Mithilfe eines Versuchsmodells einer Wärmepumpe sollen die Leistungsziffer, sowie die Wärmeverluste einer Wärmepumpe ermittelt, und anschließend diskutiert werden.
Eingegangen wird hier auf das Ziel des Versuchs, die physikalischen Grundlagen, den Versuchsaufbau sowie Versuchsdurchführung. Die Ausarbeitung wird abgeschlossen mit einer Zusammenstellung und Diskussion der Ergebnisse sowie einem Fazit.
Inhaltsverzeichnis
1. Ziel des Versuchs
2. Physikalische Grundlagen
2.1. Allgemein
2.1.1. Erster Hauptsatz der Thermodynamik
2.1.2. Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik
2.1.3. Entropie
2.1.4. Enthalpie
2.1.5. Zustandsänderungen
2.1.6. Latente Wärme
2.2. Prinzip einer Wärmepumpe
2.2.1. Realisierung
2.2.2. Leistungsziffer ε einer Wärmepumpe
2.2.3. Organic Rankine Cycle (ORC)
2.2.4. Mollier-Diagramm
3. Versuchsaufbau
4. Versuchsdurchführung
4.1. Vorbereitung
4.2. Messungen
4.3. Anmerkung
5. Zusammenstellung und Diskussion der Ergebnisse
5.1. Versuchsauswertung
5.1.1. Temperaturverläufe
5.1.2. Leistungsverläufe
5.1.3. Verlauf der Leistungsziffer
5.1.4. Vergleich mit dem ORC-Prozess
5.2. Diskussion und Berechnungen zur Messunsicherheit
5.2.1. Maximale Messunsicherheit der Leistungen
5.2.2. Mindestverlustleistung
5.3. Weitere Diskussion
5.3.1. Realistischeres Energieflussdiagramm
5.3.2. Vorschläge zur Verbesserung der Versuchsanlage
5.3.3. Eisbildung
6. Fazit
Zielsetzung & Themen der Arbeit
Ziel der Arbeit ist die experimentelle Ermittlung der Leistungsziffer sowie der auftretenden Wärmeverluste einer Wärmepumpe unter Verwendung eines Versuchsmodells. Dabei sollen die thermodynamischen Prozesse analysiert, gemessen und kritisch mit theoretischen Modellen verglichen werden.
- Grundlagen der Thermodynamik und des Wärmepumpenprinzips
- Durchführung und messtechnische Erfassung des Wärmepumpenprozesses
- Analyse von Temperaturverläufen und Leistungsbilanzen
- Vergleich zwischen realem Prozess und idealisiertem ORC-Zyklus
- Diskussion von Messunsicherheiten und Optimierungspotenzialen
Auszug aus dem Buch
2.2. Prinzip einer Wärmepumpe
Die Aufgabe einer Wärmepumpe besteht darin, Wärme eines niedrigeren zu einem höheren Temperaturniveau zu transportieren. Damit dies gelingt wird dem System Arbeit zugeführt.
Das Arbeitsmedium hat die Aufgabe, die Wärme von „kalt nach warm“ zu transportieren. Im verwendeten Versuchsaufbau ist es ein reales Gas, welches als Kältemittel R12 bezeichnet wird; die genaue chemische Bezeichnung lautet: CCl2F2.
Geeignete Arbeitsmedien sind allgemein solche, die bei Wärmezufuhr unter niedrigem Druck verdampfen (geringe Siedetemperatur) und bei Wärmeabgabe unter höherem Druck wieder kondensieren.
Der Kreisprozess läuft folgendermaßen ab:
(4-1) Das Arbeitsmedium nimmt am Verdampfer Wärmeenergie auf. Es liegt hier gasförmig bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck vor. Der niedrige Druck wird erreicht, da der Kompressor (In Abb.1 „Verdichter“) das Arbeitsmedium zum Verdichten ansaugen muss (Unterdruck innerhalb des Systems).
