Wärmepump. (KompressionsWP, Sorptions-WP)

Question 1

Wärmepumpe / Kälteanlage

Definiere allg. beide Begriffe!

Answer 1

Wärmepumpen wenden in einem Kreisprozess technische Arbeit auf, um der Umgebung thermische Energie zu entziehen.

Diese Energie wird z.B. durch Verdichtung eines verdampfenden Kältemittels auf ein höheres Temperaturniveau gebracht, um Heizbedarfe zu erfüllen.

-> Bei Kälteanlagen gilt der gleiche Prozess nur. Nur wenden diese in einem Kreisprozess technische Wärme auf, um nicht der Umgebung, sondern z.B. einem Raum mit einem hohen Temperaturniveau thermische Energie zu entziehen

Question 2

Wärmepumpe/Kälteanlage

Mögliche Wärmequellen sind: ?? (4)

Answer 2

Grund- und Oberflächenwasser

Erdreich

Außenluft / Innenluft

Sonne

Question 3

1) Was versteht man unter einem “rechtslaufenden” Kreisprozess?

2) Skizziere einen “rechtslaufenden” Kreisprozess in ein T-s-Diagramm (!)

Answer 3

Der “rechtslaufende” Kreisprozess wandelt Wärmeenergie in mechanische Arbeit zur Stromerzeugung um.
-> also: erzeugt Arbeit (mechanische Energie) aus Wärme
-> z.B. Kohlekraftwerke

2) siehe slide 6!

Question 4

1) Was versteht man unter einem “linkslaufenden” Kreisprozess?

2) Skizziere einen “linkslaufenden” Kreisprozess in ein T-s-Diagramm (!)

Answer 4

1) Der “linkslaufende” Kreisprozess wandelt mechanische Arbeit (Verdichter) in Wärme zur Kühlung (Kältemaschine) oder Heizung (Wärmepumpe).
-> also Wärme aus Arbeit (mechan. Energie)

2) siehe slide 6!

Question 5

Wärmepumpe/Kälteanlage

Wärmepumpensysteme zur Endenergiebereitstellung bestehen aus folgenden 3 Systemelementen. Nenne diese samt ihrer Funktion!

Answer 5

Wärmequellenanlage
-> die den Entzug der Energie aus der Wärmequelle bewerkstelligt

Wärmepumpe selbst
-> welche als zentrales Element bestehend aus Verdampfer, Verdichter, Kondensator und Drossel die Erhöhung des Temperaturniveaus technisch realisiert

Wärmesenkenanlage
-> welche die durch die Wärmepumpe auf ein höheres Temperaturniveau gebrachte Wärme einspeist oder verwendet

Question 6

Wärmepumpe/Kälteanlage

Wärmepumpensysteme lassen sich nach dem Arbeitsprinzip unterteilen in: ?? (3)

Answer 6

Kompressions-Wärmepumpen

Vuilleumier-Wärmepumpen

Sorptions-Wärmepumpen

Question 7

Wärmepumpe/Kälteanlage

Welche Betriebsweisen können unterschieden werden? (5)

Answer 7

Monovalenter Betrieb

Monoenergetischer Betrieb

Bivalent-alternativer Betrieb

Bivalent-paralleler Betrieb

Bivalent-teilparalleler Betrieb

Question 8

Wärmepumpe/Kälteanlage - Betriebsweisen

Monovalenter Betrieb
-> Was versteht man darunter?

Answer 8

Die Wärmepumpe ist alleiniger Wärmeerzeuger und muss über eine Heizleistung verfügen, die die Heizlast des Gebäudes abdecken kann.

Question 9

Wärmepumpe/Kälteanlage - Betriebsweisen

Monovalenter Betrieb
-> Für welche Wärmepumpen ist diese Betriebsweise geeignet?

Answer 9

Diese Betriebsweise ist für Fixed-speed- oder leistungsgeregelte Wärmepumpen für alle Niedertemperatur-Heizungen bis zur maximalen Vorlauftemperatur geeignet

Question 10

Wärmepumpe/Kälteanlage - Betriebsweisen

Die Wärmepumpe ist alleiniger Wärmeerzeuger und muss über eine Heizleistung verfügen, die die Heizlast des Gebäudes abdecken kann.

