Wärmepumpe und Kühlschrank
Inhalt
Kühlschrank
Wie funktioniert ein Kühlschrank?
Wärme fließt von sich aus immer nur von einem Körper mit höherer zu einem Körper mit niedrigerer Temperatur. Beim Kühlschrank ist es umgekehrt, der Inhalt wird kälter. Wärme wird aus dem Kühlschrank heraus in einen Raum transportiert, der wärmer ist. Für diesen Wärmetransport ist jedoch Energie notwendig.
In einem geschlossenen Rohrsystem befindet sich eine Kühlflüssigkeit mit sehr niedrigem Siedepunkt (–30 °C). Sie verdampft und entzieht dabei dem Inneren des Kühlschranks Wärme (Verdampfer). Das gasförmige Kühlmittel wird verdichtet und dabei erwärmt. Für diesen Prozess ist ein mechanischer Verdichter notwendig, der meist mit elektrischer Energie betrieben wird. In den Rohren an der Rückseite des Kühlschranks gibt das Kühlmittel Wärme ab und kondensiert wieder (Verflüssiger).
Anschließend fließt das Kühlmittel zur Druckabsenkung durch ein Entspannungsventil. Dann strömt es wieder in den Verdampfer.
Um die (nutzlose) Wärme besser an die Umgebung abzugeben, ist der Verflüssiger ein Rohrsystem an der Rückseite des Kühlschranks. Deshalb soll ein Kühlschrank nicht in der Nähe eines Heizkörpers aufgestellt werden. Dieses Bild vom Verflüssiger eines Kühlschranks wurde mit einer Wärmebildkamera aufgenommen. Man kann gut erkennen, dass die Metallrohre wärmer als die Umgebung sind.
Früher wurde FCKW als Kühlmittel verwendet.
Informiere dich, was das ist und weshalb diese Flüssigkeit heute nicht mehr in Verwendung ist.
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Energiepass
Kühlschränke und Gefriertruhen haben schon lange einen Energiepass. Er gibt der Käuferin oder dem Käufer Auskunft, ob das Gerät ein Sparmeister oder ein Stromfresser ist. In den letzten Jahren wurden viele Elektrogeräte so gefertigt, dass sie sparsamer arbeiten. Das bedeutet, dass die Anschaffung neuer Geräte zum Energiesparen beitragen kann.
Wärmeströmung
Die Wärmepumpe funktioniert nach demselben Prinzip wie ein Kühlschrank. Dabei wird Wärme aus Erde, Wasser oder Luft entnommen und zum Beheizen von Räumen genutzt.
Der Transport der Wärme erfolgt durch die Wärmepumpe, die mit elektrischer Energie betrieben wird. Allerdings benötigt man für den Transport von 3 Joule Wärme nur 1 Joule elektrischer Energie. Man erzielt also einen Nettogewinn. Die Wärmequelle (Erde, Wasser, Luft) verliert Wärme, was wegen der Größe der Quelle aber keine merkliche Abkühlung mit sich bringt.
Erde als Wärmequelle
Rohre werden in der Erde verlegt. Das Kältemittel nimmt Wärme aus der Erde auf. Bei geringer Grundfläche können auch Rohre bis mehr als 100 m tief senkrecht in den Boden geschlagen werden.
Vorteil: Erde hat in tieferen Schichten eine konstante Temperatur.
Nachteil: Eine große Grundstücksfläche wird benötigt, Tiefenbohrungen verursachen hohe Kosten.
Wasser als Wärmequelle
Das Kältemittel nimmt Wärme aus dem Grundwasser auf.
Vorteil: Grundwasser hat eine konstante Temperatur.
Nachteil: Grundwasser ist nur begrenzt verfügbar.
Luft als Wärmequelle
Wärme wird der Außenluft entnommen.
Vorteil: Luft ist überall verfügbar.
Nachteil: Je kälter die Außenluft ist, desto geringer ist der Wirkungsgrad.
Training
Kühlschrank: Ordne die richtigen Ziffern zu.
| Verflüssiger | |
| Verdichter | |
| Verdampfer | |
| Kühlmittel flüssig | |
| Kühlmittel gasförmig | |
| Entspannungsventil |
Setze die Verben in der richtigen Form in die Lücken ein.
Die Reihenfolge ist schon richtig vorgegeben.
fließen – müssen – entzogen werden – sein – erfolgen – sich befinden
| Wärme |
| von selbst immer nur von einem wärmeren zu einem kälteren Körper. Es |
| ein Temperaturunterschied vorhanden sein. |
| Im Kühlschrank jedoch |
| kalten Körpern Wärme |
| und an die wärmere Außenluft abgegeben. Dazu |
| der Einsatz von Energie notwendig. Der Transport der Wärme |
| über ein Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt. Dieses |
| in einem geschlossenen Kreislauf, in dem es teilweise flüssig, teilweise gasförmig ist. |
Du hast alle Felder richtig ausgefüllt.
Richtig oder falsch?
Markiere das Zutreffende.
| richtig | falsch | |
|---|---|---|
| Die Kühlflüssigkeit im Kühlschrank hat einen hohen Siedepunkt. (K / N) | ||
| Eine Wärmepumpe gibt Wärme an das Grundwasser ab. (D / E) | ||
| Ein Kühlschrank transportiert Wärme zum wärmeren Stoff. (E / F) | ||
| An der Rückseite des Kühlschranks wird Wärme abgegeben. (I / L) | ||
| Die Kühlflüssigkeit nimmt beim Kondensieren Wärme auf. (C / G) | ||
| Eine Wärmepumpe kann der Luft Wärme entziehen. (R / S) | ||
| Eine Wärmepumpe kann zur Heizung eines Hauses genutzt werden. (E / H) |
Die Buchstaben der richtigen Antworten ergeben in der richtigen Reihenfolge das Lösungswort:
In diesem Raster sind waagrecht und senkrecht 20 Begriffe aus diesem Abschnitt versteckt.
Wähle fünf der Fachbegriffe aus und schreibe eine Erklärung dazu.
Begriff:
Erklärung:
Begriff:
Erklärung:
Begriff:
Erklärung:
Begriff:
Erklärung:
Begriff:
Erklärung:
In der Abbildung sieht man das Modell einer Wärmepumpe.
In den beiden Behältern findet sich zu Beginn Wasser mit der gleichen Temperatur.
Im linken Gefäß befindet sich der Verdampfer, im rechten der Verflüssiger.
Gib an, in welchem der beiden Behälter das Wasser wärmer wird und welchem es kälter wird.
Informiere dich wozu Wärmepumpen im Alltag verwendet werden.
Recherchiere im Internet!
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Heizkostenvergleich
Vergleiche die Heizkosten verschiedener Wohnungen und die eines Hauses mit jeweils gleicher Raumhöhe.
| 1 | Wohnung 85 m² | 80 € pro Monat |
|---|---|---|
| 2 | Wohnung 120 m² | 110 € pro Monat |
| 3 | Haus 240 m² | 300 € pro Monat |
| 4 | Wohnung 45 m² | 70 € pro Monat |
Nutze diese Daten für die folgenden Aufgaben.
Berechne jeweils die Heizkosten in € pro m² Wohnfläche.
| Wohnung | Heizkosten pro m² |
| 1 | |
| 2 | |
| 3 | |
| 4 |
Gib an, welche Wohnung die höchsten Heizkosten hat.
Merke
Beim Kühlschrank und bei der Wärmepumpe wird durch den Einsatz von elektrischer Energie Wärme vom kälteren zum wärmeren Körper transportiert. Der Wärmetransport erfolgt in einem Kühlmittelkreislauf.
