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Welche Hauptkomponenten hat eine Wärmepumpe?
- Verdichter
- Wärmeübertrager
- Expansionsventil und Drosselorgane
- Regelung- und Abtaueinrichtung
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Welche Arten von Verdichtern gibt es?
- Rollkolben
- Scroll
- Hubkolben
- Schrauben
- Turbo
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Welche Bauarten Kältemittelverdichtern gibt es?
- Ein Verdichter ist eine Verdrängermaschine eingeteilt in
- Hubkolben
- Drehkolben (Schraube, Kreiskolben, Rollkolben, Drehschieber)
- Orbitierend (Scroll)
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Bezeichne die Komponenten
- 1 Ventilator
- 2 Verdampfer
- 3 Verdichter
- 4 Verflüssiger
- 5 Sammler
- 7 Schauglas
- 8 Expansionsventil
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Was ist ein Verdichter?
Was ist ein Motorverdichter?
Verdichter: Einrichtung zur mechanischen Erhöhung des Druckes eines gasförmigen Kältemittels
Motorverdichter: Kombination aus Verdichter und E-Motor in einer Einheit
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Beschreibe einen Vollhermetischen Motorverdichter
- Bestehend aus Verdichter + Elektromotor im selben Gehäuse (verschweißt)
- ohne Welle nach außen
- E-Motor arbeitet im Gemisch aus Öl und Kältemitteldampf
- Kühlung durch kaltes Sauggas
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- Vorteile:
- geringer Platzbedarf
- Motorkühlung durch Kältemittel
- Dicht
- Flüssigkeitsschlagschutz durch Gehäuse
- Nachteile:
- nicht reparaturfähig
- Sauggasüberhitzung möglich
- Motorwicklung mit KM+Öl in Kontakt
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Beschreibe einen halbhermetischen Motorverdichter
- bestehend aus Verdichter und E-Motor im selben Gehäuse (Verschraubt)
- abnehmbarer Montagedeckel
- ohne Welle nach außen
- E-Motor arbeitet im Gemisch aus Öl und Kältemitteldampf
- Kühlung durch kaltes Sauggas
- Vorteile:
- Motorwicklung nicht in direktem Kontakt mit KM+Öl
- Reparaturfreundlich
- Leistungsregelung
- keine Sauggasüberhitzung
- Nachteile:
- Gleitringdichtung
- Wartungsintensiv (Keilriemen)
- Schlupf ca. 4%
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Beschreibe einen offenen Verdichter
- Antriebswelle des Verdichters durch Kältemitteldichtes Gehäuse geführt
- Welle durch Stopfbuchse gedichtet
- E-Motor separat und durch Lüfter gekühlt
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- Vorteile:
- Kompressor und Antrieb in demontierbaren Gehäuse
- Mehr Reparaturmöglichkeiten
- Platzsparend
- keine Gleitringdichtung
- keine Wartung
- Nachteile:
- Möglichkeit von Undichtigkeiten (vor allem bei schlechter Lagerung --> Schwingung im Betrieb)
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Welcher Verdichter wird für welche Heizleistung verwendet?
- Hubkolben: 10-1.000.000 W
- Rollkolben: 500-40.000 W
- Scroll: 1.000-100.000 W
- Schraube: 30.000-3.000.000 W
- Turbo: 50.000 -10.000.000 W
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Welche allgemeinen Anforderungen an Verdichter gibt es?
- Unempfindlich gegen Zustand des Kältemitteldampfs
- Bei Lastschwankungen kein Aufschäumen des Öls
- Schutz gegen zu hohe Verdichterendtemperaturen und gegen Überwärmung des Motors
- möglichst verlustlose Leistungsregelung
- möglichst geringe Wärmeabgabe an Umgebung
- wartungsfreier Betrieb > 25.000 h (3-5 Jahre)
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Welche spezifischen Anforderungen an Kältemittelverdichter gibt es?