Welche Betriebsweise liegt vor?

Answer 10

Monovalenter Betrieb

Question 11

Wärmepumpe/Kälteanlage - Betriebsweisen

Monoenergetischer Betrieb
-> Was versteht man darunter?

Answer 11

Die Wärmepumpe liefert bis zu einer festzulegenden Leistung die gesamte Heizwärme
-> bei höherem Wärmebedarf schaltet sich der zweite, mit derselben Endenergie (Strom) betriebene Wärmeerzeuger zu.
-> beide Wärmeerzeuger arbeiten dann parallel

Question 12

Wärmepumpe/Kälteanlage - Betriebsweisen

Monoenergetischer Betrieb
-> Für welche Wärmepumpen ist diese Betriebsweise geeignet?

Answer 12

Für alle Niedertemperatur-Heizungen bis zur maximalen Vorlauftemperatur der Wärmepumpe

Question 13

Wärmepumpe/Kälteanlage - Betriebsweisen

Die Wärmepumpe liefert bis zu einer festzulegenden Leistung die gesamte Heizwärme
-> bei höherem Wärmebedarf schaltet sich der zweite, mit derselben Endenergie (Strom) betriebene Wärmeerzeuger zu.
-> beide Wärmeerzeuger arbeiten dann parallel

Welche Betriebsweise liegt vor?

Answer 13

Monoenergetischer Betrieb

Question 14

Wärmepumpe/Kälteanlage - Betriebsweisen

Bivalent-alternativer Betrieb
-> Was versteht man darunter?

Answer 14

Wärmepumpe liefert bis zu einer festzulegenden Leistung die gesamte Heizwärme
-> bei höherem Wärmebedarf schaltet sich die Wärmepumpe ab und der zweite, mit einer anderen Endenergie (z.B. Heizöl) betriebene, Wärmeerzeuger übernimmt die erforderliche Heizleistung

Question 15

Wärmepumpe/Kälteanlage - Betriebsweisen

Wärmepumpe liefert bis zu einer festzulegenden Leistung die gesamte Heizwärme
-> bei höherem Wärmebedarf schaltet sich die Wärmepumpe AB(!) und der zweite, mit einer anderen Endenergie (z.B. Heizöl) betriebene, Wärmeerzeuger ÜBERNIMMT die erforderliche Heizleistung

Welche Betriebsweise liegt vor?

Answer 15

Bivalent-alternativer Betrieb

Question 16

Wärmepumpe/Kälteanlage - Betriebsweisen

Bivalent-paralleler Betrieb
-> Was versteht man darunter?

Answer 16

Wärmepumpe liefert bis zu einer festzulegenden Leistung die gesamte Heizwärme
-> bei höherem Wärmebedarf schaltet sich der zweite, mit einer anderen Endenergie (z.B. Heizöl) betriebene Wärmeerzeuger ZU(!).
-> beide Wärmeerzeuger arbeiten dann PARALLEL

Question 17

Wärmepumpe/Kälteanlage - Betriebsweisen

Wärmepumpe liefert bis zu einer festzulegenden Leistung die gesamte Heizwärme
-> bei höherem Wärmebedarf schaltet sich der zweite, mit einer anderen Endenergie (z.B. Heizöl) betriebene Wärmeerzeuger ZU(!).
-> beide Wärmeerzeuger arbeiten dann PARALLEL

Welche Betriebsweise liegt vor?

Answer 17

Bivalent-paralleler Betrieb

Question 18

Wärmepumpe/Kälteanlage - Betriebsweisen

Bivalent-paralleler Betrieb
-> für was ist diese Betriebsweise geeignet?

Answer 18

Für alle Niedertemperatur-Heizungen bis zur maximalen Vorlauftemperatur der Wärmepumpe

Question 19

Wärmepumpe/Kälteanlage - Betriebsweisen

Bei welcher Betriebsweise ist der Anteil der Wärmepumpe an der Jahresheizwärme größer?

bivalent-alternativ oder bivalent-parallel?

