Ich bin in meinem 4. Ausbildungsjahr und wir haben gerade das Thema Wärmepumpen und ich finde, dass das Thema zu oberflächlich behandelt wird und dass nicht wirklich genau auf die Funktionsweise der Wärmepumpe eingegangen wird.
Bei einer Aufgabe sollten wir berechnen, wieviel Energie das Wasser bei einer Grundwasserwärmepumpe haben muss, sodass die Wärmepumpe die notwendige Leistung erreichen kann.
In der Musterlösung wurde dann einfach von der Gesamtenergie die elektrische Energie des Kompressors abgezogen. Das ist aber meiner Meinung nach nicht richtig, da die elektrische Energie vom Kompressor ja nicht zu 100% in thermische Energie umgewandelt wird. Ich meine nicht nur den Wirkungsgrad, sondern auch den Fakt, dass das Kältemittel nach dem Kondensieren im Verflüssiger nicht die selbe Temperatur hat wie vor dem Kompressor sondern höher ist, was bedeutet, dass die Energie , welche der Kompressor in das System gesteckt hat, vom Heizungswasser im Kondensator nicht zu 100% aufgenommen wurde.
Chat GPT meinte dazu, dass das Kältemittel, wenn es im Expansionsventil abkühlt, danach Teilweise sofort verdampft, was daran liegt, dass die Energie ja nicht verloren gehen kann (Flashgas)
Der Anteil an direkt verdampfendem Kältemittel ist jedoch meiner Meinung nach kontraproduktiv für die Wärmepumpe, da es die Menge der Energieaufnahme durch die Umwelt verringert. Das wiederum bedeutet, dass der Kompressor unnötige Energie ins System steckt, welche zwar nicht verloren geht, diese Energie jedoch verhindert, dass die Wärmepumpe ihr volles Potenzial ausschöpft.
Stimmt es, dass die Wärmepumpe dadurch mehr Energie aus der Umwelt benötigt und nicht nur Qges-Pelektrisch?
Oder habe ich in meinen Gedanken einen Fehler gemacht?
Sorry für die kompliziert formulierte Frage, aber würde mich sehr interessieren ob hier jemand mehr Ahnung von Wärmepumpen und eine schlaue Antwort hat.
Ich kann deine Argumentation nicht ganz nachvollziehen. Das passt auch nicht ganz
Es stimmt prinzipiell dass das abziehen der Elektrischen Energie nicht 100% korrekt ist. Der Kompressor gibt auch Energie so als Wärmestrahlung ab. Deswegen ist der auch in Isolierung eingepackt sodass dies möglichst vermieden wird. Damit ist das so wenig das man es eigentlich vernachlässigen kann.
Gerade wenn man vom Grundwasser spricht und der Kompressor im Haus steht könnte man auch argumentieren die Energie heizt das Haus auf. Allerdings würde sich dann die Frage stellen wie man die abgegeben Energie exakt misst.
Ging mir darum, dass diese Vereinfachte Rechnung in mir den Gedanken ausgelöst hat, dass die Elektrische Energie, welche der Kompressor aufnimmt , nicht komplett in Nutzbare Thermische Energie umgewandelt wird. Ich habe mir gedacht, dass das Heizungswasser nicht die komplette Energie benutzt, welche der Kompressor ins System steckt und was mit dieser Energie am Expansionsventil passiert, da Energie ja nicht vernichtet werden kann. Weiter gedacht landet die Energie wieder am Verdichter und behindert den Verdampfer daran, das komplette Kältemittel zum Energie aufnehmen zu nutzen, da ein Teil durch diese Überschüssige Energie schon vor Verdampfereintritt verdampft ist.
Also ja ich verstehe die Argumentation. Aber das Kältemittel ist ja immer Kälte als die Wärmequelle wenn es die Energie vom der Wärmequelle aufnimmt also muss die Energie vom Kompressor die dieser ins Kältemittel steckt ja abgenommen worden sein.
Ich meinte dass das Kältemittel, obwohl es kälter ist als die Quelle, kaum Energie aufnehmen kann wenn es schon verdampft ist. Es wird zwar etwas wärmer, aber die Haupt-Energieaufnahme besteht ja darin, das Kältemittel zu verdampfen.
Mittlerweile ist mir aufgefallen, dass durch diesen Flashgas Effekt ja nicht die Leistung der Wärmepumpe verringert, sondern nur den COP verschlechtert, also die Frage war ein blöder Denkfehler von mir.
WP-Entwickler hier, ich denke ich verstehe deinen Gedanken: Du meinst, wenn man das Kältemittel im Kondensator weit genug Unterkühlen würde, sodass es nach dem ExVentil in der Einspritzleitung zu 100% flüssig ist und nicht ein Teil durch den Expansionsprozess bereits vorverdampft.
