711
das Kältemittel, was hier links zirkuliert

00:09:35.711 --> 00:09:37.284
und Ammoniak/Wasser-Gemisch hätten wir rechts

00:09:37.484 --> 00:09:40.100
in den beiden Aggregaten.

00:09:40.390 --> 00:09:41.700
Ja, und was man jetzt macht,

00:09:41.700 --> 00:09:44.300
das ist sozusagen einen Umweg,

00:09:44.500 --> 00:09:45.908
vorher haben wir ja den Dampf genommen

00:09:45.908 --> 00:09:48.109
und haben den direkt verdichtet,

00:09:48.415 --> 00:09:52.500
in einem Kompressionsaggregat.

00:09:53.100 --> 00:09:55.584
Jetzt lösen wir den Dampf,

00:09:55.584 --> 00:09:58.300
der hier aus dem Verdampfer kommt, in einem Fluid,

00:09:58.354 --> 00:10:01.123
was sehr stark hygroskopisch ist,

00:10:01.123 --> 00:10:04.661
was diesen Dampf,

00:10:04.661 --> 00:10:06.330
der aus dem Verdampfer rauskommt,

00:10:06.230 --> 00:10:09.109
sehr gut löst. 

00:10:09.999 --> 00:10:11.996
Und bei dieser Absorption

00:10:11.996 --> 00:10:14.081
wird sogar Wärme frei,

00:10:14.081 --> 00:10:16.700
die man als Nutzwärme aus dem Absorber abführen kann,

00:10:17.086 --> 00:10:18.800
zusätzlich zu der Nutzwärme,

00:10:18.800 --> 00:10:21.500
die oben im Kondensator anfällt.

00:10:21.800 --> 00:10:23.382
So, jetzt haben wir

00:10:23.482 --> 00:10:26.800
dieses Kältemittel in diesem Fluid gelöst. 

00:10:27.076 --> 00:10:30.371
Das ist ja jetzt in dem Fall hier

00:10:30.371 --> 00:10:33.066
ein wässriges Lithiumbromid-Gemisch.

00:10:33.166 --> 00:10:36.960
Vor der Lösung war das sehr stark angereichert

00:10:36.960 --> 00:10:38.755
mit Litiumbromid und

00:10:38.755 --> 00:10:41.000
dann kommt jetzt dieses Wasser dazu.

00:10:41.144 --> 00:10:43.999
Somit ist das jetzt stärker wässrig, 

00:10:43.999 --> 00:10:47.726
d.h. der Lithiumbromid-Gehalt ist geringer geworden.

00:10:48.700 --> 00:10:51.343
Um jetzt den Prozess weiterzutreiben

00:10:51.343 --> 00:10:54.047
und die Wärme wieder, also die Energie,

00:10:54.047 --> 00:10:55.500
die wir im Absorber eingekoppelt haben,

00:10:55.400 --> 00:10:56.950
wieder loszuwerden,

00:11:01.290 --> 00:11:03.497
bringt man die Flüssigkeit

00:11:03.597 --> 00:11:04.950
auf einen höheren Druck.

00:11:07.180 --> 00:11:09.962
Der Vorteil ist: eine Flüssigkeitsverdichtung

00:11:10.119 --> 00:11:12.744
braucht viel weniger Energie als 

00:11:12.744 --> 00:11:14.970
die Verdichtung von Dampf (wie im Kompressionsprozeß).

00:11:15.770 --> 00:11:17.960
Für die Verdichtung einer Flüssigkeit

00:11:20.210 --> 00:11:23.000
steht ganz links die

00:11:23.000 --> 00:11:26.007
Formel für die hydraulische Leistung, 

00:11:26.107 --> 00:11:30.500
also die Leistung, die Sie brauchen, um 

00:11:30.775 --> 00:11:32.800
eine Druckerhöhung zu bewirken,

00:11:32.800 --> 00:11:37.120
das ist Druckdifferenz Delta p mal Volumenstrom V_pkt.