Answer 19

bivalent-parallel

(weil zweiter Wärmeerzeuger parallel zur Wärmepumpe arbeitet, bei der bivalent-alternativen Betriebsweise schaltet sich die Wärmepumpe ab und der zweite Wärmeerzeuger übernimmt die erforderliche Heizleistung ab einer festgelegten Leistung)

Question 20

Wärmepumpe/Kälteanlage - Betriebsweisen

Bivalent-teilparalleler Betrieb
-> Was versteht man darunter?

Answer 20

Wärmepumpe liefert bis zu einer festzulegenden Leistung die gesamte Heizwärme.
-> bei höherem Wärmebedarf schaltet sich der zweite, mit einer anderen Endenergie (z.B. Heizöl) betriebene Wärmeerzeuger zu
-> beide Wärmeerzeuger arbeiten dann PARALLEL

(bis hier wie bivalent-paralleler Betrieb!)

-> erreicht die Wärmepumpe eine ihrer Einsatzgrenzen (z.B. minimale Außentemp. oder maximale Vorlauftemp), liefert der zweite Wärmeerzeuger die dann erforderliche Heizleistung vollständig

Question 21

Wärmepumpe liefert bis zu einer festzulegenden Leistung die gesamte Heizwärme.
-> bei höherem Wärmebedarf schaltet sich der zweite, mit einer anderen Endenergie (z.B. Heizöl) betriebene Wärmeerzeuger zu
-> beide Wärmeerzeuger arbeiten dann PARALLEL
-> erreicht die Wärmepumpe eine ihrer Einsatzgrenzen (z.B. minimale Außentemp. oder maximale Vorlauftemp), liefert der zweite Wärmeerzeuger die dann erforderliche Heizleistung vollständig

Welche Betriebsweise liegt vor?

Answer 21

Bivalent-teilparalleler Betrieb

Question 22

Nenne 2 Bewertungskennzahlen bei Wärmepumpen und beschreibe sie!

Answer 22

Leistungszahl (COP)
-> Verhältnis der Leistungsaufnahme zur abgegebenen Wärmeleistung*1
-> kann zur stationären Bewertung einer elektrisch angetriebenen Wärmepumpe verwendet werden

Jahresarbeitszahl (JAZ)
-> setzt die für ein Jahr aufgewendete elektrische Energie*2 ins Verhältnis zur abgegebenen Wärmeleistung
-> wird zur saisonalen Bewertung verwendet

*1: Nach VDI 4650 Blatt 1: Verhältnis des bei bestimmten Betriebsbedingungen abgegebenen Nutzwärmestroms einer Elektrowärmepumpe im Heizbetrieb bezogen auf die eingesetzte elektrische Leistung für den Antrieb des Verdichters, der Hilfsantriebe und der Regelung

*2:(für den Antrieb des Verdichters, der Hilfsantriebe und der Regelung)

Question 23

Bewertung: COP/Jahresarbeitszahl

Nach VDI 4650 Blatt 1 kann die Berechnung nach zwei Varianten erfolgen: ??

Answer 23

Unterscheidung nach Systemgrenze

Systemgrenze: Wärmepumpenanlage (wird in der VDI verwendet)

Systemgrenze: Wärmepumpenheizungsanlage (Speicherverluste, die Energie für die Pumpen und der Wärmeverlust der Wärmeverteilung und Wärmeübergabe müssen berücksichtigt werden)

-> wichtig zu spezifizieren welche Systemgrenze eigentlich genau gewählt wird

-> siehe auch slide 16

Question 24

Bewertung: COP/Jahresarbeitszahl

-> siehe slide 17 an!

Answer 24

…

Question 25

Bewertung: COP/Jahresarbeitszahl

Wie lautet die Formel zur Berechnung der Leistungskennzahl COP?

Answer 25

COP
= Qout / Pel,in
= (Qin + Pel, in) / Pel,in

bzw. mit Carnot-Wirkungsgrad beschrieben:

COP
= 1 / etasubc
= 1/ ((Twarm - Tkalt) / Twarm)
= Twarm / (Twarm - Tkalt)

Question 26

Bewertung: COP/Jahresarbeitszahl

Wie lautet die Formel zur Berechnung von COPtheo,max?

