Warum modelliert man die Drossel als h₄ = h₃?

Das Drosseln ist nahezu adiabat und leistet keine Arbeit, daher folgt aus der Energiebilanz der stationären Strömung ein isenthalper Vorgang. Der Druck fällt steil, ein Teil der Flüssigkeit verdampft.

Warum senkt eine höhere Kondensationstemperatur die Leistungszahl?

Druck auf der Hochdruckseite und Druckverhältnis des Verdichters steigen, daher braucht man mehr Arbeit bei etwa derselben Wärme, die der Verdampfer aufnimmt.

Was ist das Druckverhältnis?

Das Verhältnis von Verdichter-Enddruck zu Saugdruck. Je größer es ist, desto größer ist gewöhnlich die Verdichtungsarbeit und desto kleiner COP_R bei gleicher Kälteleistung.

Kaltdampf-Kompressionskälteprozess

Verdichter, Kondensator, Drossel und Verdampfer: Leistungszahl, Kälteleistung, Druckverhältnis und Zustandsskizze 1–2–3–4 im p–h-Diagramm.

Der Prozess zeigt vier ideale Bauteile und die Energiebilanzen. Wirkliche Anlagen brauchen Kältemitteltabellen, Druckverluste, Grädigkeiten der Wärmeübertrager, Verdichterkennfelder, Ölrückführung und Zweiphasendetails.

Diagramme

Zum Modell

Im Kaltdampf-Kompressionskälteprozess durchläuft das Kältemittel vier idealisierte Bauteile: der Verdampfer nimmt Wärme bei niedrigem Druck auf, der Verdichter hebt Druck und Temperatur, der Kondensator gibt Wärme bei hohem Druck ab, die Drossel führt die Flüssigkeit auf den Verdampferdruck zurück. Die Stoffwerte kommen aus einem Unterrichtsmodell, nicht aus Kältemitteltabellen: COP_R = (h₁ − h₄)/(h₂ − h₁); der isentrope Wirkungsgrad des Verdichters setzt h₂ über den isentropen Endpunkt, die Drossel gilt als isenthalp: h₄ = h₃. In der p–h-Skizze sind die Zustände 1–2–3–4 markiert, das Anlagenschema zeigt Wärme- und Arbeitsströme. Zur wirklichen Rechnung braucht man Stoffwerttafeln, Dampfgehalt des Gemischs, Druckverluste, Grädigkeiten und das Verdichterkennfeld.

Für wen: Kältetechnik und Wärmepumpen; Thermodynamik des Maschinenbaus und der TGA.

Wichtige Begriffe

Kaltdampf-Kompressionsprozess
Leistungszahl
Verdampfer
Kondensator
Drossel
Druckverhältnis
p–h-Diagramm

So funktioniert es

Prozess 1–2–3–4: der Verdampfer liefert q_verd = h₁ − h₄, der Verdichter braucht w = h₂ − h₁, der Kondensator gibt q_kond = h₂ − h₃ ab, die Drossel ist isenthalp: h₄ = h₃. Die Leistungszahl ist COP_R = q_verd / w. Die p–h-Skizze zeigt den Druckanstieg im Verdichter, die Wärmeabgabe, das Drosseln und das Sieden.

Wichtige Gleichungen

COP_R = q_evap / w_comp = (h1 − h4)/(h2 − h1)

Verdichter: h2 = h1 + (h2s − h1)/ηis; Drossel: h4 = h3

Häufige Fragen

Warum modelliert man die Drossel als h₄ = h₃?: Das Drosseln ist nahezu adiabat und leistet keine Arbeit, daher folgt aus der Energiebilanz der stationären Strömung ein isenthalper Vorgang. Der Druck fällt steil, ein Teil der Flüssigkeit verdampft.
Warum senkt eine höhere Kondensationstemperatur die Leistungszahl?: Druck auf der Hochdruckseite und Druckverhältnis des Verdichters steigen, daher braucht man mehr Arbeit bei etwa derselben Wärme, die der Verdampfer aufnimmt.
Was ist das Druckverhältnis?: Das Verhältnis von Verdichter-Enddruck zu Saugdruck. Je größer es ist, desto größer ist gewöhnlich die Verdichtungsarbeit und desto kleiner COP_R bei gleicher Kälteleistung.

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