00:11:40.580 --> 00:11:42.700
Das heißt, da ist nicht

00:11:42.700 --> 00:11:44.000
der Massenstrom entscheidend,

00:11:44.000 --> 00:11:46.600
sondern der Volumenstrom, und

00:11:46.600 --> 00:11:50.000
bei gleichem Massenstrom hat ein Dampf ja

00:11:50.000 --> 00:11:52.674
ein viel größeres Volumen als

00:11:52.674 --> 00:11:55.065
die Flüssigkeit mit gleicher Masse

00:11:55.365 --> 00:11:57.857
und der Faktor, der dazwischen steckt,

00:11:57.857 --> 00:12:00.448
ist etwa der Faktor 1.000, also

00:12:00.448 --> 00:12:05.000
fast 3 Zehnerpotenzen Unterschied,

00:12:05.086 --> 00:12:09.180
das heißt, für die gleiche Druckerhöhung

00:12:09.180 --> 00:12:14.000
brauchen Sie bei einem Dampf nur etwa

00:12:14.000 --> 00:12:17.660
ein Tausendstel der hydraulischen Leistung.

00:12:21.730 --> 00:12:24.095
Also im Sorptionsprozeß brauchen Sie nicht viel

00:12:24.205 --> 00:12:26.505
mechanische Verdichterarbeit, aber

00:12:26.505 --> 00:12:30.521
Sie müssen dieses Kältemittel, 

00:12:30.521 --> 00:12:33.045
was Sie vorher in dem Fluid gelöst haben,

00:12:33.045 --> 00:12:34.109
ja auch wieder loswerden,

00:12:34.700 --> 00:12:36.396
bei diesem höheren Druck.

00:12:36.496 --> 00:12:38.297
Und das machen Sie einfach,

00:12:38.397 --> 00:12:40.854
indem Sie hoch temperierte Wärme zuführen,

00:12:40.854 --> 00:12:42.700
indem Sie das wieder auskochen.

00:12:43.268 --> 00:12:46.024
Ja, das ist so, wie wenn Sie einen Topf

00:12:46.024 --> 00:12:48.700
mit Salz auf den Ofen stellen,

00:12:48.800 --> 00:12:50.900
also wässrige Salzlösungen, Lithiumbromid.

00:12:50.999 --> 00:12:53.360
Wasser ist eine Salzlösung,

00:12:53.360 --> 00:12:55.908
nur nicht mit Kochsalz und

00:12:56.109 --> 00:12:58.264
wenn Sie das auskochen, dann 

00:12:58.264 --> 00:12:59.464
bleibt das Salz zurück, 

00:13:00.804 --> 00:13:02.950
das Natriumchlorid und das Wasser geht raus.

00:13:04.340 --> 00:13:06.679
Das ist hier genau so.

00:13:07.000 --> 00:13:09.536
Also, in dem Desorber

00:13:09.536 --> 00:13:11.800
kochen Sie das Kältemittel

00:13:11.800 --> 00:13:15.343
wieder aus und dann kann man den Prozess

00:13:15.343 --> 00:13:16.800
weiter betreiben.

00:13:17.108 --> 00:13:19.302
Und hier brauchen Sie natürlich als Gegenstück

00:13:19.302 --> 00:13:22.500
zu der Pumpe auch wieder eine Drossel.

00:13:22.796 --> 00:13:25.591
Und weshalb ist das hier so

00:13:25.591 --> 00:13:28.000
ein bisschen gestrichelt gezeichnet?

00:13:28.136 --> 00:13:30.830
Das bedeutet, man braucht das nicht immer.

00:13:31.960 --> 00:13:33.880
So ein Campingkühlschrank,

00:13:35.010 --> 00:13:37.361
der braucht nicht unbedingt Strom.

00:13:37.561 --> 00:13:39.900
Den KÖNNEN Sie mit dem Batterie-Strom betreiben.

00:13:40.000 --> 00:13:43.089
Aber Sie können das auch nur

00:13:43.089 --> 00:13:44.990
mit der Erdgasflamme betreiben, 

00:13:46.390 --> 00:13:48.000
ganz ohne Stromanschluss,

00:13:48.000 --> 00:13:50.200
ohne Batterieanschluss.