Answer 26

COPtheo,max
= Twarm / (Twarm - Tkalt)

(Bsp. für Erdwärmesonde mit Sole: = Tcond / (Tcond - Tbrine))

Mit:
- Tcond: Kondensationstemperatur
- Tbrine: Soletemperatur

Temp. in Kelvin (also Grad + 273,15K)

(siehe slide 17+18!!)
-> auf slide 18 Beispielrechnung für einen theo. max. COP (realer COP = 5,2)

Question 27

Für was steht COP?

Answer 27

Coefficience of Performance

Question 28

Führe die Übung zur Wärmepumpe durch !!

Answer 28

…

Question 29

Bewertung: COP/JAZ

?(1)? COP mit niedrigeren Kondensationstemperaturen

?(2)? COP mit höheren Verdampfertemperatur

Im Fall von Geothermie: je tiefer die Bohrung, desto ?(3)?
-> entsprechend ?(4)? COP

Durch die verschiedenen Soletemperaturen kann sich der COP über das Jahr verändern -> Jaresarbeitszahl (JAZ) bzw. engl. SEER-Seasonal Energy Efficiency Ratio

Answer 29

(1) Steigender

(2) Höherer

(3) höher Temperaturen

(4) steigt

Question 30

Im Fall von Geothermie: Je tiefer die Bohrung, desto höhere Temperaturen und der COP steigt.

Wahr/Falsch?

Answer 30

Wahr

Question 31

Welche Wärmepumpen haben die größte Verbreitung erreicht und verfügen über den am weitesten entwickelten technischen Stand?

Answer 31

Kompressionswärmepumpen/Kompressionskältemaschine

(ist ja das gleiche nur das ein unterschiedliches Temp.niveau genutzt wird)

Question 32

Kompressionswärmepumpen/-kältemaschinen werden immer durch einen Motor angetrieben (bzw. der Verdichter wird durch diesen angetrieben)

Welche Motoren kommen dabei in Frage?

Answer 32

elektrischer Motor oder Verbrennungsmotor

Question 33

Kompressionswärmepumpen

Elektrisch betriebene Kompressionswärmepumpen werden üblicherweise wonach klassifiziert?

Answer 33

nach der genutzten Wärmequelle

Question 34

Kompressionswärmepumpen

Elektrisch betriebene Kompressionswärmepumpen werden üblicherweise nach genutzter Wärmequelle klassifiziert: ?? (4)

Answer 34

Sole/Wasser-Wärmepumpe
-> Wärmeträgermedium ist ein Gemisch aus Frostschutzmittel (Sole) und Wasser; z.B. Erdwärmesonden

Wasser/Wasser-Wärmepumpe
-> z.B. Aquifer

Luft/Wasser-Wärmepumpe
-> als Wärmequelle wird häufig Außenluft verwendet

Luft/Luft-Wärmepumpe: es wird ebenfalls Außenluft verwendet; kommen in Verbindung mit Lüftungsanlagen zum Einsatz

Question 35

Kompressionswärmepumpen

Nenne die vier verbauten Komponenten!

Answer 35

Verdampfer

Verdichter

Kondensator

Expansionsventil

Question 36

“linkslaufender” Kreisprozess meint gegen den Uhrzeigersinn.

Richtig/Falsch?

Answer 36

Richtig
–> GEGEN den Uhrzeigersinn merken, weil Abbildungen sehr verwirrend (oben nach links unten gehts nach rechts)

Question 37

Kompressionswärmepumpen

Abbildungen lernen:

1) Zeichne den Prozess mit allen Kompoenten/Phasen etc. selbst! (sowie die schematische Zeichnung rechts unten)
-> Lsg. siehe slide 21 (Wärmep.)

