Waermepumpe - Wärmepumpe PDF

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Wärmepumpe...

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Matrikelnummer

Anzahl der bisherigen Antritte

Familienname

Vorname

Allgemeine Hinweise: Alle Blätter sind mit Namen und Matrikelnummer zu versehen. Aus der Beschriftung muss deutlich ersichtlich sein, zu welcher Frage die Lösung gehört. Bei allen Berechnungen muss der Rechengang eindeutig zu erkennen sein. Um eine ausreichende Genauigkeit der Berechnung zu erzielen, sind grundsätzlich alle Zahlenwerte auf mindestens 5 signifikante Stellen genau einzusetzen (z. B. 0.0032875). Für die Umrechnung von Grad Celsius auf Kelvin gilt, wenn nicht anders angegeben T[K] = ϑ [°C] + 273,15 [°C]

Aufgabe 1: Wärmepumpenanlage Gegeben ist eine Wärmepumpenanlage, die zur Gebäudeheizung eingesetzt wird. Der Prozess setzt sich aus folgenden Zustandsänderungen zusammen: 1-2: adiabate Verdichtung auf p=14 bar (ϑ 2 80.4. °C), 2-3: isobare Rückkühlung und vollständige Kondensation, 3-4: Unterkühlung des Kältemittels in einem Gegenstromwärmetauscher (Zustandsänderung 3-4/6-1), 4-5: adiabate Drosselung auf den Ausgangsdruck p=4 bar ( x 5 0.23 ), 5-6: vollständige isobare Verdampfung, 6-1: isobare Wärmeaufnahme im Gegenstromwärmetauscher (Zustandsänderung 3-4/6-1). Dampftafel für R502:

p ϑ [bar] [°C] 4 -11 14 32.421

ρ' [kg/l] 1.364 1.181

ρ'' [kg/m3] 22.853 81.332

h' h'' s' [kJ/kg] [kJ/kg] [kJ/kg K] 187.77 341.87 0.9548 238.696 358.338 1.131

s'' [kJ/kg K] 1.5426 1.523

Gesucht sind: [2] a) Zeichnen Sie das Anlagenschaltbild und stellen Sie den Wärmepumpenprozess in einem T,s-Diagramm dar. [2] b) Wie groß ist die spez. Enthalpie in Punkt 1 und 2, wenn die Leistungsziffer der Wärmepumpenanlage ε 3.8 ist? [2] c) Berechnen Sie mittels einer Exergiebilanz den Exergieverlust im Verdampfer. Anmerkung: Die Umgebungstemperatur ist mit ϑ U 3 °C gegeben. [2] d) Zeichnen Sie die Exergieverluste von Verdampfer, Drossel und Verdichter in ein T,s-Diagramm ein.

h3

238.696 .

h6

341.87 .

kJ kg .K

s6

1.5426 .

h V_strich

x 5. h 6

kg

s V_Strich s3

kJ

1.131 .

0.9548 .

kJ kg

kJ kg .K

h V_strich h Ko_2strich

s Ko_2strich

kJ 187.77. kg 358.338.

kJ

ϑ Ko

kg

kJ kg. K

a)

b) h5 q 56

q 23 h2 w t12

h6

h5

ε .q 56 ε h3

h 5 = 223.213

kJ kg

q 56 = 118.657 q 23 = 161.035

1 q 23

q 23

h V_strich

q 56

h 2 = 399.731

kJ kg kJ kg kJ

kg

w t12 = 42.377

kJ kg

kJ 1.523. kg .K

32.421 . °C

h1

h2

h 1 = 357.353

w t12

kJ kg

oder: h1 c)

h6

h3

kJ

h 1 = 357.353

kg T U = 276.15 K

273.15 .K

ϑU

TU

h5

Verdampfer: Exergiebilanz: e V56 e 5

e6

e q56

Exergie der Wärme: e q56 s5

∆e 56

h5

e V56

∆e 56

T2 T Ko d)

s V_Strich

ϑ2

h6

x 5. s 6

T U. s 5

s6

TU TU

.q 56

e q56 = 0 s 5 = 1.09

kJ kg kJ kg. K

∆e 56 = 6.33 e V56 = 6.33

273.15 .K

ϑ Ko

s V_Strich

1

273.15 .K

kJ kg kJ

kg T 2 = 353.55 K

T Ko = 305.571 K...