WEBVTT 00:00:05.710 --> 00:00:12.295 Gut, dann kommen wir jetzt zum zweiten Teil, 00:00:12.295 --> 00:00:15.700 nämlich zu besonderen Kältekreisen, 00:00:15.700 --> 00:00:21.160 und zu Bezeichnungen von Wärmepumpen. 00:00:23.070 --> 00:00:27.800 Zunächst, die besonderen Prozesse: 00:00:28.000 --> 00:00:30.400 ein Beispiel ist dieser 00:00:30.700 --> 00:00:33.838 Enhanced-Vapour-Injection-Prozess, 00:00:33.938 --> 00:00:36.011 abgekürzt: EVI. 00:00:36.611 --> 00:00:39.366 Sie sehen hier den klassischen Wärmepumpen-Prozess 00:00:39.366 --> 00:00:44.300 mit Verdampfer, Verdichter, Kondensator, Drossel. Jetzt aber 00:00:44.300 --> 00:00:47.699 zweigt man hier links (Punkt 6) einen Teilstrom des Kältemittels ab, 00:00:47.699 --> 00:00:51.810 drosselt den auch, aber nicht so tief 00:00:52.570 --> 00:00:54.800 wie die Haupt-Drossel das tut, 00:00:54.800 --> 00:00:56.685 sondern auf einen mittleren Druck, 00:00:57.385 --> 00:01:00.535 hat dann Flüssigkeits-Dampf-Gemisch. 00:01:00.535 --> 00:01:03.884 Das wird verdampft bei diesem mittleren Druck 00:01:03.984 --> 00:01:06.534 und wird auf diesem mittleren Druck (Punkt 4) 00:01:06.534 --> 00:01:08.999 dem Verdichter zugeführt und dadurch 00:01:08.999 --> 00:01:11.450 wird dieser Verdichter gekühlt. 25 00:01:12.390 --> 00:01:14.236 Der EVi-Prozeß ist vor allem interessant 26 00:01:14.236 --> 00:01:16.434 bei Außenluftwärmepumpen, 27 00:01:16.434 --> 00:01:19.306 wenn die Außenlufttemperatur niedrig ist, 28 00:01:19.406 --> 00:01:22.352 die profitieren vor allem. 29 00:01:22.352 --> 00:01:25.198 Die Vorteile von EVI sind 30 00:01:25.198 --> 00:01:30.430 dass man kann einen größeren Temperaturhub erzielen kann 31 00:01:30.430 --> 00:01:36.700 trotz dieser nach oben begrenzten Spitzentemperatur des Kältemittels 32 00:01:36.700 --> 00:01:38.681 was sich ansonsten thermisch zersetzen würde. 35 00:01:38.681 --> 00:01:42.483 Und der zweite Vorteil ist, man hat auch 36 00:01:42.483 --> 00:01:45.126 eine stärkere Unterkühlung des Kondensats, 37 00:01:45.126 --> 00:01:47.968 weil hier wird ja Wärme aufgenommen, 38 00:01:47.968 --> 00:01:48.611 beziehungsweise das Fluid, 39 00:01:48.611 --> 00:01:53.613 das hier zirkuliert, wird gekühlt, sodass 40 00:01:53.613 --> 00:01:57.255 das stärker unterkühlt in den Verdampfer kommt 41 00:01:57.255 --> 00:01:58.898 und dadurch der Wirkungsgrad steigt. 42 00:02:00.440 --> 00:02:02.640 Das ist der EVI-Prozess. 43 00:02:02.840 --> 00:02:07.509 Ein vergleichsweise trivialer anderer Prozess 44 00:02:07.509 --> 00:02:08.822 gegenüber dem einfachen Wärmepumpen-Prozeß ist, 45 00:02:08.822 --> 00:02:10.091 wenn Sie zwei Wärmepumpen-Prozesse hintereinander schalten, 46 00:02:10.091 --> 00:02:14.560 wenn also der Kondensator des ersten Prozesses 47 00:02:14.560 --> 00:02:16.951 gleich der Verdampfer des zweiten Prozesses ist. 48 00:02:16.951 --> 00:02:18.820 Dann können Sie natürlich auch 49 00:02:18.820 --> 00:02:21.689 deutlich größere Temperaturhube erzielen, 50 00:02:21.689 --> 00:02:24.602 wenn Sie das so hintereinander schalten. 