Prof. Dr.-Ing. Thomas Maurer, Technische Hochschule Mittelhessen. Klausuren Kältetechnik I, SS 03/04 bis SS 16

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1 Prof. Dr.-Ing. Thomas Maurer, Technische Hochschule Mittelhessen Klausuren Kältetechnik I, SS 0/0 bis SS

2 Klausur Kältetechnik I, WS 0/0, Aufgabe, 9 Punkte Leistungsmessung einer einstufigen Verdichter- Kältemaschine mit innerem Wärmeübertrager, Kältemittel Ra, zur Abkühlung eines Kälteträgers (Alkoholwassergemisch). Der halbhermetische Verdichter ist nicht thermisch zur Umgebung isoliert. Die Kältemittelleitungen sind thermisch isoliert, Strömungsdruckabfälle sind zu vernachlässigen. gegebene Meßwerte Kältekreislauf: p = bar; p = 0 bar; t = - C, t = 0 C; t = 80 C; t = C; t = 0 C Effektive elektrische Leistungsaufnahme: 7, Stromzählerumdrehungen in Min., die Zählerkonstante beträgt Umdrehungen pro kwh Kälteträger: t K = C; t K = - C; K K Kühlwasservolumenstrom V K = 700 Liter/h; c K =, kj/(kg K); ρ K =,08 kg/liter. Zustandspunkte in das lgp,h Diagramm eintragen. Spezifische Enthalpiewerte, einschließlich des Wertes h s für eine isentrope Verdichtung, in eine Tabelle. Kälteleistungszahlen ε und ε s des Prozesses jeweils für die Punkte und für s. Kälteleistung Q 0, effektive Antriebsleistung P eff, effektive Kälteleistungszahl ε eff. Abschätzung des über das Verdichtergehäuse abgeführten Wärmestromes. Eine Überprüfung der Meßgeräte ergibt, daß die Temperatur t falsch angezeigt wird. Schätzen Sie die Abweichung ab! Welche Auswirkung hat diese Fehlmessung auf die effektive Leistungszahl ε eff?

3 Aufgabe, Punkte Transkritische Verdichterkältemaschine ohne inneren Wärmeübertrager mit Kohlendioxid als Kältemittel zur Abkühlung von Umgebungsluft. Gaskühler und Verdampfer sind von der Umgebungsluft beaufschlagte Lamellenwärmeübertrager, die im Gegenstrom zum Kältemittel betrieben werden. gegeben Lufteintrittszustand (Verdampfer, Gaskühler): 00 m³/h, t L = C (trocken); relative Feuchte ϕ = 0 % Verdampfer: Die Luft verläßt den Verdampfer gesättigt mit t L = 9 C; Betrag der Temperaturdifferenz zwischen Luftaustritt und Kältemitteleintritt 8 K; Kältemittelüberhitzung am Verdampferende 9 K Gaskühler: Betrag der Temperaturdifferenz zwischen Kältemittelaustritt und Lufteintritt = 8K Die Abhängigkeit der Kälteleistungszahl ε vom Druckverhältnis ψ = p HD /p 0 ist gegeben ε durch: = -0,789 ψ² +,89 ψ,09 (ε max ist der maximal erreichbare Wert der ε max Kälteleistungszahl) Der effektive Verdichtergütegrad kann durch ν eff = 0,8 0,0 ψ abgeschätzt werden. Kälteleistung Q 0. Anteil der Entfeuchtungsleistung Q 0E (Kondensatbildung) an der gesamten Kälteleistung Q 0. Bestimmung des Druckverhältnisses ψ, das zu der maximalen Kälteleistungszahl ε max führt. Bestimmung des Verdampfungsdruckes p 0 und des Hochdruckes p HD. Eintragung der Zustandspunkte in das p,h Diagramm.. Effektive Verdichterantriebsleistung P eff. 7. Nennen Sie potentielle zukünftige Anwendungen von CO in der Kältetechnik! 8. Was erschwert den Einsatz von CO in der transkritischen Verdichterkältemaschine? Aufgabe, 0 Punkte Einem Katalog für Hubkolbenverdichter ist bei Verwendung des Kältemittels R0 (= R0A) zu entnehmen: Kälteleistung Q 0,Kat = 0 W bei Verdampfungstemperatur t 0,Kat = - C, Temperatur des Kältemittels beim Verdichtereintritt t ein,kat = C, Verflüssigungstemperatur t c,kat = 0 C, das Kältemittel wird nicht unterkühlt. Gesucht ist die Kälteleistung Q 0 für die gleiche Verdampfungstemperatur und die gleiche Verflüssigungstemperatur, jedoch für eine Unterkühlung des Kältemittels am Verflüssigerende um T u = K und eine Überhitzung am Verdampferende um T h = 0 K. Hinweise: Der von Hubkolbenverdichter geförderte Volumenstrom hängt im wesentlichen nur vom Druckverhältnis ab. Zur Lösung der Aufgabe wird empfohlen, sowohl für den Katalogprozeß als auch für die geforderten Temperaturen, die spezifische Kälteleistung q 0,

