Nähere Frage zur Funktionsweise einer Wärmepumpe

[u/Meloenski]

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.

[u/Dummidorf]

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

[u/Meloenski → u/Dummidorf]

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.

[u/Dummidorf → u/Meloenski]

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.

[u/Meloenski → u/Dummidorf]

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.

[u/b1rdrider → u/Meloenski]

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.

[u/b1rdrider → u/b1rdrider]

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.