00:13:50.400 --> 00:13:54.000
Und das geht, weil bei so kleinen Leistungen,

00:13:54.000 --> 00:13:56.109
wie man im Campingbereich nur braucht,

00:13:56.109 --> 00:13:58.842
auch eine sogenannte Blasenpumpe reicht,

00:13:58.842 --> 00:14:01.816
das ist einfach ein Rohr,

00:14:01.999 --> 00:14:04.190
was von außen beheizt wird.

00:14:04.290 --> 00:14:06.999
Im Rohr drin ist dieses Zwei-Stoff-Gemisch und

00:14:06.999 --> 00:14:09.317
wenn dann der Siedepunkt erreicht ist,

00:14:09.317 --> 00:14:11.550
steigen die Blasen auf,

00:14:11.630 --> 00:14:14.168
die kumulieren zu Pfropfen und

00:14:14.168 --> 00:14:16.760
diese Pfropfen werfen Flüssigkeit oben raus.

00:14:18.060 --> 00:14:20.312
Und damit haben Sie

00:14:20.512 --> 00:14:23.013
eine geodätische Höhendifferenz überwunden

00:14:23.013 --> 00:14:27.965
und auch die Zirkulation kann funktionieren

00:14:27.965 --> 00:14:30.718
über die Höhendifferenz auch eine Druckdifferenz,

00:14:30.718 --> 00:14:31.718
die aufgeprägt ist,

00:14:31.718 --> 00:14:35.303
also darüber funktioniert der kreislauf auch.

00:14:35.883 --> 00:14:38.343
Das geht aber

00:14:38.343 --> 00:14:41.000
nur bei kleinen Leistungen, wenn die Geräte

00:14:41.000 --> 00:14:43.375
größere Leistungen realisieren sollen,

00:14:43.375 --> 00:14:47.095
dann müssten die Geräte sehr hoch gebaut werden.

00:14:47.295 --> 00:14:49.154
Es gab auch mal

00:14:49.154 --> 00:14:51.627
Haushaltskühlschränke,

00:14:52.000 --> 00:14:56.473
die mit Sorptionstechnik betrieben worden sind.

00:14:57.000 --> 00:14:59.999
Wenn sie noch grösser gebaut werden sollen,

00:14:59.999 --> 00:15:01.952
noch größere Leistungen haben sollen,

00:15:01.952 --> 00:15:04.450
dann braucht man eine Fluidpumpe, (eine Blasenpumpe reicht nicht)

00:15:04.450 --> 00:15:06.448
die aber dann sehr wenig

00:15:06.448 --> 00:15:09.030
mechanische Energie braucht, sehr wenig Strom,

00:15:09.850 --> 00:15:11.505
Antriebsenergie braucht,

00:15:11.505 --> 00:15:13.900
die Antriebsenergie kommt dann

00:15:14.029 --> 00:15:17.377
zum weitaus überwiegenden Teil

00:15:17.477 --> 00:15:19.574
aus dieser hoch temperierten Wärme,

00:15:19.574 --> 00:15:22.199
zum Beispiel aus dem Abgas eines Gasbrenners

00:15:22.771 --> 00:15:25.690
oder durch eine elektrische Heizwendel.

00:15:32.180 --> 00:15:36.899
Und das geht auch periodisch mit festen Adsorbentien.

00:15:36.899 --> 00:15:40.338
Hier haben wir ja eine Flüssigkeit, die das Kältemittel

00:15:40.338 --> 00:15:43.057
in sich löst und hier kochen wir

00:15:43.057 --> 00:15:44.870
diese Flüssigkeit wieder aus.

00:15:45.900 --> 00:15:48.693
Das geht auch mit festen Adsorbentien.

00:15:48.793 --> 00:15:51.470
Oben ein Absorptionsprozess,

00:15:51.570 --> 00:15:53.999
hier unten der Adsorptionsprozess.