4 die Dichte des Kältemittels ρ ein am Verdichtereintritt, die volumenstrombezogene Kälteleistung q 0,vol und den Kältemittelvolumenstrom V zu bestimmen.

5 Klausur Kältetechnik I, SS 0, Aufgabe, Punkte Verdichterkältemaschine in einer Brauerei zur Kühlung einer Sole und zur Verflüssigung von Kohlendioxid (= Kaskade, s. Schema). gegeben Kältemittel: Ammoniak (in beiden n!). Wärmeabfuhr bei einer Verflüssigungstemperatur von 0 C, das Kältemittel strömt um K unterkühlt aus dem Verflüssiger. Alle Verdampfer werden überflutet betrieben, d.h. das Kältemittel ist am Austritt aus den Verdampfern nicht überhitzt. Die Sole wird von 0 auf - C abgekühlt. Die Kälteleistung Q a 0,S beträgt 00 kw. Die Differenz zwischen Solenaustrittstemperatur und Verdampfungstemperatur beträgt K. Ein Massestrom von 00 kg/h Kohlendioxid wird bei einer Temperatur von -0 C verflüssigt (nicht unterkühlt). Die spezifische Verflüssigungsenthalpie beträgt 80 kj/kg. Die Differenz der Verflüssigungstemperatur des Kohlendioxids zur Verdampfungstemperatur des Ammoniaks beträgt K. Die Temperaturdifferenz im Verdampfer/Verflüssiger beträgt t a -t b = 0 K. Die isentropen Verdichtergütegrade betragen jeweils 0,8. Leitungen und Verdichter sind thermisch isoliert, Strömungsdruckabfälle sind vernachlässigbar.. Kälteleistung zur Verflüssigung des Kohlendioxids.. Zustandspunkte in das lgp,h Diagramm und in eine t,p,h-wertetabelle eintragen.. Für die kalte : Kältemittelmassenstrom, Antriebsleistung des Verdichters, Verflüssigerleistung.. Für die warme : Kälteleistung, Kältemittelmassenstrom, Antriebsleistung des Verdichters.. Kälteleistungszahl für den Teil der Anlage, welcher zur Verflüssigung des Kohlendioxids verwendet wird.. Nennen Sie Vor- und Nachteile des Kältemittels Ammoniaks! b Verdampfer/ Verflüssiger b warme Verdampfer für Sole Q 0,S a kalte Q 0,C Q c b P b a a Vb P Va Verdampfer zur Verflüssigung von CO