51 00:02:24.602 --> 00:02:26.500 Gegebenenfalls können Sie sogar mit 52 00:02:26.500 --> 00:02:30.782 zwei verschiedenen Kältemitteln arbeiten und damit 53 00:02:30.782 --> 00:02:34.000 diesen Vorteil des großen Temperaturhubs 54 00:02:34.000 --> 00:02:35.370 für sich nutzbar machen. 55 00:02:38.410 --> 00:02:41.277 Letzte Folie in diesem Abschnitt: 56 00:02:41.277 --> 00:02:43.570 die Bezeichnung von Wärmepumpen. 57 00:02:44.630 --> 00:02:47.762 Erster Punkt ist, man spricht über eine Außenluft, 58 00:02:47.762 --> 00:02:50.750 eine Luft/Luft-Wärmepumpe zum Beispiel 59 00:02:50.750 --> 00:02:55.070 wenn Außenluft über den Verdampfer strömt 60 00:02:55.070 --> 00:02:56.895 und Raumluft über den Kondensator. 61 00:02:56.895 --> 00:03:00.211 Also Wärmequelle ist Außenluft und 63 00:03:00.411 --> 00:03:05.357 Nutzmedium ist Raumluft, die erwärmt werden soll. 64 00:03:05.357 --> 00:03:07.211 Das wäre eine Luft/Luft-Wärmepumpe. 65 00:03:07.211 --> 00:03:10.048 An erster Stelle steht das Medium, 66 00:03:10.048 --> 00:03:11.994 das im Verdampfer Wärme abgibt und 67 00:03:11.994 --> 00:03:13.048 an zweiter Stelle das Medium 68 00:03:13.048 --> 00:03:15.919 das im Kondensator Wärme aufnimmt. 69 00:03:16.619 --> 00:03:18.519 Ein zweites Beispiel (Sole/Wasser) ist hier angeführt, 70 00:03:18.519 --> 00:03:21.044 dabei strömt Sole über den Verdampfer. 71 00:03:21.044 --> 00:03:23.569 Dieses Sole-Wasser-Glykol-Gemisch würde 72 00:03:23.569 --> 00:03:24.364 zum Beispiel durch 73 00:03:24.364 --> 00:03:27.493 Kunststoffrohre im Erdreich strömen, 74 00:03:27.493 --> 00:03:29.212 dort Wärme aufnehmen und diese Wärme 75 00:03:29.212 --> 00:03:32.136 dann im Kondensator abgeben. 76 00:03:33.836 --> 00:03:35.265 Entschuldigung, nicht im Kondensator, 79 00:03:35.265 --> 00:03:38.000 im Verdampfer abgeben und 80 00:03:39.053 --> 00:03:42.128 eine Sole/Wasser-Wärmepumpe wäre dann 81 00:03:42.128 --> 00:03:44.642 zum Beispiel eine Wärmepumpe, 82 00:03:44.642 --> 00:03:46.655 die dann ihre Nutzwärme 83 00:03:46.655 --> 00:03:47.880 an das Heizungs-Wasser abgibt. 84 00:03:50.990 --> 00:03:53.755 Zweiter Aspekt bei der Bezeichnung 85 00:03:53.755 --> 00:03:56.021 sind die Datenblattangaben 86 00:03:56.021 --> 00:03:58.180 zu Leistungen und Leistungsziffern. 87 00:03:59.840 --> 00:04:01.787 Die Leistungsziffer und auch 88 00:04:01.787 --> 00:04:04.734 die Heizleistung der Wärmepumpe ist sehr stark 89 00:04:04.734 --> 00:04:07.100 abhängig von diesen Temperaturen. 