00:15:55.100 --> 00:15:57.506
Das wären zum Beispiel Silicagele oder Zeolithe,

00:15:57.506 --> 00:15:59.999
die zum Beispiel das Kältemittel Wasser

00:15:59.999 --> 00:16:03.178
sehr gut einlagern können und dann wird

00:16:03.178 --> 00:16:06.088
der Prozess so periodisch betrieben:

00:16:06.088 --> 00:16:08.699
Zwei Behälter zwischen denen

00:16:08.699 --> 00:16:09.509
immer hin und her geschaltet wird.

00:16:09.509 --> 00:16:12.085
Das ist aber eine Nischentechnologie.

00:16:12.285 --> 00:16:13.435
Deshalb möchte ich hier

00:16:13.435 --> 00:16:15.410
nicht näher darauf eingehen.

00:16:17.634 --> 00:16:20.559
Solche Prozesse tragen die Thermodynamiker

00:16:20.559 --> 00:16:23.759
sehr gerne in Zustandsdiagramme ein.

00:16:24.000 --> 00:16:25.684
Diejenigen unter Ihnen, die Thermodynamik

00:16:25.684 --> 00:16:28.909
gehört haben, kennen solche Zustandsdiagramme.

00:16:28.909 --> 00:16:29.684
Kälteprozesse werden

00:16:29.684 --> 00:16:35.000
sehr gerne im Log-p-h-Diagramm eingetragen,

00:16:35.200 --> 00:16:37.700
p ist die Abkürzung für Druck und

00:16:37.700 --> 00:16:40.000
h die Abkürzung für Enthalpie,

00:16:40.000 --> 00:16:43.687
was eine Kenngröße für den Energieinhalt

00:16:43.687 --> 00:16:46.109
eines Stoffes, eines Fluids ist.

00:16:46.859 --> 00:16:49.885
Und in diesem Diagramm hat man

00:16:49.885 --> 00:16:52.410
dann die sogenannte Siedelinie

00:16:52.410 --> 00:16:55.036
oder Grenzkurve. Links dieser Kurve,

00:16:55.036 --> 00:16:57.562
also bei kleinen Energieinhalt,

00:16:57.562 --> 00:17:00.488
hat man Flüssigkeit, d.h. ein flüssiges Medium,

00:17:00.488 --> 00:17:03.013
rechts der Linie, bei hohem Energieinhalt,

00:17:03.013 --> 00:17:05.339
hat man ein dampfförmiges Medium und

00:17:05.339 --> 00:17:10.509
in der Mitte in dieser Glockenkurve

00:17:10.509 --> 00:17:12.825
hat man Nassdampf-Gemisch.

00:17:13.005 --> 00:17:17.299
Also ein Gemisch aus Flüssigkeit und Dampf

00:17:17.399 --> 00:17:19.939
und hier kann man sehr schön

00:17:19.939 --> 00:17:22.299
diesen Wärmepumpen- oder Kälteprozess eintragen,

00:17:22.399 --> 00:17:25.749
nämlich dieser Zustand hier,

00:17:25.949 --> 00:17:27.789
der Zustand 1 vor dem Verdampfer,

00:17:27.789 --> 00:17:30.600
der startet hier im sogenannten Nassdampfgebiet,

00:17:30.600 --> 00:17:33.099
dann wird Energie zugeführt,

00:17:33.199 --> 00:17:35.139
das Kältemittel nimmt ja Wärme

00:17:35.139 --> 00:17:37.619
aus der Umgebung auf,

00:17:37.719 --> 00:17:40.467
bis zur Grenzkurve (ÜPunkt 2), d.h.

00:17:40.467 --> 00:17:43.000
bis es vollständig verdampft ist.

00:17:43.016 --> 00:17:46.465
Dann erfolgt die Verdichtung: was in diesem Diagramm,

00:17:46.465 --> 00:17:49.013
wenn man das ideal betrachtet

00:17:49.013 --> 00:17:51.462
als technisch idealen Kreisprozess,

00:17:51.562 --> 00:17:55.641
d.h. reibungsfrei, keine Druckverluste

00:17:55.641 --> 00:17:57.100
und adiabat, d.h. keinerlei Wärmeströme von und nach außen,

00:17:58.119 --> 00:17:59.999
dann sieht diese Zustandsänderung

00:17:59.999 --> 00:18:02.535
der Verdichtung hier so aus.

