3B SCIENTIFIC PHYSICS 1000820 Manual Del Usuario página 5

p / mbar
10
3
1
4
0.1
200 300
Fig. 5 Darstellung des idealisierten Kreisprozesses
der Wärmepumpe im Mollier-Diagramm
(siehe Abschnitt 8.2)
Der Kreisprozess der Wärmepumpe wird ideali-
siert in die vier Schritte Kompression (1→2), Ver-
flüssigung (2→3), gedrosselte Entspannung
(3→4) und Verdampfung (4→1) unterteilt:
Kompression:
Das gasförmige Arbeitsmittel wird vom Kompres-
sor angesaugt, ohne Entropieänderung (s
von p auf p komprimiert und dabei überhitzt. Die
1 2
Temperatur steigt von T
sche Verdichtungsarbeit pro Masseneinheit ist
Δw = h – h
.
2 1
Verflüssigung:
Im Verflüssiger kühlt das Arbeitsmittel stark ab
und kondensiert. Die frei werdende Wärme
(Überhitzungswärme und Kondensationswärme)
erwärmt das umgebende Reservoir auf die Tem-
. Sie beträgt pro Masseneinheit Δq
peratur T
2
– h
h .
2 3
Gedrosselte Entspannung:
Das kondensierte Arbeitsmittel gelangt zum Ent-
spannungsventil, um dort gedrosselt (d.h. ohne
mechanische Arbeit) auf niedrigeren Druck ent-
spannt zu werden. Dabei nimmt auch die Tempe-
ratur ab, da Arbeit gegen die molekularen Anzie-
hungskräfte im Arbeitsmittel verrichtet werden
muss (Joule-Thomson-Effekt). Die Enthalpie
bleibt konstant (h = h
4 3
Verdampfung:
Im Verdampfer verdampft das Arbeitsmittel unter
Aufnahme von Wärme vollständig. Dies führt zur
Abkühlung des umgebenden Reservoirs auf die
Temperatur T . Die aufgenommene Wärme pro
1
Masseneinheit ist Δq
1
Das verdampfte Arbeitsmittel wird zur erneuten
Kompression wieder vom Kompressor angesaugt.
S / kJ /kg K
T
2
1
400 500
H / kJ /kg
= s
1
auf T . Die mechani-
1 2
).
– h
= h .
1 4
Hinweis:
Das entspannte Kältemittel verdampft und entzieht
dem linken Reservoir Wärme.
Unter idealen Bedingungen führt das Rohrsystem
vom Verdampfer über das Schauglas bis zum Ver-
dichter rein gasförmiges Kältemittel.
Mit sinkender Wassertemperatur nimmt die Wär-
meaufnahme über die Verdampferwendel ab und
infolge dessen können im linken Schauglas Tropfen
von Kältemittel sichtbar werden.
Dies hat praktisch keinen Einfluss auf die Funktion
der Wärmepumpe, sollte jedoch durch ständiges
600
Umwälzen des Wassers auf ein Minimum reduziert
werden.
Für die Bestimmung der Leistungszahl sollte in ei-
nem eingeschränkten Temperaturfenster gearbei-
tet werden:
Starttemperatur ca. 20°C bis 25°C, Abbruchtempe-
ratur im linken Reservoire ca. 10°C bis 12°C.
)
2
8. Experimentierbeispiele
8.1 Wirkungsgrad des Kompressors
Der Wirkungsgrad η
sich aus dem Verhältnis der Wärmemenge ΔQ
die dem Warmwasserreservoir pro Zeiteinheit Δt
zugeführt wird, zur Antriebsleistung P des Kom-
pressors. Sie nimmt mit wachsender Tempera-
turdifferenz zwischen Verflüssiger und Verdamp-
=
fer ab.
2

Q
 
2
η
co
 
P t
c = spezifische Wärmekapazität von Wasser
m = Masse des Wassers.
Zur Bestimmung des Wirkungsgrades:

Wärmepumpe ans Netz anschließen.

Wasserbehälter mit je 2000 ml Wasser befül-
len und in das Halteblech einsetzen.

Kompressor einschalten und ca. 10 min lau-
fen lassen, so dass er seine Betriebstempe-
ratur erreicht.

Wasser erneuern und Temperaturfühler in
die Wasserbehälter geben.

Während des gesamten Experiments das Was-
ser in den Behältern immer gut umrühren.

Anfangstemperaturen in beiden Wasserbe-
hältern messen und notieren.
5
des Kompressors ergibt
co
  
c m T
2
 
P t
,
2