6 Aufgabe, Punkte Transkritische Kohlendioxid-Verdichterkältemaschine zur Klimatisierung. Die Entspannung erfolgt durch eine Entspannungsmaschine. Die gewonnene Leistung P E wird mechanisch direkt genutzt, um einen Teil der Antriebsleistung zu decken. gegeben Kälteleistung 0 kw. Verdampfungstemperatur C, das Kältemittel strömt um 0 K überhitzt aus dem Verdampfer. Gaskühleraustrittstemperatur 0 C. Der Gaskühlerdruck ist auf 00 bar festgelegt. Der isentrope Verdichtergütegrad und Entspannungsmaschine der isentrope Gütegrad der Entspannungsmaschine betragen jeweils 0,8. Kältemitteleitungen, Verdichter und Entspannungsmaschine sind thermisch isoliert, Strömungsdruckabfälle sind zu vernachlässigen. P E Q G Verdichter Q 0 P ges. Zustandspunkte (, s,,, s, ) in das lgp,h Diagramm und in eine t,p,h-wertetabelle eintragen.. Kältemittelmassenstrom.. Leistungen der Entspannungsmaschine, des Verdichters und die Antriebsleistung der Kältemaschine insgesamt.. Kälteleistungszahl der Kältemaschine.. Kälteleistungszahl der Kältemaschine, falls die Entspannung nicht arbeitsleistend sondern durch Drosselung erfolgt.. Weshalb werden bei Kältemaschinen heute Entspannungsmaschinen selten eingesetzt?

7 Klausur Kältetechnik I, WS 0/0, Aufgabe, Punkte Transkritische Verdichterkältemaschine, Kältemittel Kohlendioxid, mit innerem Wärmeübertrager zur Kühlung eines Luftstromes, s. Schema gegeben Zu kühlender Luftstrom: 00 kg/h (bei Eintrittszustand). Eintrittszustand: ttrocken =, C, t feucht = 0 C. Austrittszustand: t = 0 C, gesättigt. Kältemitteltemperatur Gaskühleraustritt: 0 C. Hochdruck 90 bar. Verdampfungstemperatur 0 C, Kältemittelüberhitzung im Verdampfer C. Verdichtereintrittstemperatur 0 C. ν = 0,9 0, p /. Isentroper Verdichtergütegrad: ( ) p Strömungsdruckabfälle sind vernachlässigbar, Leitungen und Verdichter sind thermisch isoliert zur Umgebung.. Kälteleistung. Zustandspunkte des Prozesses im p,h-diagramm und in t,p,h-tabelle.. Der Luftvolumenstrom erhöht sich um % (bei gleichen Eintritts- und Austrittszuständen). Welcher Hochdruck p,neu ist notwendig, um die höhere Kälteleistung zu liefern?. Ist diese Art der Leistungsregelung aus wirtschaftlicher Sicht hier günstig (Begründung!)?. Die Messung der Kälteleistung bei dem neuen Druck p,neu zeigt, daß die Kälteleistung doch etwas niedriger ist als die vorausberechnete. Mögliche Gründe? 7

8 Aufgabe, 0 Punkte Kaskadenkältemaschine zur Verflüssigung von Propan (R90), s. Schema. In beiden n der Kaskaden befindet sich als Kältemittel ebenfalls Propan. gegeben Verflüssigung (ohne Unterkühlung) von 000 kg Propan pro Stunde. Eintrittszustand: p A =, bar, t A = 0 C. Warme : Verflüssigungstemperatur 0 C, Kältemittelunterkühlung im Verflüssiger K, Verdampfungstemperatur - C, Kältemittelüberhitzung im Verdampfer K. Kalte : Verflüssigungstemperatur 0 C, Kältemittelunterkühlung im Verflüssiger K, Verdampfungstemperatur -0 C, Kältemittelüberhitzung im Verdampfer K. Isentrope Verdichtergütegrade jeweils 0,7. t B = t. 8 B C 7 warme kalte zu verflüssigende Propanstrom A Verdampfer- Verflüssiger und Kühler für Propangas Verdampfer für Propanverflüssigung Strömungsdruckabfälle sind vernachlässigbar, Leitungen und Verdichter sind thermisch isoliert zur Umgebung.. Zustandspunkte des Prozesses (einschließlich der Punkte A, B, C) im lgp,h-diagramm und in t,p,h-tabelle.. Gesamte Kälteleistung der Kältemaschine.. Kälteleistungszahl jeweils der kalten und der warmen.. Antriebleistung jeweils der kalten und der warmen.. Gesamte Kälteleistungszahl des Prozesses. 8