- Lebensdauer >10 Jahre
- hohe Widerstandsfähigkeit gegen Flüssigkeiten
- Toleranz bei Mangelschmierung
- hohe Eigensicherheit
- geringe Abmessungen
- niedriges Gewicht
- Eignung für alle Kältemittel (meist durch Varianten der Verdichter)
- Breitbandige Leistungsregelbarkeit
- Geräuscharm
- Eignung Verbundsysteme
- hohe Dichtigkeit
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Vergleiche Hubkolben, Scroll und Schraube hinsichtlich folgender Punkte:
Geometrie
Anzahl beweglicher Teile
Genauigkeit der Verdrängerkörper
Dichtheit des Verdichtungsraumes
Abdichtprinzip
Ladungswechselverluste
Verdichtungsendtemperatur
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Beschreibe einen Rollkolbenverdichter
- A exzentrisch gelagerter Rotor
- B Saugleitung
- C Druckleitung
- D Gehäuse
- E Spannfeder
- F Trennschieber
- Vorteile:
- hohe Effizienz
- großer Leistunsbereich
- Vibrationsarmer Lauf
- Geräuscharm
- Kostengünstig
- kompakte Bauform
- lange Lebensdauer
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Beschreibe das Funktionsprinzip eines Rollkolbenverdichters
- Druckraumprinzip
- komprimierter Dampf im Verdichtergehäuse
- gute Ölabscheidung
- Saugdruckseite direkt mit Stutzen zur Gehäuseaußenseite
- Flüssigkeitsabscheider saugseitig
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Beschreibe einen Scrollverdichter
- Kleine Baumaße
- wenig Bauteile
- keine Arbeitsventile
- hoher Liefergrad (5-50m^3/h)
- hohe Drehzahl bei ruhigem Lauf
- unempfindlich gegen Flüssigkeitsschläge
- einfache Schmierung
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Beschreibe das Funktionsprinzip eines Scrollverdichters
- 2 Evolvenspiralen (feste+ orbitierende) bilden mehrerer Sichelförmige Gastaschen
- Gastaschen verschieben sich von außen nach innen
- Volumenabnahme und Verdichtung
- Verdichtung in mehreren Taschen gleichzeitig
- jeweils 2 Taschen mit gleichem Druck gegenüberliegend
- gleichmäßiger nahezu kontinuierlicher Verdichtungsprozess
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Beschreibe den Hubkolbenverdichter
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- hohe Betriebssicherheit
- Kältemittelgas aus Gehäuse angesaugt
- Restverdampfung von ggf noch flüssigem KM
- Hubvolumen 2-15 cm^3
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Beschreibe die Funktionsweise eines Schraubenverdichters
- 2 schrägverzahnte Rotoren
- einer von beiden angetrieben
- Rotoren eng umschlossen
- Ein- und Auslassfenster im Gehäuse
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Beschreibe einen Schraubenverdichter
Eigenschaften
Vorteile
Nachteile
- Eigenschaften:
- gleichmäßige Förderung
- keine freien Massenkräfte
- großer Liefergrad
- keine Saug-/Druckseitigen Arbeitsventile
- liegende Anordnung
- Volumenstrom 40-5000m^3/h
- Vorteile:
- ruhiger Lauf bei hohen Drehzahlen
- 1/7 bis 1/13 Gewicht eines vergleichbaren Hubkolbenverdichters
- einfacher, robuster Aufbau
- gute Regelbarkeit
- Nachteile:
- schlechter Wirkungsgrad wegen innerer Undichtigkeit (Schlupf) und hoher Strömungsgeschwindigkeit
- empfindliche Läuferlagerung
- Lärmentwicklung
- teure und komplizierte Rotorherstellung
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Beschreibe die Teile des Turboverdichters
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- rechts: Leitrad
- -->Veränderung des Dralls und der Strömungsgeschwindigkeit
- --> um Verdichter bzw. Laufrad im gewünschten Bereich zu betreiben
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Beschreibe den Aufbau eines Turboverdichters
Strömungsmaschine
- in 2 Magnetfeldlagern kontaktlos geführte Welle
- Ölfreier Verdichter
- Kälteleistung: 50-2400kW
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Beschreibe den Aufbau eines Turbo Radialverdichter mit zweistufigem Laufrad
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- Zweistufiges Laufrad:
- hintereinanderschaltung der Dichtung
- große axiale Krafteinwirkung auf Lager
- Radialverdichter:
- Drehzahl 4000-25000 1/min
- Saugvolumenstrom: 500-50000 m^3/h
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Beschreibe den Betriebsbereich von Turboverdichtern
Druckverhältnis: 4-4,5 (viel kleiner als bei anderen Verdichtern)
- Betrieb des Laufrades:
- nicht jenseits der Pumpgrenze
- --> instabiler Betrieb
- --> Druckstöße im Verdichtungsprozess
- --> Fliehkräfte zu hoch
- nicht jenseits der Schluckgrenze
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Wie ist der Gütegrad definiert?
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- i-innere Gütegrad
- m-mechanischer Gütegrad
- el-elektrische Gütegrad
- d-Dichtheitsgütegrad
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Vergleiche Liefer und Gütegrad von Schraube, Kolben und Scroll in Diagramm in Abhängigkeit von Druckverhältnis und Wirkungsgrad
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Wie sieht der Verdichtungsprozess von Hubkolben, Rollkolben, Scroll und Schraube im Diagramm (Wellenwinkel, relatives Volumen) aus?