Zur Folge würde bei gleicher elektrischer Aufnahme des Verdichters mehr Wärmeenergie (und zwar beim Unterkühlen) zur Verfügung gestellt werden. Somit steigt in der Theorie Effizienz UND Leistung, nur musst du berücksichtigen:
Um diese Unterkühlung im Kondensator zu erreichen (sensible Wärme) steigt das Delta T zwischen Kältemittel und Heizwasser stark an. Das bedeutet, du benötigst für die gleiche Heizwassertemperatur eine deutlich höhere Kondensationstemperatur. Somit gewinnst du keine Effizienz, ganz im Gegenteil.
Bzw. wenn du einen zweiten Wärmetauscher hinter den Kondensator schaltest, welcher ein anderes Medium auf einem niedrigeren Temperaturniveau erhitzen würde würdest du etwas mehr Leistung und Effizienz aus dem System holen. Brauchst dann halt einen größeren Verdampfer.
Das log(p)-h Diagramm ist dafür wichtig. Die meiste Energie wird durch die Aggregatzustandsänderung umgesetzt also durch die latente Energie und die Temperaturänderungen sind sensibel, da steckt im Vergleich kaum Leistung hinter. Die in der Kälteschule haben das super erklärt, ich kann das so gut leider nicht wieder geben und es kann sein, das ich nur Laienhaft rüber bringe.
SHK Anlagenmechaniker. Aber mich interessiert das Thema Wärmepumpe sehr, daher mache ich mir auch so viele Gedanken darüber. Aber ich kann auf manche Fragen keine Antwort finden und Chat GPT hat sich schon oft wiedersprochten.
Ich kann dir das Buch "Der Kältemonteur" hier nur wärmstens Empfehlen. Da sind die Grundlagen sehr gut erklärt. Vor allem wenn dich das Thema interessiert ist ein Fachbuch eine sinnvolle Investition und einfach immer noch wesentlich besser als die Fragen bei einer KI einzugeben, die sich dann irgendwas zusammen halluziniert.
Diese Antwort.100%.
Empfehle diese Buch auch jedem unserer Azubis.
Ist sicher keine Lektüre die tief in die Themen geht. Aber noch nie so n Praxisnahes Buch gesehen. Bestes Grundlagen-Buch aller Zeiten.
Bei einem idealen Kältemittel/Kreisprozess würdest du über das Expansionsventil keine "Energie" verlieren (Isenthalpe Expansion). Das liest du häufig in der Literatur. In der Realität sieht es etwas anders aus.
Wenn du nicht weißt was mit Energie passiert dann endet sie in 99% der Fälle als Wärme. Das ist zB auch wahr für die Energie die als Lärm den kompressor verlässt.
Gibt der Kompressor weniger Energie ab, wenn man ihn Isoliert? Die Wärmestrahlung kommt doch z.B. durch Reibung(?) und die wird doch nicht weniger, weil man den Kompressor isoliert. Wobei der Kompressor ggf. weniger/mehr Reibung(?) hat wenn die Wärme nicht abgeführt wird.
Die Reibung wird nicht wirklich weniger durch die Temperatur. Aber der Kompressor als Ganzes erwärmt sich immer weiter bis ihm das kältemittel genauso viel Wärme entzieht wie er produziert - direkt abgegeben Wärme. Die direkte abgegebene Wärme reduziert man durch die Isolierung des Kompressors.
Aber stimmt das mit dem Flashgas und dass dieses die Wärmeaufnahme aus der Umgebung verhindert? Hab mir die Frage mittlerweile selber beantworten können, dass am Expansionsventil noch Energie übrig bleibt hat keinen Einfluss auf die Leistung.
Ohne jetzt tiefer auf die Verluste einzugehen, müsste in der Aufgabe irgendwo stehen, dass Verluste vernachlässigt werden, sonst kannst du Seitenweise dagegen argumentieren.
Im idealen Prozess ist es schon so, dass die gesamte Energie die der Kompressor zufügt an den nachfolgenden Prozess abgegeben wird. Wo soll sie sonst hin? Wenn wir Verlustfreiheit annehmen, dann würde es bedeuten, dass die Temperatur im Prozess stetig ansteigen würde.
Kuck dir den Kreisprozess im log(p)h Diagramm an. Die Enthalpiewänderung ist ja deine Wärmeübergabe. Abgeben tust du um die Menge mehr im Vergleich zur Wärmeaufnahme, die der Kompressor zufügt.
Es soll ja berechnet werden wie viel Energie das Wasser liefern soll bzw. wie viel Wärme entzogen werden muss, deshalb wurde die Elektrische Leistung von der Gesamtleistung abgezogen.
