Wärmepumpe: Unterschied zwischen den Versionen

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Aktuelle Version vom 7. März 2011, 10:29 Uhr

Die Wärmepumpe (WP) ist eine Maschine, die Wärme von einem niedrigen Temperaturniveau unter Energiezufuhr auf ein höheres Temperaturniveau transportiert. Die WP entzieht also der Umgebung Wärme, bringt diese mit Hilfe von Kompressoren auf eine höhere Temperatur und gibt sie an das Heizsystem oder die Warmwasseraufbereitung ab. Physikalisch korrekt ausgedrückt fördert die WP Entropie aus einem System mit tiefer Temperatur in ein System mit hoher Temperatur. Weil der zugeordnete Energiestrom bei tiefer Temperatur kleiner ist als bei hoher, muss die WP dem Entropiestrom eine Prozessleistung zuführen. Eine WP darf als rückwärts laufende Wärmekraftmaschine angesehen werden.

Verwendungszweck

Eine WP kann ein System kühlen oder heizen: bei der Kühlung wird Entropie an die Umwelt weggepumpt; beim Heizen wird Entropie von der Umwelt ins System hinein gefördert:

Kühl- oder Gefrierschrank: Entropie wird im Innern des Kühlgerätes mittles Kühlschlangen aufgenommen über einen Wärmetauscher an die Umgebung weggepumpt;
Klimaanlage: Entropie wird aus dem Gebäude an die Umgebung abgepumpt;
Kunsteisherstellung: Entropie wird dem Wasser entzogen, bis es gefriert;
Wärmepumpe bei Gebäuden: Entropie wird aus der Umgebungsluft, einem Gewässer, dem Grundwasser oder dem Boden entzogen und ins Gebäude hinein gepumpt.

Arbeitsweise

Unterschiedliche Effekte kommen bei Wärmepumpe zur Anwendung:

Entropieaufnahme oder -abgabe durch Volumenänderung des Arbeitsmediums (latente Entropie)
Entropieaufnahme oder -abgabe durch Verdampfen oder Kondensieren des Arbeitsmediums (Verdampfungentropie)
Entropieaufnahme oder -abgabe durch Mischen oder Entmischen zweier verschiedener Stoffe;
Temperaturänderung durch isentrope Expansion oder Kompression;
thermoelektrische Kopplung;

Heutige Wärmepumpen arbeiten meist mit Verdampfen und Kondensieren. Man unterscheidet zwischen Kaltdampfprozess und Heissdampfprozess. Beim Kaltdampfprozess liegen alle Temperaturen (Verdampfen und Kondensieren) unter dem kritischen Punkt des Arbeitsmediums (Kältemittel), beim Heissdampfprozess liegt die Temperatur des Arbeitsmittels bei der Entropieabgabe über der kritischen Temperatur.

Wirkungsgrad

Die Effizienz einer Wärmepumpe wird mit Hilfe der Leistungszahl ε gemessen. Dabei unterscheidet man zwischen Leistungsziffern für Heiz- und Kühlzwecke

Heizung: [math]\varepsilon=\frac{I_{W2}}{P}[/math]

Kühlung: [math]\varepsilon=\frac{I_{W1}}{P}[/math]

Die Leistungszahl setzt den Ertrag (Wärmezufuhr bei der Heizung, Wärmeabfuhr bei der Kühlung) in Relation zum Aufwand (Pumpleistung). Im Gegensatz dazu vergleicht der Wirkungs- oder Gütegrad die reale mit der idealen Leistungszahl. Die ideale Leistungszahl wird in Anlehnung an den Carnot-Zyklus auch Carnot-Leistungszahl genannt

[math]\eta=\frac{\varepsilon}{\varepsilon_C}[/math]

Die Grösse der Carnot-Leistungszahlen hängen nur von der unteren Temperatur T₁ und der oberen Temperatur T₂ ab

Heizung: [math]\varepsilon_C=\frac{T_2I_S}{(T_2-T_1)I_S}=\frac{T_2}{T_2-T_1}[/math]

Kühlung: [math]\varepsilon=\frac{T_1 I_S}{(T_2-T_1)I_S}=\frac{T_1}{T_2-T_1}[/math]