00:18:02.635 --> 00:18:04.402
Der Punkt 3 nach dem Verdichter,

00:18:04.402 --> 00:18:06.859
ist der heißeste Punkt.

00:18:08.889 --> 00:18:11.045
Dann erfolgt die Abkühlung zunächst des Dampfes

00:18:11.045 --> 00:18:12.520
bis auf die Grenzkurve,

00:18:12.520 --> 00:18:15.149
dann fängt es an zu kondensieren,

00:18:15.449 --> 00:18:19.000
bis es komplett kondensiert ist, komplett flüssig ist in Punkt 4,

00:18:19.000 --> 00:18:20.800
und dann kommt die Drossel. (drosselt auf Punkt 1)

00:18:21.133 --> 00:18:24.045
Das wäre der ideale Kreis-Prozess

00:18:24.045 --> 00:18:25.749
in einem solchen Log-p-h-Diagramm.

00:18:29.839 --> 00:18:31.739
Dazu muss man noch sagen,

00:18:31.739 --> 00:18:32.638
oder kann man noch sagen,

00:18:32.638 --> 00:18:35.338
geht der Prozess davon aus,

00:18:35.338 --> 00:18:37.687
dass man gar keine Temperaturdifferenz

00:18:37.687 --> 00:18:40.204
für Wärmeübertragung braucht, also

00:18:40.304 --> 00:18:43.854
dass diese Kältemitteltemperatur

00:18:43.854 --> 00:18:46.787
gleich der Wärmequellentemperatur ist.

00:18:46.887 --> 00:18:48.686
Ausluft hat 0 Grad Celsius,

00:18:48.686 --> 00:18:52.461
dann kann auch das Fluid 0 Grad Celsius haben.

00:18:52.461 --> 00:18:54.000
In Realität ist das nicht so,

00:18:54.000 --> 00:18:56.168
in Realität braucht man für Wärmeübertragung

00:18:56.168 --> 00:18:57.612
eine gewisse Temperaturdifferenz,

00:18:57.712 --> 00:18:59.529
sonst fließt die Wärme nicht.

00:19:00.329 --> 00:19:02.513
Also wirklich ideal gedacht.

00:19:02.513 --> 00:19:04.861
Das Gleiche hier bei der Senkentemperatur,

00:19:04.900 --> 00:19:05.989
wo man die Wärme abführt.

00:19:11.839 --> 00:19:14.649
Wenn man das jetzt in Realität betrachtet,

00:19:14.749 --> 00:19:18.658
dann sieht das folgendermaßen aus.

00:19:19.258 --> 00:19:20.668
Dann haben wir wieder

00:19:20.668 --> 00:19:22.478
hier beim Verdampfer begonnen

00:19:22.478 --> 00:19:24.888
beziehungsweise die Drossel hier schon,

00:19:24.998 --> 00:19:27.697
dann haben wir eine stärkere Drosselung.

00:19:27.897 --> 00:19:31.512
Weil wir ja eine Temperaturdifferenz

00:19:31.512 --> 00:19:34.119
für die Wärmeübertragung brauchen, 

00:19:34.519 --> 00:19:37.000
müssen wir also etwas stärker runterdrosseln

00:19:37.000 --> 00:19:39.800
und Sie sehen diese Linie ist jetzt

00:19:39.800 --> 00:19:41.739
nicht mehr senkrecht,

00:19:41.739 --> 00:19:44.900
sondern leicht nach rechts gebogen,

00:19:44.979 --> 00:19:47.979
es findet eine Wärmezufuhr aus der Umgebung,

00:19:48.999 --> 00:19:50.999
d.h. aus dem Aufstellraum statt.