9 Klausur Kältetechnik I, SS 0, Aufgabe, Punkte Meßwerte für eine einstufige Verdichterkältemaschine mit einem Hubkolbenverdichter, s. Schema, Kältemittel Ra, sind in der Tabelle unten zusammengestellt. Die Kälteleistung beträgt kw. Der isentrope Verdichtergütegrad und Liefergrad hängen näherungsweise nur vom Druckverhältnis ab. Die Kältemittelleitungen und der Verdichter sind thermisch isoliert. Die Zustandspunkte im lg p,h-diagramm stehen näherungsweise durch gerade Linien in Verbindung.. Vervollständigung der t,p,h-tabelle, Zustandspunkte in das lg p,h Diagramm eintragen. t / C p /bar h /(kj/kg) 0, 90 0,, Verflüssiger Verdampfer. Leistungsaufnahme des Verdichters.. Isentroper Gütegrad des Verdichters.. Kälteleistungszahl der Kältemaschine.. Carnot-Kälteleistungszahl gebildet mit der prozeßintern auftretenden niedrigsten Temperatur der Wärmeabfuhr und der niedrigsten Temperatur der Wärmezufuhr.. Zur Erstellung des Datenblattes für diesen Verdichter sind die Leistungsaufnahme und die Kälteleistung zu ermitteln bei den Bedingungen: keine Strömungsdruckabfälle, p =, bar, p = bar, t = C, keine Kältemittelunterkühlung. 9

10 Aufgabe, Punkte Zweistufige Kaskade zur Abkühlung einer Kühlsole im Gegenstrom. In beiden n befindet sich NH. Nach dem Verdichter der kalten ist ein Zwischenkühler (ZK) zur Kühlung des Kältemittels installiert. Strömungsdruckabfälle sind vernachlässigbar, Kältemittelleitungen und Verdichter sind thermisch isoliert. gegeben Kälteleistung MW. Kaskaden- Verflüssiger: Kühlwassertemperatur 0 C, wärmeüber- trager T zwischen Verflüssigung und Kühlerwasser 0 K, Punkt 8: K unterkühlt. Verdampfer: Kühlsolenaustrittstemperatur 0 C, T zwischen Kühlsolenaustritts- zu Kältemitteleintrittstemperatur K, Punkt : 9 K überhitzt. Zwischenkühler: t = t 8. Kaskadenwärmeübertrager: Punkt : K unterkühlt, Punkt : K überhitzt. ndruckverhältnisse jeweils ψ = (Druck Verdichteraustritt geteilt durch Druck Verdichtereintritt). Effektive isentrope Gütegrade der Verdichter jeweils: ν 0,9 eff = 0, 0 ψ.. t,p,h-wertetabelle, Eintragung der Zustandspunkte in das lg p,h-diagramm.. Kälteleistungszahl der Kaskade. 9 8 warme kalte Q 0,kS Q c,ws 7 P ws Q ZK P ks 0

11 Klausur Kältetechnik I, WS 0/0, Aufgabe, 8 Punkte Gasmotorwärmepumpe (GWP), gegeben ist: Der Reihe nach wird die Verflüssigungsleistung der Wärmepumpe sowie die Rauchgasabwärme und die Kühlflüssigkeitsabwärme des Motors zur Erwärmung von Heizwasser von 0 C auf 0 C genutzt. Als Wärmequelle steht eine Sole zur Verfügung, die sich von 8 C in der Wärmepumpe um 7 K abkühlt. Das Wärmeverhältnis der GWP beträgt ζ =,. Kältemittel R0A. Der isentrope Gütegrad des Verdichters beträgt ν = 0,7. Sämtliche Wärmeübertrager werden im Gegenstrom betrieben. Verdampfer: die Temperaturdifferenz zwischen Solenaustritt und Kältemitteleintritt beträgt K, die Kältemittelüberhitzung beträgt 0 K. Verflüssiger: die Temperaturdifferenz zwischen Kältemittelaustritt und Heizwassereintritt beträgt K, die Kältemittelunterkühlung K. Strömungsdruckabfälle sind vernachlässigbar, Kältemittelleitungen, Motor und Verdichter sind thermisch isoliert.. Einfache Skizze des Anlagenschemas.. Eintragung des Wärmepumpenprozesses in das lg p,h Diagramm und eine t,p,h-tabelle.. Erforderlicher Motorwirkungsgrad η M.. Höhe der Erwärmung des Heizwassers durch die Wärmepumpe und durch den Motor.. Wäre bei einer Reduzierung des Heizwasserstroms eine Erwärmung des Heizwasserstroms auf 80 C mit diesem System bei sonst gleichen Bedingungen möglich?. Welche Antriebe können zum Antrieb einer Wärmepumpe vorgeschlagen werden?