90 00:04:07.671 --> 00:04:10.739 Quellentemperatur, Senkentemperatur, 91 00:04:11.000 --> 00:04:12.683 den Temperaturhub und 92 00:04:13.000 --> 00:04:15.227 deshalb muss man angeben, 93 00:04:15.827 --> 00:04:19.271 bei welchem Betriebspunkt diese Leistung 94 00:04:19.271 --> 00:04:21.315 oder dieser Wirkungsgrad gemessen worden ist. 95 00:04:21.615 --> 00:04:24.758 Und das macht man über solche Abkürzungen. 00:04:24.758 --> 00:04:27.100 An der ersten Stelle steht 96 00:04:27.658 --> 00:04:31.302 die Eintrittstemperatur des Wärmequellenmediums 97 00:04:31.302 --> 00:04:33.280 vor dem Verdampfer. 98 00:04:33.700 --> 00:04:35.550 Und an der zweiten Stelle steht 100 00:04:35.550 --> 00:04:36.681 die Austrittstemperatur 101 00:04:36.681 --> 00:04:39.242 des Nutzmediums nach dem Kondensator. 102 00:04:40.242 --> 00:04:42.000 Und die Abkürzungen für die Medien sind 103 00:04:42.000 --> 00:04:44.285 A wie air (Luft), B wie brine (Sole) 104 00:04:44.285 --> 00:04:46.427 und W wie water (Wasser). 105 00:04:46.427 --> 00:04:49.069 Und wenn Sie dann in einem Prospekt 106 00:04:49.069 --> 00:04:50.000 die Angaben finden, 107 00:04:50.450 --> 00:04:58.750 Wirkungsgrad gleich 4,0 bei A7/W50, dann wissen Sie, 108 00:04:58.750 --> 00:05:00.835 aha, der Wirkungsgrad gilt, 109 00:05:01.235 --> 00:05:05.398 wenn die Luft (weil A) 110 00:05:05.798 --> 00:05:06.835 mit 7 Grad Celsius 111 00:05:06.835 --> 00:05:08.398 in den Verdampfer einströmt, 112 00:05:08.398 --> 00:05:11.528 also über den Verdampfer eintritt, 113 00:05:12.328 --> 00:05:13.854 wird dann abgekühlt, 114 00:05:14.054 --> 00:05:16.390 aber die Austrittstemperatur steht da nicht 115 00:05:16.430 --> 00:05:18.000 nur die Eintrittstemperatur, 116 00:05:18.000 --> 00:05:21.200 also die aktuelle Außenlufttemperatur wäre das dann. 117 00:05:21.856 --> 00:05:23.767 Und das Heizungswasser 118 00:05:23.767 --> 00:05:25.400 wird auf 50 Grad erwärmt, 119 00:05:25.400 --> 00:05:27.562 Austrittstemperatur des Wassers. 122 00:05:32.940 --> 00:05:36.371 Und dritter Aspekt, was Bezeichnung anbelangt, 123 00:05:36.671 --> 00:05:41.000 sind die monovalenten, die monoenergetischen 124 00:05:41.000 --> 00:05:43.388 und die bivalenten Wärmepumpen. 125 00:05:43.888 --> 00:05:45.319 Was ist damit gemeint? 126 00:05:45.319 --> 00:05:46.250 Mit monovalent meint man, 127 00:05:46.250 --> 00:05:48.781 es gibt nur einen Wärmeerzeuger, 128 00:05:48.781 --> 00:05:50.420 nämlich nur die Wärmepumpe. 129 00:05:52.370 --> 00:05:54.540 Monoenergetisch heißt, 130 00:05:55.210 --> 00:05:57.132 in der Wärmepumpe, 131 00:05:57.132 --> 00:05:59.732 also es gibt auch nur die Wärmepumpe, 132 00:05:59.732 --> 00:06:03.376 aber in der Wärmepumpe ist noch ein Elektroheizstab verbaut 133 00:06:03.376 --> 00:06:06.098 für die ganz kalten Tage, 134 00:06:06.098 --> 00:06:08.666 also quasi eine elektrische Direktheizung 135 00:06:12.700 --> 00:06:13.771 als Notheizung, wenn es 136 00:06:13.771 --> 00:06:16.900 mal ganz kalt wird. 138 00:06:17.730 --> 00:06:20.292 Und bivalent heißt, es gibt zwei Wärmeerzeuger, 139 00:06:20.292 --> 00:06:23.700 nämlich die Wärmepumpe plus (z.B.) ein Gasheizgerät, 140 00:06:23.700 --> 00:06:25.236 was vielleicht schon vorhanden ist. 141 00:06:25.536 --> 00:06:28.271 Die Wärmepumpe arbeitet dann zum Beispiel 142 00:06:28.271 --> 00:06:31.170 bis zu einer Außentemperatur 143 00:06:31.170 --> 00:06:33.454 der sogenannten Bivalenztemperatur 144 00:06:33.454 --> 00:06:37.739 von 4 Grad Celsius alleine. 