2) Beschrifte alles (vorher ausgrauen)!
-> Lsg. slide 21 (Wärmepump)

Answer 37

…

Question 38

Wärmepumpen - Oberflächen Geothermie

Beschreibe den Prozess:

Answer 38

1. Nach Expansionsverntil (in welchem Fluid expandiert): Fluid (zirkulierendes Arbeitsmedium (Kältemittel)) kühlt sich unter Bodentemperatur ab
2. Im Verdampfer wird das Kältemittel bei niedrigem Druck verdampf und überhitzt
   -> Energie aus dem wärmeren Untergrund wird verwendet
   -> 1-5°C wärmer als Kältemittel
3. Dampf wird mit einem Elektromotor komprimiert
   -> die Temperatur steigt auf einen höheren Wert als die Temperatur im Untergrund
4. Der heiße Dampf wird in einem zweiten Wärmetauscher kondensiert, indem die Wärme an eine Wärmesenke abgegeben wird

(siehe slide 21 (19) (Wärmepump.)

Question 39

Erkläre grob den Prozess bei einer Kältemaschine!

Answer 39

Im Falle einer Kältemaschine wird einfach nur das andere Temperaturniveau als Nutzen verwendet.

Beim Verdampfer entsteht der Nutzen. Indem die Wärme von z.B. der warmen Raumluft auf das sehr kühle Arbeitsmedium (Kältemittel) übertragen wird, welches verdampft. Die Raumluft kühlt ab und wird kühler in den Raum abgegeben.

(Achtung geschlossener Kreislauf, Kältemittel tritt nicht aus(!))

(https://www.youtube.com/watch?v=uAfs7y7hrDY)

-> nicht wirklich besprochen in VL!

Question 40

Kompressionswärmepumpe / Kompressionskältemaschine

Zeichne den Prozess in das T-s-Diagramm!! (Erkläre auch welche Prozesse in welcher Komponente ablaufen!)

slide 23 (21) (Wärmepump.)

Answer 40

…

Question 41

Bei Kompressionswärmepumpen hat ein Gasmotor den Vorteil, dass dieser nicht nur zum Antrieb des Verdichters dienen kann, sondern auch selbst zu Heizzwecken dienen kann, z.B. wenn die Heizleistung der Wärmepumpe nicht ausreicht.

(siehe slide 25+26)

Answer 41

…

Question 42

Der reale COP ist recht weit von dem theoretisch maximalen COP entfernt. Warum?

Answer 42

Erhebliche Verluste im Prozess

Question 43

Wärmepumpen: Kältemittel
-> slide 26 (nur mal lesen, nicht wichtig)

Answer 43

…

Question 44

Sorptions-Wärmepumpen / Sorptions-Kältemaschinen (thermische Kältemaschinen)

Welche Unterteilung gibt es? Beschreibe sehr kurz!

Answer 44

Absorptionswärmepumpe
-> Nutzen den physikalischen Effekt der Mischungsenthalpie zweier Flüssigkeiten/Gase
-> verfügen über einen Lösungsmittelkreislauf
-> Kältemittel (z.B. Wasser) wird im Lösungsmittel (z.B. Lithiumbromid) ausgetrieben

Adsorptionswärmepumpen
-> basiert auf Feststoffen (z.B. Aktivkohle, Silicagel, Zeolith)
-> Kreisprozess läuft periodisch ab und erfordert ein Vakuum

Question 45

Absorptionswärmepumpen:

Absorption beschreibt welche Fähigkeit von Flüssigkeiten?

Answer 45

Die Fähigkeit gasförmige Teilchen aufzunehmen
-> die Teilchen vollziehen einen Phasenwechel und gehen mit dem Absorbent in Lösung

Question 46

Absorptionswärmepumpen:

Absorption beschreibt welche Fähigkeit von Flüssigkeiten gasförmige Teilchen aufzunehmen
-> die Teilchen vollziehen einen Phasenwechel und gehen mit dem Absorbent in Lösung

Abstand des Siedepunkt der beiden Stoffe muss groß genug sein, um?

Answer 46

ein Mitverdampfen des Lösungsmittels zu vermeiden
-> andernfalls werden Rektifikationseinrichtungen erforderlich

Question 47

Absorptionswärmepumpen:

Heutzutage wichtigste Arbeitsstoffe sind:
- Lithiumbromid-Wasser oder Lithiumbromid-Methanol
- Wasser-Ammoniak oder Wasser-Methylamin
- Hydroxid-Wasser
- Nitrat-Wasser oder Nitrat-Ammoniak

Question 48

Absorptionswärmepumpen:

Die Verdichtung erfolgt nicht durch einen Kompressor, sondern durch?