12 . Aufgabe, 8 Punkte Die Messung einer Verdichterkältemaschine mit innerem Wärmeübertrager, Kältemittel Ra ergab: Punkt t / C p /bar h /(kj/kg) Verdampferaustritt 0 Verdichtereintritt 80 Verdichteraustritt Verflüssigeraustritt, ist K unterkühlt 0 vor Expansionsventil -0 Verdampfereintritt Effektive Antriebsleistung des Verdichters P eff =, kw. Strömungsdruckabfälle sind vernachlässigbar, Kältemittelleitungen bis auf die Druckgasleitung zwischen Verdichter und Verflüssiger sind thermisch isoliert. Der Verdichter ist nicht thermisch isoliert. Die effektive Antriebsleistung des Verdichters ist um das Doppelte größer als der über das Verdichtergehäuse und die Druckgasleitung abgeführte Wärmestrom (der Verdichter wird beispielsweise mit einem Gebläse gekühlt).. Eintragung der Zustandspunkte in das lgp,h-diagramm, Vervollständigung der t,p,h-wertetabelle.. Die Temperatur in Punkt ist fehlerhaft gemessen. Um wieviel?. Isentroper Gütegrad des Verdichters.. Kälteleistung, unter Beachtung der korrekten Temperatur t.

13 Klausur Kältetechnik I, SS 0, Aufgabe, 0 Punkte Verdichterkältemaschine mit zwei Verdampfern, vgl. Skizze, die mit unterschiedlichen Verdampfungstemperaturen betrieben werden. gegeben Kältemittel R07. Kälteleistungen: & = 0 kw, Q 0, A & = kw. Verdampfer A: Verdampfungstemperatur C, Kältemittelüberhitzung 7 K. Q Verdampfer B: Verdampfungstemperatur - C, 0,B Kältemittelüberhitzung 0 K. Das Ventil R dient dazu, den Druck nach dem Verdampfer B auf den Druck des Verdampfers A zu Q 0,A reduzieren. Verflüssiger: Verflüssigungstemperatur C, Unterkühlung K. Der effektive Verdichtergütegrad läßt sich durch ν =,9 0, 0 ψ Q 0, B 0 (mit dem Druckverhältnis ψ) annähern. Strömungsdruckabfälle sind vernachlässigbar. Leitungen und Verdichter sind als thermisch isoliert zu betrachten.. Eintragung der Zustandspunkte in das lg p,h Diagramm und eine t,p,h-tabelle.. Effektive Verdichterantriebsleistung.. Effektive Verdichterkälteleistung, wenn die gesamte Kälteleistung (Verdampfer A und Verdampfer B) nur durch den Verdampfer A bereitgestellt wird (der Verdampfer B fehlt somit). Weshalb ergibt sich eine andere Antriebsleistung als unter.? Q c 7 8 R P