145 00:06:38.639 --> 00:06:45.650 Dann wäre es eine bivalent-parallele 149 00:06:48.190 --> 00:06:51.061 Verschaltung, wenn das zweite Heizgerät 150 00:06:51.061 --> 00:06:53.921 unter diesen 4 Grad Celsius 151 00:06:54.121 --> 00:06:57.523 mit unterstützt. Also die Wärmepumpe läuft weiter 152 00:06:57.623 --> 00:07:00.309 auch bei 0 Grad, auch bei -4 Grad 153 00:07:00.509 --> 00:07:04.000 und das zweite Heizgerät kommt dazu, 154 00:07:04.000 --> 00:07:06.551 dann ist das ein bivalent-paralleler Betrieb. 155 00:07:06.751 --> 00:07:09.274 Wenn die Wärmepumpe aber bei 4 Grad Celsius 156 00:07:09.274 --> 00:07:11.000 abschalten würde, dann wäre es 157 00:07:11.000 --> 00:07:13.580 ein bivalent alternativer Betrieb. 159 00:07:16.640 --> 00:07:18.931 Solche Bezeichnungen liest man immer wieder, 160 00:07:19.231 --> 00:07:21.604 so dass Sie jetzt noch wissen, 161 00:07:21.604 --> 00:07:22.750 was das bedeutet. 162 00:07:24.320 --> 00:07:26.698 Dann kommen wir zum nächsten Teil, 163 00:07:26.998 --> 00:07:29.676 nämlich zu den energetischen Kennzahlen 164 00:07:29.676 --> 00:07:32.890 einer Wärmepumpe und zu Wirkungsgraden. 166 00:07:36.140 --> 00:07:38.347 Den Prozess kennen Sie schon. 167 00:07:38.347 --> 00:07:41.000 Und das Erste, was man energetisch tun kann, 168 00:07:41.000 --> 00:07:43.062 ist immer den ersten Hauptsatz zu bilden, 169 00:07:43.062 --> 00:07:46.500 die Energiebilanz. Und da ist es so, 171 00:07:46.500 --> 00:07:49.280 dass die eintretenden Energiemengen 172 00:07:49.280 --> 00:07:51.887 gleich den Austretenden sein müssen. 173 00:07:51.887 --> 00:07:55.260 Also eintretend ist hier erstens 174 00:07:55.310 --> 00:07:57.000 die Umgebungsenergie 175 00:07:57.000 --> 00:08:00.000 (oder auch Kälteenergie bei einer Kältemaschine) 176 00:08:00.115 --> 00:08:04.417 Q0 abgekürzt, also die zugeführte Energie 177 00:08:04.517 --> 00:08:08.000 aus der Wärmequelle niedriger Temperatur. 178 00:08:08.419 --> 00:08:10.424 zweitens wird Antriebsarbeit 180 00:08:10.424 --> 00:08:12.126 beziehungsweise Leistung zugeführt, 181 00:08:12.126 --> 00:08:15.730 abgekürzt mit W oder die Leistung mit P. 183 00:08:19.140 --> 00:08:24.510 Abgeführt werden die Abwärme 184 00:08:24.510 --> 00:08:26.480 beziehungsweise die Nutzwärme Q 185 00:08:26.970 --> 00:08:30.143 bei der Wärmepumpe auf dem höheren Temperaturniveau 186 00:08:30.143 --> 00:08:33.688 und es können Verluste auftreten, also Wärme, 187 00:08:33.788 --> 00:08:36.634 die an den Aufstellraum, an die Umgebung 189 00:08:36.634 --> 00:08:38.550 wo das Gerät steht, abgegeben wird. 190 00:08:42.870 --> 00:08:45.000 Ja, und damit können wir schon 191 00:08:45.000 --> 00:08:47.000 die Leistungszahl berechnen. 