Answer 48

eine thermische Verdichtung (gewährleistet durch Austreiber, Wärmeübertrager, Pumpe, Regelventil und Absorber anstatt Verdichter (/Kompressor))

(wesentlicher Unterschied Kompressorwärmepumpe und Absorptionswärmepumpe)

Question 49

Absorptionswärmepumpen

1) Aus welchen Komponenten besteht die einfachste Grundform? (4)

2) Zeichne den Prozess!

Answer 49

1)
Verdampfer

Drosselventil (RV)

Kondensator (bzw. Verflüssiger)

Wärmeübertrager (WÜT)

Pumpe

Austreiber

-> Kein Verdichter (!) -> Einheit aus Austreiber, WÜT, Pumpe, Drosselventil und Absorber ersetzt diesen (thermische Verdichtung)

2) Skizze slide 30 (28)!!

Question 50

Absorptionswärmepumpe - Austreiber

Was geschieht im Austreiber?

Answer 50

Kurz: Trennung des Lösungsmittels vom Kältemittel (!)

Lang:
Aus der Lösung des Arbeitsstoffpaares wird bei hohen Temperaturen das Wasser (Kältemittel) aus der kältemittelreichen Lösung verdampft

Dabei wird ein hoher Kältemitteldampfdruck erzeugt, der dann für die Verflüssigung des Kältemittels im Verflüssiger (Kondensator) ausreicht.

Auch verringert sich infolge der Verdampfung (des Wassers) die Konzentration in der Lösung und ein Anstieg der notwendigen Verdampfungstemperatur tritt ein. (sorgt vermutlich dafür, dass Lösungsmittel nicht verdampft)

Der Kältemitteldampf wird nach der Austreibung über einen Flüssigkeitsabscheider geleitet, um eventuell mit ausgetriebenes, dampfförmiges Lösungsmittel (falls wider Erwarten auch verdampft) von dem Kältemittel zu trennen.

(siehe Skizze slide 31+32)

Question 51

Absorptionswärmepumpe - Austreiber

Was geschieht im Verflüssiger (bzw. Kondensator)?

Answer 51

In den Verflüssiger wird der Kältemitteldampf aus dem Austreiber geleitet und abgekühlt.

Diese Abkühlung führt zum Niederschlag

Um die niedrige Temperatur des Verflüssigers erreichen und halten zu können, ist der Verflüssiger gekühlt.
-> Es wird Wärme frei -> bei Nutzung als Wärmepumpe wird hier die Nutzwärme erzeugt

Das kondensierte Kältemittel wird dann durch ein Regelventil (Drosselventil) in den Verdampfer geleitet.
-> Drosselventil notwendig, da unters. Druckniveaus innerhalb der Anlage vorliegen

Question 52

Absorptionswärmepumpen

Was geschieht im Verdampfer?

Answer 52

Das Kältemittel verdampft
-> entzieht dabei einer externen Wärmequelle Wärme
-> dabei wird bei Nutzung als Kältemaschine die Nutzkälte erzeugt

Der dabei entstehende Lösungsmitteldampf (arme Lösung) geht nun in den Absorber über

(siehe Skizze slide 33!)

Question 53

Absorptionswärmepumpen

Was geschieht im Absorber?

Answer 53

Das Kältemittel wird vom konzentrierten Lösungsmittel absorbiert (aufgesaugt) und danach wieder zurück in den Austreiber geleitet.

(Druck im Absorber = Druck im Verdampfer)

Lösungsmittel (z.B. Lithium-Bromid) ist bei entsprechender Kühlung bzw. Wärmeabfuhr durch das Kühlwasser wieder bestrebt, Wasser (Kühlmittel) aufzunehmen und zieht den Kältemitteldampf aus dem Verdampfer ab

Die reiche Lösung wird daraufhin zurück in den Austreiber gepumpt

(slide 34!)

Question 54

Absorptionswärmepumpen

Was geschieht im Wärmeübertrager (WÜT)?

Answer 54

Die starke Lösung tritt aus dem Austreiber mit hoher Temperatur und wird zum Absorber geleitet.