14 Aufgabe, Punkte Für einen Hubkolbenverdichter mit einem Hubraum von 90 cm, der in einer einstufigen Verdichterkältemaschine ohne inneren Wärmeübertrager mit dem Kältemittel R90 (Adiabatenexponent ist näherungsweise konstant und beträgt κ =,) eingesetzt ist, ist für folgende Bedingungen A angegeben: Kälteleistung kw, Verdampfungstemperatur 0 C, Verdichtereintrittstemperatur C, Verflüssigungstemperatur 0 C, keine Kältemittelunterkühlung. Betrieben wird dieser Verdichter in einer Verdichterkältemaschine mit innerem Wärmeübertrager unter folgenden Bedingungen B: Verdampfer: Verdampfungstemperatur C, Überhitzung K Verflüssiger: Verflüssigungstemperatur 0 C, keine Unterkühlung Verdichtereintrittstemperatur 0 C. Die Verdichterdrehzahl beträgt konstant 0 /min für alle Betriebszustände. Der Verdichtergütegrad beträgt näherungsweise ν = 0,8. Der Liefergrad dieses Verdichters hängt näherungsweise nur von der Rückexpansion ab. Strömungsdruckabfälle sind vernachlässigbar, Leitungen und der Verdichter sind als thermisch isoliert zu betrachten. Hinweis: Beachte die Abhängigkeit des Liefergrades vom Druckverhältnis und die Abhängigkeit der Fördermenge (Massenstrom) vom Ansaugzustand des Verdichters.. Vom Verdichter geförderter Volumenstrom entsprechend der Bedingungen A.. Liefergrad des Verdichters entsprechend der Bedingungen A.. Für die Bedingungen B: t,p,h-wertetabelle, Eintragung der Zustandspunkte in das lg p,h- Diagramm.. Kälteleistung unter den Bedingungen B.

15 Klausur Kältetechnik EW, WS 0/ 07, Aufgabe, Punkte Die Messung einer Verdichterkältemaschine ohne inneren Wärmeübertrager, Kältemittel Ra, zur Kühlung eines Luftstromes aus der Umgebung in Höhe von 0 kg/h (Eintrittszustand, trocken) ergibt: Lufteintritt: 8,0 C, Feuchtkugeltemperatur,0 C Luftaustritt: 7,0 C, Feuchtkugeltemperatur, C Punkt t / C p /bar h /(kj/kg) 0 Verdichtereintritt, ist 0 K überhitzt s Verdichteraustritt (isentrop) 90 Verdichteraustritt Verflüssigeraustritt, flüssig, nicht unterkühlt Verdampfungsbeginn Die Abwärme wird an die Umgebungsluft (siehe oben) abgeführt. Die Temperaturdifferenz zwischen dem Kältemittel am Verflüssigeraustritt zur Umgebungsluft beträgt K. Der effektive Verdichtergütegrad läßt sich durch die Gleichung ν = 0,9 k ψ (Glg. ) annähern. ψ ist das Druckverhältnis. Kältemittelleitungen und der Verdichter sind thermisch isoliert.. Vervollständigung der t,p,h-wertetabelle, Eintragung der Zustandspunkte in das lgp,h- Diagramm (Zustandspunkte können durch gerade Linien verbunden werden). Der Punkt s ist für den gleichen Druck wie für Punkt einzutragen.. Kälteleistung.. Antriebsleistung des Verdichters.. Bestimmung des Faktors k in Glg... Antriebsleistung des Verdichters, falls kein Druckabfall hochdruckseitig auftritt.. Anteil der Entfeuchtungsleistung an der Kälteleistung in Prozent. 7. Weshalb verläßt die Luft den Verdampfer nicht im gesättigten Zustand?

16 . Aufgabe, Punkte R77 / R70 - Kaskadenkältemaschine zur Kühlung eines Stromes von trockener Luft (konstante Stoffwerte) in Höhe von kg/h von 0 C auf -8 C. Weitere Angaben: Die Wärmeabfuhr der warmen erfolgt bei einer Verflüssigungstemperatur von 0 C. In beiden n tritt jeweils eine Unterkühlung des Kältemittels im Verflüssiger um K und eine Überhitzung im Verdampfer um K auf. Zur Wärmeübertragung tritt im Verdampfer- Verflüssiger (Kaskadenwärmeübertrager) kältemittelseitig eine Temperaturdifferenz zwischen der Verflüssigung und der Verdampfung in Höhe von 0 K auf. Die Temperaturdifferenzen zwischen der aus den Verdampfern austretenden gekühlten Luft und den Verdampfungstemperaturen betragen für beide n jeweils K Die Luft wird zu, % durch die warme abgekühlt. Die Verdichtergütegrade sind mit ν = anzunehmen. Strömungsdruckabfälle sind vernachlässigbar, Kältemittelleitungen und Verdichter sind thermisch isoliert.. Eintragung der Zustandspunkte in die lg p,h Diagramme und eine t,p,h-tabelle.. Antriebsleistung der Kaskade.. Kälteleistungszahl der Kaskade.. Würde sich die Leistungsaufnahme verändern, wenn die Luft vollständig nur mit dem Verdampfer der kalten abgekühlt würde? Falls ja, um wieviel? (Die Temperaturen der Kaskade sind als konstant zu betrachten). 8 B C 7 warme kalte zu kühlender Luftstrom A Verdampfer- Verflüssiger und Kühler für Luft Verdampfer für Kühlung von Luft