(1-2) Das vom Kompressor angezogene Arbeitsmedium wird in diesem nun verdichtet. Dabei steigen der Druck und damit auch die Temperatur, weil wegen des höheren Drucks bei konstantem Energiegehalt die Temperatur „zum Ausgleich“ steigen muss.
(2-3) Im Verflüssiger kondensiert das komprimierte, gasförmige Medium, wobei es Wärme abgibt.
(3-4) Das Arbeitsmedium liegt nun flüssig, aber immer noch unter hohem Druck vor. Deshalb wird es nun über eine Düse (In Abb. 1 „Drossel“) entspannt, indem es wieder in den Verdampferbereich gelangt, wo ein niedrigerer Druck herrscht. Bei diesem Vorgang verdampft das Medium und der Prozess beginnt bei (4-1) von Neuem.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Ziel des Versuchs: Beschreibung der Zielsetzung, die Leistungsziffer und Wärmeverluste einer Wärmepumpe zu ermitteln.
2. Physikalische Grundlagen: Erläuterung der thermodynamischen Gesetze, des Wärmepumpenprinzips und der prozesstechnischen Darstellung.
3. Versuchsaufbau: Vorstellung der apparativen Ausstattung und der Messinstrumente des Versuchsmodells.
4. Versuchsdurchführung: Dokumentation der Vorbereitungen und der systematischen Messreihen.
5. Zusammenstellung und Diskussion der Ergebnisse: Detaillierte Auswertung der Daten, Berechnung der Leistungsziffern, Fehlerbetrachtung und Optimierungsansätze.
6. Fazit: Zusammenfassende Einschätzung der Ergebnisse und Einordnung der Wärmepumpentechnologie.
Schlüsselwörter
Wärmepumpe, Thermodynamik, Leistungsziffer, Kältemittel R12, Energiebilanz, Verdichter, Verdampfer, Kondensator, ORC-Prozess, Messunsicherheit, Wärmeverluste, Zustandsänderung, Enthalpie, Entropie, Eisbildung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der experimentellen Auswertung eines Wärmepumpen-Demonstrationsmodells an der Hochschule München.
Was sind die zentralen Themenfelder der Untersuchung?
Im Zentrum stehen die thermodynamischen Prinzipien, die Effizienzmessung (Leistungsziffer) sowie die Analyse von Energieverlusten im System.
Was ist das primäre Ziel der Studie?
Das Hauptziel ist die Bestimmung der Leistungsziffer sowie die Ermittlung und Diskussion der Wärmeverluste der untersuchten Wärmepumpe.
Welche wissenschaftliche Methode kommt zum Einsatz?
Es wird ein experimentelles Versuchsmodell verwendet, dessen Daten durch eine Reihe von Messungen (Temperatur, Druck, elektrische Energieaufnahme) erhoben und anschließend theoretisch ausgewertet werden.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil umfasst die Herleitung der physikalischen Grundlagen, die Beschreibung des Versuchsaufbaus, die Durchführung der Messungen sowie die ausführliche mathematische Analyse der Ergebnisse inklusive einer Fehlerrechnung.
Welche Begriffe charakterisieren die Arbeit am besten?
Die Arbeit ist durch Begriffe wie Wärmepumpe, Leistungsziffer, Thermodynamik, Kältemittel R12 und Messunsicherheit charakterisiert.
Warum wird im Verlauf der Messung ein starker Abfall der Leistung beobachtet?
Dies ist primär auf eine einsetzende Eisbildung an den Bauteilen zurückzuführen, die den Prozess negativ beeinflusst.
Was besagt das Ergebnis der Fehlerrechnung bezüglich der Messwerte?
Die Fehlerrechnung zeigt, dass die beobachteten Diskrepanzen zwischen Theorie und Praxis teilweise durch Messunsicherheiten erklärbar sind, aber auch systembedingte Verluste eine signifikante Rolle spielen.
- Citar trabajo
- Simon Heß (Autor), 2016, Versuch zur Wärmepumpe, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/384865