192 00:08:47.075 --> 00:08:49.578 Die Leistungszahl, abgekürzt Epsilon(ε), 193 00:08:49.578 --> 00:08:51.880 ist der Begriff bei der Wärmepumpe 194 00:08:52.530 --> 00:08:54.223 für den Wirkungsgrad. 195 00:08:54.523 --> 00:08:59.000 Aus dem Englischen kommend wird auch häufig COP, 196 00:08:59.000 --> 00:09:01.531 der Coefficient of Performance verwendet. 198 00:09:01.700 --> 00:09:07.700 Alles das gleiche, COP, Epsilon, Wirkungsgrad. 200 00:09:08.120 --> 00:09:10.000 Alles das Gleiche. 201 00:09:10.109 --> 00:09:12.797 Gebildet wie das Epsilon wie Sie das kennen, nämlich 202 00:09:12.797 --> 00:09:15.786 mit Q Punkt durch P, in der Regel P elektrisch, 203 00:09:15.786 --> 00:09:19.000 also die Nutzwärme Q Punkt dividiert 204 00:09:19.000 --> 00:09:21.600 durch die zugeführte elektrische Leistung. 205 00:09:24.640 --> 00:09:27.097 Und bei der Wärmepumpe ist es sehr schön - 206 00:09:27.097 --> 00:09:30.131 man kann nämlich ganz einfach ausrechnen, 207 00:09:30.131 --> 00:09:33.143 wie hoch der Wirkungsgrad maximal sein kann. 208 00:09:33.743 --> 00:09:37.296 Das ist nämlich über diese Gleichung hier definiert, 209 00:09:37.396 --> 00:09:41.512 über die sogenannte Carnot Leistungsziffer 210 00:09:41.812 --> 00:09:43.428 Das ist ein einfaches Temperaturverhältnis 211 00:09:43.428 --> 00:09:48.659 T durch T-T0, also Temperatur der Wärmesenke 212 00:09:48.659 --> 00:09:50.460 dividiert durch die Temperaturdifferenz 213 00:09:50.460 --> 00:09:52.200 zwischen Senke und Quelle. 214 00:09:53.560 --> 00:09:57.367 Und wenn hier zum Beispiel 300 Kelvin stünden, 215 00:09:57.367 --> 00:09:59.760 das heißt 27 Grad Celsius 216 00:10:00.200 --> 00:10:03.310 (0 Grad sind ja 273 Kelvin). 217 00:10:03.810 --> 00:10:06.000 Wenn also hier 300 Kelvin stünden, 218 00:10:06.000 --> 00:10:09.960 27 Grad Celsius und die Temperaturdifferenz wäre 30, 00:10:10.200 --> 00:10:14.450 dann hätten Sie eine Leistungsziffer von 10, 224 00:10:16.250 --> 00:10:18.110 gleich 1.000%. 225 00:10:20.090 --> 00:10:22.498 Das hört sich jetzt sehr viel an. 226 00:10:22.598 --> 00:10:24.833 Wärmepumpen können sehr leistungsfähig sein. 227 00:10:26.733 --> 00:10:29.000 Aber wir werden gleich noch aufklären, 229 00:10:29.000 --> 00:10:31.720 dass das kein Perpetuum Mobile ist. 230 00:10:32.480 --> 00:10:36.207 Also Sie stecken eine Kilowattstunde Strom rein 231 00:10:36.207 --> 00:10:39.570 und kriegen (maximal, im Idealfall) 10 Kilowattstunden Wärme raus. 233 00:10:42.230 --> 00:10:44.022 Das geht ja so ein bisschen 234 00:10:44.022 --> 00:10:46.150 in Richtung Perpetuum Mobile. 