Bei einer solch hohen Temperatur kann allerdings im Absorber kein Kältemittel aufgenommen werden.

Aus diesem Grund muss die Lösung vorab stark abgekühlt werden.

Anders herum muss die reiche, gekühlte Lösung vom Absorber kommend im Austreiber erwärmt werden, um das Kältemittel verdampfen zu können.

Es wird ein Wärmetauscher (bzw. -übertrager) verbaut, sodass die heiße, starke Lösung ihre Wärme an die kalte, reiche Lösung abgeben kann und dadurch gekühlt wird.

(siehe slide 34+35!)

Question 55

Absorptionswärmepumpe

Zeichne den Prozess in ein Diagramm mit ln(p) (bzw. natürliche Logarithmus des Drucks) auf y-Achse und (-1/T) (bzw. reziproke Temperatur) auf x-Achse.

-> siehe Lsg. slide 34!

Answer 55

…

Question 56

Adsorptionswärmepumpen

• Adsorptionsmittel i.d.R. ein Feststoff (z.B. Zeolith)
• Zeolith ist ein poröser Keramikwerkstoff und besteht aus Aluminiumoxid und Siliziumoxid
• Mit Mikroporen durchsetzt hat Zeolith eine große innere Oberfläche von über 1000m^2/g
• In diesen Poren kann Zeolith Wasser (Kältemittel) einschließen, welches zuvor durch “kalte” Umweltwärme verdampft wurde
• Bei der Adsorption gibt das Zeolith die Kondensationswärme auf höherem Temperaturniveau an den Heizkreis ab
• Die Trocknung (Desorption) des Zeoliths erfolgt über eine andere Wärmequelle (z.B. Erdgas), wobei anschließend bei der Verflüssigung des Wassers die Kondensationswärme genutzt werden kann

Answer 56

…

Question 57

Adsorptionswärmepumpen

Wärme muss bei der ?(1)? zugeführt werden und kann bei der ?(2)? (stark exotherme Reaktion, T über 300°C möglich) und ?(3)? des Kältemittels genutzt werden

Answer 57

(1) Desorption

(2) Adsorption

(3) Kondensation

Question 58

Nenne die 4 Schritte der Funktion einer Adsorptionswärmepumpe!

Answer 58

1. Durch die Erdwärme beginnt das Kältemittel zu Gas zu verdampfen
2. Das Kältemittel bindet sich (adsorbiert) an das Sorptionsmittel
   –> dabei entsteht Wärme für die Heizung
3. Das Sorptionsmittel wird erhitzt und trocknet.
   –> das Kältemittel löst sich
4. Das Kältemittel verflüssigt sich, wobei nutzbare Kondensationswärme entsteht

-> der Kreislauf beginnt erneut

Question 59

Nenne einen wesentlichen Unterschied zwischen Adsorptionswärmepumpen und anderen Wärmepumpenformen (z.B. Kompressions-, Absorptionswärmepumpe)

Answer 59

Der Prozess erfolgt nicht kontinuierlich, sondern in einzelnen Schritten.

Um eine kontinuierliche Wärmebereitstellung zu erreichen, wird daher meist mit unterschiedlichen Kammersystemen gearbeitet. Die Prozesse finden dann zeitlich versetzt in den unterschiedlichen Kammern statt.

Question 60

Adsorptionswärmepumpen

Um Umweltwärme mit dem Kältemittel Wasser nutzen zu können, wird was benötigt?

Answer 60

ein starker Unterdruck

(-> bei einem Druck von 8,7mbar verdampft Wasser bereits bei 5°C und bei 6,1 mbar sogar bei 0°C)

Question 61

Adsorptionswärmepumpen

Zwei-Phasen-Betrieb:

?(1)?: Wasser wird aus Sorptionsmittel ausgetrieben und kondensiert -> stellt Nutzwärme bereit

?(2)?: Brenner wird ausgeschaltet; Zuführung von Niedertemperaturwärme unter starken Unterdruck
-> Kältemittel verdampft
-> bindet an dem Adsorber und stellt Heizenergie bereit

(zeichne slide 40!)

Answer 61

(1) Desorption

(2) Adsorption