17 Klausur Kältetechnik EW, SS 07, Aufgabe, Punkte Gasmotorwärmepumpe (= GWP, Verbrennungsmotor treibt direkt den Verdichter einer Verdichterkältemaschine ohne inneren Wärmeübertrager an) zur Erwärmung von Wasser gegeben Kältemittel R07C. Alle Wärmeübertrager werden im Gegenstrom betrieben. Das zu erwärmende Wasser tritt mit 0 C in die GWP ein und durchströmt der Reihe nach: Verflüssiger mit Q & = 0 kw, Rauchgaswärmeübertrager mit Q & = kw und c Motor-Kühlflüssigkeitswärmeübertrager mit Q & K = 8 kw. Verflüssiger: Kältemittelaustritt ist um K unterkühlt. Die Temperaturdifferenz zwischen Kältemittel und zu erwärmendem Wasser muss mindestens 0 K betragen. Verdampfer: Kältemittelaustritt ist um 0 K überhitzt. Als Wärmequelle steht eine Sole zur Verfügung, die mit 0 C der GWP zuströmt. Die Temperaturdifferenz zur Wärmeübertragung zwischen Sole und Kältemittel beträgt am Eintritt und Austritt jeweils 0 K. Verdichtergütegrad ν = 0,7. Strömungsdruckabfälle sind vernachlässigbar. Leitungen und Verdichter sind als thermisch isoliert zu betrachten.. Eintragung der Zustandspunkte in das lg p,h Diagramm und eine t,p,h-tabelle.. Mit welcher Temperatur tritt die Sole aus der GWP aus?. Motorwirkungsgrad η M.. Wärmeverhältnis ζ der GWP.. Max. mögliche Temperatur des erwärmten Wassers beim Austritt aus der GWP. Zur Ermittlung kann eine (maßstäbliche) Skizze hilfreich sein.. Wäre es aus energetischer Sicht günstiger, zunächst das zu erwärmende Wasser durch den Motor-Kühlflüssigkeitswärmeübertrager und dann durch den Rauchgaswärmeübertrager zu leiten? 7. Warum verlaufen bei R07C die Temperaturen und die Drücke im Zweiphasendiagramm nicht parallel? 8. Ist R07C ein geeignetes Kältemittel für Wärmepumpen? R 7

18 . Aufgabe, 0 Punkte Einstufige Verdichterkältemaschine mit innerem Wärmeübertrager gegeben Kältemittel Ra. Leitungen sind als thermisch isoliert zu betrachten. Der Verdichter ist nicht thermisch isoliert. Der Druckabfall zwischen Verdichteraustritt und Expansionsventileintritt beträgt bar. Der Druckabfall zwischen Expansionsventilaustritt und Verdichtereintritt beträgt 0, bar. Die Leistungsaufnahme des Verdichters beträgt, kw. Der Verdichtergütegrad beträgt ν = 0,7. Druckabfälle lassen sich im lgp,h-diagramm durch Geraden annäherten.. Vervollständigung der Tabelle, Eintragen der Zustandspunkte das lg p,h Diagramm. Punkt t / C p /bar h /(kj/kg) s 0. Wärmeabgabe des Verdichters an die Umgebung.. Kälteleistung.. Kälteleistungszahl.. Angesaugter Volumenstrom des Verdichters. 8