235 00:10:46.650 --> 00:10:50.074 Wir stecken eine Kilowattstunde Strom rein 236 00:10:50.174 --> 00:10:54.264 und 9 Kilowattstunden Wärme aus der Umgebung 237 00:10:54.264 --> 00:10:57.482 und können hier 10 Kilowattstunden abführen, 239 00:10:57.482 --> 00:11:00.000 wenn das hier (die Verluste) nahe 0 sind, 240 00:11:00.000 --> 00:11:03.000 was wir im ersten Schritt bei einem 241 00:11:03.000 --> 00:11:05.590 idealen Prozess annehmen können. 242 00:11:06.570 --> 00:11:08.690 Also das ist das Maximum. 243 00:11:09.090 --> 00:11:11.610 Das erreicht man in realen Maschinen nicht. 244 00:11:11.610 --> 00:11:14.470 Das kann man festmachen am Gütegrad, 245 00:11:14.470 --> 00:11:16.730 dem Exergetischen Gütegrad, da haben wir 246 00:11:16.730 --> 00:11:18.550 gleich noch eine Folie, wo ich Ihnen zeige, 247 00:11:18.750 --> 00:11:21.530 wie hoch diese Werte sind bei realen Maschinen. 248 00:11:22.400 --> 00:11:25.224 Der Gütergrad ist in jedem Fall kleiner als 1. 249 00:11:26.224 --> 00:11:29.900 Er ist (im realen Fall) kleiner als 1, im idealen Fall gleich 1. 251 00:11:30.200 --> 00:11:31.890 Grösser als 1 kann er nicht sein. 252 00:11:34.670 --> 00:11:37.396 Ja, und schon 253 00:11:37.396 --> 00:11:39.000 mit gesunden Menschenverstand 254 00:11:39.000 --> 00:11:40.330 kann man sich vorstellen, 255 00:11:40.330 --> 00:11:41.301 je grösser der Temperaturhub ist, 256 00:11:41.301 --> 00:11:45.227 desto geringer sind diese Wirkungsgrade, 257 00:11:45.227 --> 00:11:47.353 das ergibt sich aus dieser Formel, 258 00:11:47.353 --> 00:11:52.000 wenn der Temperaturhub, diese Temperaturdifferenz T - To 259 00:11:52.000 --> 00:11:54.000 grösser wird, dann wird Epsilon Carnot kleiner. 261 00:11:58.100 --> 00:12:00.719 Das Pendant zum Nutzungsgrad 262 00:12:00.719 --> 00:12:03.838 von fossil betriebenen Heizgeräten ist 263 00:12:03.838 --> 00:12:06.457 bei der Wärmepumpe die Arbeitszahl. 264 00:12:07.657 --> 00:12:09.576 Die Arbeitszahl wird mit den Energiemengen gebildet, 265 00:12:09.576 --> 00:12:12.195 die über einen bestimmten Zeitraum kumuliert sind, 266 00:12:12.195 --> 00:12:14.214 nämlich die Nutzwärme 267 00:12:14.414 --> 00:12:17.632 über zum Beispiel ein Jahr aufaddiert 268 00:12:17.632 --> 00:12:22.000 und die elektrische Energiemenge, der Stromverbrauch, 269 00:12:22.180 --> 00:12:24.495 der sich in diesem Jahr ergibt und 270 00:12:25.395 --> 00:12:28.026 den Quotient aus den beiden nennt man dann Jahresarbeitszahl 273 00:12:28.026 --> 00:12:30.173 oder abgekürzt JAZ. 274 00:12:30.173 --> 00:12:33.000 Man findet im englischsprachigen Raum 275 00:12:33.000 --> 00:12:36.511 oder auch in deutscher Literatur alternativ auch den Begriff 276 00:12:36.511 --> 00:12:38.647 Seasonal Coefficient of Performance, 277 00:12:38.647 --> 00:12:43.716 abgekürzt SCOP und sicherlich auch andere Bezeichnungen, 278 00:12:43.716 --> 00:12:45.110 das wären so zwei gängige.