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- in allen Fällen diskontinuierliche Verdichtung
- -->kompensierbar über Drehzahl
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Wie wird der übertragene Wärmestrom bei Wärmeübertragern berechnet?
- bei Luft/Luft
- bei Wasser/Wasser
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Welche Arten von Verdampfern gibt es?
- Rohrbündelverdampfer
- Doppelrohr-koaxial-Verdampfer k=450-700 W/(m^2 K) w(H2O)=1-1,5m/s
- Plattenverdampfer
- Lamellenrohrverdampfer k=9-25 W/(m^2 K)
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Welche Arten von Verflüssigern gibt es?
- Rohrbündelverflüssiger k=600-1200 W/(m^2 K)
- Doppelrohr-koaxial-Verflüssiger k=500-800 W/(m^2 K) ; w(H2O)=0,5-2 m/s
- Plattenverflüssiger
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Wie kann man den Wärmeübergang bei Lamellenwärmeübertragern verbessern?
- immer auf Luftseite
- Erhöhung der Turbulenz
- Anzahl der Rohre
- Lamellenform
versetzte Rohrsysteme haben besseren Wärmeübergang (weniger Fläche für gleiches Ergebnis benötigt)
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Wie ist der Koaxialwärmeübertrage für Verdampfung /Verflüssigung aufgebaut?
- WKE Verdampfer: Kältemittel im Kernrohr, Wasser im Ringraum
WKC-Verflüssiger: Kältemittel im Ringraum, Wasser im Kernrohr
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Welche Vorteile bietet der Plattenwärmeübertrager?
Was muss beachtet werden?
Kaskadierungg und damit Leistungsmodulation einfach umsetzbar
- Verdampfung mit und ohne Verdampfer:
- je größer Plattenpaket desto anspruchsvoller Navigation des Kältemittels
- -->ungleichmäßige Verteilung von Kältemittel
- -->Leistungsvorgaben werden nicht erreicht
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Welche Komponenten sind im WP Kreislauf enthalten:
- 1 Verdichter
- 2 Regler
- 3 4-Wege-Ventil
- 4 Temperaturfühler
- 5 Drucksensor
- 6 Druckschalter
- 7 Verdampfer
- 8 Verflüssiger
- 9 Temperaturfühler
- 10 Expansionsorgan
- 11 Schauglas
- 12 Filtertrockner für Flüssigkeitsleitungen
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Welche Aufgaben hat der Filtertrockner?
- Filtern fester Bestandteile durch Verschleiß, thermische Überlastung des Öls, Korrosion
- Entfernung von Feuchtigkeit aus dem Kreislauf (eingebracht durch Montage (->normalerweise wird vakuumiert), Diffusion an Schläuchen und Dichtungen
- EInbau in Flüssigkeitsleitung vor Entspannungsorgan
- Entfernung von Schadstoffen (Feuchtigkeit) durch Adsorption (Zeolith, Silica Gel+aktiviertes Alu)
- Kapazitätsgrenze durch Schauglas feststellbar
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Welche Aufgabe hat das Schauglas mit Indikator und Sammler?
- Kontrolle ausreichender Füllmenge (Blasenfrei)
- Kontrolle von Feuchtigkeit
- Puffergefäße, die nicht benötigtes Kältemittel speichern und bei Bedarf freigeben:
- -->Abscheider (Niederdruckvariante)
- -->Sammler (Hochdruckvariante)
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Welche Freiheitsgrade existieren bei der Auslegung von Kältekreislauf?
- Verdichterdrehzahl
- Verdichtereffizienz
- Expansionsventil-Öffnung
- Größer Verdampfer
- Größe Kondensator
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Welche Aufgabe haben elektromagnetische Ventile?
Freigabe oder Blockierung eines Medienstroms
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Welche Aufgabe haben Expansionsventile?
Welche Arten existieren?
- Regelung des Kältekreislaufes
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Wie funktioniert das Thermmostatische Expansionsventil TEV?
Wie ist es aufgebaut?
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Welche Vorteile hat das Elektronische Expansionsventil (EEV) gegenüber dem TEV?
- Kleinere Überhitzung einstellbar (2-3 K)
- ideale Überhitzung auch bei Teillastbetrieb
- geringere Verdichterarbeit
- geringerer Verflüssigungsdruck
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Das Umkehrventil (4-Wege) ist ein elektromagnetisches Ventil. Welche Aufgabe hat es?
- Umkehrung zwischen Heizen und Kühlen
- -->Prozess ist umkehrbar
- -->Für Abtauung interessant
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Welche Aufgabe hat das Rückschlagventil?
Vermeidung von unerwünschter Kältemittelrückströmung
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Wofür werden Druckregelventile eingesetzt?