00:19:51.509 --> 00:19:55.417
Man geht ja hier auf niedrige Temperaturen

00:19:55.417 --> 00:19:57.519
und dann fließt etwas Wärme zu.

00:20:03.289 --> 00:20:05.733
Und diese Linie ist nicht ganz waagerecht,

00:20:05.733 --> 00:20:07.976
weil wir schon einen kleinen Druckverlust haben

00:20:07.999 --> 00:20:09.929
in den Rohrleitungen.

00:20:12.409 --> 00:20:15.135
Dann kommt eine Überhitzung.

00:20:15.135 --> 00:20:17.160
Sie sehen hier, das geht nicht

00:20:17.160 --> 00:20:18.131
nur bis zur Grenzkurve, sondern

00:20:18.131 --> 00:20:20.857
etwas darüber hinaus, und das macht man,

00:20:20.857 --> 00:20:23.128
wegen der Verdichterschaufeln. Wenn Sie schnell 

00:20:23.128 --> 00:20:26.454
drehende Verdichter haben und es sind noch

00:20:26.454 --> 00:20:28.225
Flüssigkeitströpfchen im Dampf,

00:20:28.225 --> 00:20:32.851
dann verursachen die Tropfen mechanische Erosion und

00:20:32.851 --> 00:20:35.100
diese Verdichterschaufeln gehen mit der Zeit kaputt.

00:20:35.369 --> 00:20:37.449
Das möchte man vermeiden.

00:20:37.449 --> 00:20:39.866
Deshalb überhitzt man ein wenig.

00:20:39.966 --> 00:20:45.290
Dann kommt

00:20:45.290 --> 00:20:48.331
eine Verdichtung, die etwas stärker ist.

00:20:48.331 --> 00:20:50.773
Diese Verdichtung ist

00:20:50.773 --> 00:20:55.000
mit einem isentropen Wirkungsgrad kleiner 1

00:20:55.000 --> 00:20:56.499
und veränderlichen

00:20:56.499 --> 00:21:00.501
Polytropenexponenten.

00:21:00.701 --> 00:21:02.344
Das muss nicht

00:21:02.344 --> 00:21:03.986
jedem hier was sagen,

00:21:03.986 --> 00:21:06.000
aber den Thermodynamikern

00:21:06.000 --> 00:21:10.800
könnte das was sagen.

00:21:11.232 --> 00:21:13.489
Wir müssen stärker verdichten,

00:21:13.489 --> 00:21:15.000
weil wir ja wieder eine Temperaturdifferenz

00:21:15.000 --> 00:21:17.124
für den Wärmeübergang brauchen.

00:21:17.124 --> 00:21:20.000
Wir haben wieder Druckverluste und

00:21:20.081 --> 00:21:23.038
wir haben zudem als letzten Punkt

00:21:23.038 --> 00:21:26.889
die Unterkühlung des Kondensats,

00:21:26.909 --> 00:21:28.766
zumindest ist das angestrebt,

00:21:28.766 --> 00:21:31.259
um den Wirkungsgrad des Gerätes zu verbessern.

00:21:34.829 --> 00:21:39.179
Nochmal hingewiesen auf diesen exponierten Punkt.

00:21:39.379 --> 00:21:41.017
Das ist der Prozesspunkt

00:21:41.017 --> 00:21:43.956
mit der höchsten Temperatur und deshalb

00:21:43.956 --> 00:21:49.033
konnten viele Jahre handelsübliche Wärmepumpen

00:21:49.033 --> 00:21:52.572
keine höheren Temperaturen als 55 Grad Celsius erreichen,

00:21:52.772 --> 00:21:55.710
weil dieser Punkt das begrenzt hat.

00:21:55.710 --> 00:21:58.049
Die Kältemittel, die eingesetzt worden sind,

00:21:58.099 --> 00:21:59.757
die waren darüber thermisch

00:21:59.757 --> 00:22:01.000
nicht mehr stabil.

00:22:01.699 --> 00:22:06.209
Deshalb war die Nutztemperatur

00:22:06.209 --> 00:22:08.619
dieser Wärmepumpen begrenzt.