Links

Wärmepumpe auf Youtube

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 [[Bild:WP_Prozess.png|thumb|Prozess-Schema einer WP]]
-Die Wärmepumpe (WP) ist eine [[Maschine]], die [[Wärme]] von einem niedrigen Temperaturniveau unter Energiezufuhr auf ein höheres Temperaturniveau transportiert. Die WP entzieht also der Umgebung Wärme, bringt diese mit Hilfe von Kompressoren auf eine höhere Temperatur und gibt sie an das Heizsystem oder die Warmwasseraufbereitung ab. Physikalisch korrekt ausgedrückt fördert die WP  [[Entropie]] aus einem System mit tiefer Temperatur in ein System mit hoher Temperatur. Weil der [[zugeordneter Energiestrom|zugeordnete Energiestrom]] bei tiefer Temperatur kleiner ist als bei hoher, muss die WP dem [[Entropiestrom]] eine [[Prozessleistung]] zuführen. Eine WP darf als rüchwärts laufende [[Wärmekraftmaschine]] angesehen werden.
+Die Wärmepumpe (WP) ist eine [[Maschine]], die [[Wärme]] von einem niedrigen Temperaturniveau unter Energiezufuhr auf ein höheres Temperaturniveau transportiert. Die WP entzieht also der Umgebung Wärme, bringt diese mit Hilfe von Kompressoren auf eine höhere Temperatur und gibt sie an das Heizsystem oder die Warmwasseraufbereitung ab. Physikalisch korrekt ausgedrückt fördert die WP  [[Entropie]] aus einem System mit tiefer Temperatur in ein System mit hoher Temperatur. Weil der [[zugeordneter Energiestrom|zugeordnete Energiestrom]] bei tiefer Temperatur kleiner ist als bei hoher, muss die WP dem [[Entropiestrom]] eine [[Prozessleistung]] zuführen. Eine WP darf als rückwärts laufende [[Wärmekraftmaschine]] angesehen werden.
+==Verwendungszweck==
 Eine WP kann ein System kühlen oder heizen: bei der Kühlung wird Entropie an die Umwelt weggepumpt; beim Heizen wird Entropie von der Umwelt ins System hinein gefördert:
 *[[Kühlgerät|Kühl]]- oder Gefrierschrank:  Entropie wird im Innern des Kühlgerätes mittles Kühlschlangen aufgenommen über einen Wärmetauscher an die Umgebung weggepumpt;
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 *Wärmepumpe bei Gebäuden: Entropie wird aus der Umgebungsluft, einem Gewässer, dem Grundwasser oder dem Boden entzogen und ins Gebäude hinein gepumpt.
+==Arbeitsweise==
 Unterschiedliche Effekte kommen bei Wärmepumpe zur Anwendung:
 *Entropieaufnahme oder -abgabe durch Volumenänderung des Arbeitsmediums (latente Entropie)
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 *Entropieaufnahme oder -abgabe durch Mischen oder Entmischen zweier verschiedener Stoffe;
 *Temperaturänderung durch isentrope Expansion oder Kompression;
 *thermoelektrische Kopplung;
+Heutige Wärmepumpen arbeiten meist mit Verdampfen und Kondensieren. Man unterscheidet zwischen [[Kaltdampfprozess]] und [[Heissdampfprozess]]. Beim Kaltdampfprozess liegen alle Temperaturen (Verdampfen und Kondensieren) unter dem kritischen Punkt des Arbeitsmediums (Kältemittel), beim Heissdampfprozess liegt die Temperatur des Arbeitsmittels bei der Entropieabgabe über der kritischen Temperatur.
+==Wirkungsgrad==
+Die Effizienz einer Wärmepumpe wird mit Hilfe der [[Leistungszahl]] ''&epsilon;'' gemessen. Dabei unterscheidet man zwischen Leistungsziffern für Heiz- und Kühlzwecke
+:Heizung: <math>\varepsilon=\frac{I_{W2}}{P}</math>
+:Kühlung: <math>\varepsilon=\frac{I_{W1}}{P}</math>
+Die Leistungszahl setzt den Ertrag (Wärmezufuhr bei der Heizung, Wärmeabfuhr bei der Kühlung) in Relation zum Aufwand (Pumpleistung). Im Gegensatz dazu vergleicht der Wirkungs- oder Gütegrad die reale mit der idealen Leistungszahl. Die ideale Leistungszahl wird in Anlehnung an den [[Carnot-Zyklus]] auch Carnot-Leistungszahl genannt
+:<math>\eta=\frac{\varepsilon}{\varepsilon_C}</math>
+Die Grösse der Carnot-Leistungszahlen hängen nur von der unteren Temperatur ''T<sub>1</sub>'' und der oberen Temperatur ''T<sub>2</sub>'' ab
+:Heizung: <math>\varepsilon_C=\frac{T_2I_S}{(T_2-T_1)I_S}=\frac{T_2}{T_2-T_1}</math>
+:Kühlung: <math>\varepsilon=\frac{T_1 I_S}{(T_2-T_1)I_S}=\frac{T_1}{T_2-T_1}</math>
+==Links==
+*[http://www.youtube.com/watch?v=4zUg4a_yCJQ Wärmepumpe] auf Youtube
 [[Kategorie:Thermo]]