Verflüssigungsdruckregler: Bei Luftbeaufschlagten Verflüssiger, sorgt für konstanten und ausreichend hohen Verflüssigungs- und Sammlerdruck
Verdampfungsdruckregler: Anwendung bei Anlagen mit mehreren Verdampfern mit unterschiedlichen Drücken
Startregler: Einbau vor Verdichter, Verhinderung zu hoher Saugdrücke, Schützt Verdichter beim Anlaufen
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Welche Aufgaben haben Druckwächter/-begrenzer?
Welche Arten gibt es?
- Schutz gegen zu hohen und zu niedrigen Druck bei Verdichtern
- Druckwächter: Öffnung des Stromkreises, wenn Druck zu hoch/niedrig, Selbstständige Schließung des Stromkreises
Druckbegrenzer: Öffnung des Stromkreises, wenn Druck zu hoch/niedrig, Manueller Reset zum wiedereinschalten
Sicherheitsdruckbegrenzer: Öffnung des Stromkreises wenn Druck zu hoch/niedrig, Manueller Reset mit Werkzeug notwendig
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Welche Arten der Verdichter-Leistungsregelung gibt es? Wie funktionieren sie?
Aussetzbetrieb: nur noch bei Sole/Wasser-WP
- mechanische Leistungsregelung:
- -->Hubkolben: Ventilabhebung, interner Bypass, Hubverstellung, Absperrung Saugkanal
- -->Schraube: interner Bypass, Regelschieber
- -->Scroll: interner Bypass, Abheben der Spiralen
Drehzahlregelung: Polumschaltbarer Motor, Regelgetriebe, Frequenzumrichter (Pulsweitenmodulation)
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Wie wird die Ein-Aus-Regelung umgesetzt?
- zeitweises Abschalten des Verdichters
- bei Parallelschaltung mehrerer Verdichter, Abschalten einzelner Verdichter
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Wie werden Schraubenverdichter mit E-Motor geregelt?
- Drehzahlregelung
- Volumenstromregelung durch Steuerschieber
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Wie werden Turboverdichter geregelt?
- Drehzahlregelung
- Drosselregelung (Klappe in Saugleitung)
- Drallregelung (durch Leitschaufeln)
- Bypassregelung(zwischen Druck- und Saugstutzen)
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Wie werden Hubkolbenverdichter mit E-Motor geregelt?
- Drehzahlregelung (Massenstrom ~ Drehzahl) durch Polumschaltung, durch Frequenzumformer
- Saugventilabhebung bei >2 Zylindern
- Saugdruckregelung oder Absperrung Saugleitung
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Welche Möglichkeiten hat die Regelung mit Frequenzumrichtern?
- 1)stufenlose Drehzahlregelung von Drehstrom-Asynchron-Motoren
- -->stufenlose Leistungsregelung
- -->Leistungserhöhung durch Betrieb oberhalb Synchron-Betrieb
- 2) Sanftanlauf
- -->deutliche Reduzierung des Anlaufstroms bei vollem Drehmoment
- -->reduzierte mechanische Belastung
- -->verminderte Gefahr von Öl- und Flüssigkeitsschlägen
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Wie sieht die Bypass und Saugdruckregelung aus?
Welche Nachteile haben sie jeweils?
- Bypassregelung
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- Saugdruckregelung:
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Welche Abtauverfahren gibt es?
direkte oder indirekte Beheizung des Verdampfers
- Umschalten auf Kühlbetrieb (Kreislaufumkehr): Abtauen durch heißen Kältemitteldampf
- -->ausreichend Wärmekapazität auf Heizseite benötigt um einfrieren der Heizung zu verhindern
- -->ausreichend Wasser im Heiznetz benötigt
Heißgasbypassabtauung (geringere Heizleistung)
Wasserberieselung (nur sinnvoll mit warmen Abwasser)
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Wieso friert der Verdampfer schon bei T>0°C ein?
Ist eine leichte Bereifung direkt zu entfernen?
Weil Außenfläche des Verdampfers immer kälter als Außenluft ist
Nein, eine leichte Bereifung erhöht den Wärmeübergang
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Wie kann man den Beginn des Abtauvorgangs regeln?
- Zeitschaltwerke (nicht gut, früher)
- Luftwiderstandsmessung (Druckverlust) -->Verschmutzung trägt auch dazu bei :(
- Temperaturdifferenzmessung zwischen Luft und Verdampferoberfläche -->bei Bereifung nimmt Temperaturdifferenz zu -->bewährtes Verfahren
- Messung Leistungsaufnahme Ventilator
- Verdampfungsdruckmessung
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Wie sieht das Fließbild für die Kreislaufumkehr bei Abtauung aus?
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Wie sieht das Fließbild für Heißgasbypass zur Abtauung aus?
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