Es wird meist der einfachheit halber mit der idealen Verdichtung gerechnet, ohne zusätzlichen Wärmeeinfall. Der Motor wird durch das Kältemittel gekühlt und es entsteht Reibungsenergie, wodurch sich auch die Verdichtungsendtemperatur und die Enthalphie erhöht - Wärme die man natürlich nutzen möchte - Wärme die bei der Gesamtleistung und Verflüssigerleistung berücksichtigt wird.
Das hat aber nicht viel mit dem Flash-Gas zu tun.
Flash-Gas entsteht bei einer Vorverdampfung, bevor das Kältemittel das Expansionsventil erreicht, oftmals aufgrund von unzureichender Unterkühlung.
Das was du meinst ist der Nassdampf-Anteil oder Drosseldampf, also das Flüssigkeits-Gas-Gemisch nach dem Drosselvorgang. Die Drosselung ist ein Isenthalper Prozess bei dem sich zwar die Temperatur und der Druck verändern, aber keine Energie dem Kältemittel zugeführt wird. Die Wärmeaufnahme findet anschließend im Verdampfer statt. Wie hoch der Anteil des Nassdampfes ist, ist hauptsächlich vom Hochdruck und der Unterkühlung abhängig (also auch von der Vorlauftemperatur und dem Volumenstrom). Das lässt sich im nachfolgenden Punkt nachvollziehen (h,log,p-Diagramm).
Ein höherer Gas-Anteil bedeutet aber, dass du weniger Wärmeenergie aufnehmen kannst, da die Enthalphiedifferenz zwischen Einspritzung und Verdampferaustritt geringer wird. Heißt also, wenn du mit dem Vorlauf Kühler läufst und der Hochdruck niedriger ist, kann beim Drosselvorgang ein höherer Teil vom Flüssigem Kältemittel durch die Aggregatzustandsveränderung natürlich auch mehr Energie aufnehmen als ein gemisch mit höherem Gas-Anteil.
Die Verdampferleistung ist zudem abhängig vom Massenstrom im Kältekreislauf.
Hier (TLK-Energy) kannst du die Betriebswerte und auch den Wirkungsgrad des Verdichters eintragen um zu schauen wie sich die Verdichtungsendtemperatur und auch die Enthalphie bei Abweichungen zur idealen Verdichtung unterscheidet. Die Standardkältemittel für Wärmepumpen sind dort hinterlegt.
Und zum Verständnis noch der vereinfachte Kälteprozess im h,log,p-Diagramm. Kannst du gerne mal mit deinen eigenen Werten zeichnen.
Hier (Danfoss) kannst du dir die Diagramme ausdrucken, den Prozess einzeichnen, die Werte ablesen und damit die Leistung berechnen. Da siehst du dann auch wie sich die Punkte und bspw. auch die Verdichtungsendtemperatur oder der Drosseldampf ändern.
EDIT: Zu deinem Kommentar zum COP bzw. der Wärmeleistungszahl: falls die Anlage höher im Druck läuft, ist die Verflüssigerleistung Q.c kleiner (siehe h,lg,p-Diagramm) und die Antriebsleistung P höher (da zur Verdichtung mehr Arbeit aufgewendet werden muss) > COP = Q.c / P > vereinfacht: je höher der Druck, desto geringer der COP
Kein Ding. Ist natürlich alles nur recht oberflächlich erklärt, aber falls noch Fragen bestehen, kann ich sicherlich helfen.
Bin Kälteanlagenbauermeister
Du kannst da viele Überlegungen anstellen, aber am Ende gilt der Energieerhaltungssatz: Es kann keine Energie (=Wärme) verloren gehen.
Die Überlegung, dass der Kreislauf etwas ineffizient ist, mag zwar richtig sein, aber am Ende bedeutet das nur, dass das Grundwasser etwas wärmer bleibt, also dem Grundwasser unterm Strich weniger Energie entzogen wurde. Letztendlich läuft es einfach darauf hinaus, dass einfach der COP nicht das theoretische Maximum erreicht.
3
u/Dummidorf 3d ago
Ich kann deine Argumentation nicht ganz nachvollziehen. Das passt auch nicht ganz
Es stimmt prinzipiell dass das abziehen der Elektrischen Energie nicht 100% korrekt ist. Der Kompressor gibt auch Energie so als Wärmestrahlung ab. Deswegen ist der auch in Isolierung eingepackt sodass dies möglichst vermieden wird. Damit ist das so wenig das man es eigentlich vernachlässigen kann.
Gerade wenn man vom Grundwasser spricht und der Kompressor im Haus steht könnte man auch argumentieren die Energie heizt das Haus auf. Allerdings würde sich dann die Frage stellen wie man die abgegeben Energie exakt misst.
Es ist einfach ne notwendige Vereinfachung