19 Klausur Kältetechnik EW, SS 08, Aufgabe, Punkte Für einen Hubkolbenverdichter ist in einem Katalog angegeben ( Katalogprozess ): Kältemittel R77. Kälteleistung kw. Verdampfungstemperatur -0 C, Sauggastemperatur 0 C. Verflüssigungstemperatur 0 C, keine Kältemittelunterkühlung. Hubvolumen (= Volumenstrom entsprechend des Hubraums bei Nenndrehzahl) 0 m /h. Leistungsaufnahme des Verdichters 0 kw. Dieser Verdichter soll in einer einstufigen Verdichterkältemaschine für gleiche Verdampfungstemperatur und Verflüssigungstemperatur, jedoch für eine Kältemittelüberhitzung von 0 K und eine Kältemittelunterkühlung von 0 K eingesetzt werden ( Istprozess ).. Skizze des Fließbildes einer einstufigen Verdichterkältemaschine.. Was ist R77 und wie kommt diese Bezeichnung zustande?. Zustandspunkte des Katalogprozesses und des Istprozesses in das lgp,h Diagramm und in t,p,h-wertetabellen eintragen.. Liefergrad λ L des Verdichters.. Verdichtergütegrad für den Katalogprozess.. Kälteleistung des Istprozesses.. Aufgabe, 7 Punkte Für eine transkritische CO -Verdichterkältemaschine mit innerem Wärmeübertrager ist angegeben: Verdampfungstemperatur - C, Kältemittelüberhitzung nur mittels des inneren Wärmeübertragers 0 K. Gaskühleraustrittstemperatur 0 C. Verdichtergütegrad ν = 0,9 0, 0 ψ (ψ = Druckverhältnis).. Skizze des Fließbildes einer einstufigen Verdichterkältemaschine mit innerem Wärmeübertrager.. Diskussion der Vor- und Nachteile einer Wahl des Hochdruckes von p A = 00 bar oder von p B = 0 bar (Begründungen!).. Aufgabe, 9 Punkte Skizzieren Sie den Aufbau der im. Laborversuch behandelten Verdichterkältemaschine mit innerem Wärmeübertrager. Beschreiben Sie die Abschaltprozedur ( Pump down Schaltung ). Weshalb wird diese Prozedur angewendet? 9

20 Klausur Kältetechnik EW, WS 07/08, Aufgabe, vgl. SS 0. Aufgabe, Punkte Was bedeutet R? Nennen Sie Vorteile und Nachteile dieses Stoffes!. Aufgabe, Punkte Kann mit einem Kühlturm Wasser abgekühlt werden, wenn die Temperatur der Umgebungsluft 0 K oberhalb der zugeführten Wassertemperatur liegt (Begründung)?. Aufgabe, 9 Punkte An welcher Stelle wird der innere Wärmeübertrager bei der einstufigen Verdichter Kältemaschine eingebaut (einfache Skizze des Anlagenschemas). Welche Vorteile kann der innere Wärmeübertrager bieten? Wird der innere Wärmeübertrager für alle Kältemittel eingesetzt (Begründung!)?. Aufgabe, Punkte Skizzieren Sie das Anlagenschema einer Gasmotorwärmepumpe!. Aufgabe, Punkte Welche Energieströme werden bei der Gasmotorwämepumpe genutzt? Welche Reihenfolge der Durchströmung der einzelnen Wärmeübertrager mit dem zu erwärmenden Wasser ist zweckmäßig (Begründung)? 0

21 Klausur Kältetechnik EW, SS 08, Aufgabe, Punkte Für einen Hubkolbenverdichter ist in einem Katalog angegeben ( Katalogprozess ): Kältemittel R77. Kälteleistung kw. Verdampfungstemperatur -0 C, Sauggastemperatur 0 C. Verflüssigungstemperatur 0 C, keine Kältemittelunterkühlung. Hubvolumen (= Volumenstrom entsprechend des Hubraums bei Nenndrehzahl) 0 m /h. Leistungsaufnahme des Verdichters 0 kw. Dieser Verdichter soll in einer einstufigen Verdichterkältemaschine für gleiche Verdampfungstemperatur und Verflüssigungstemperatur, jedoch für eine Kältemittelüberhitzung von 0 K und eine Kältemittelunterkühlung von 0 K eingesetzt werden ( Istprozess ).. Skizze des Fließbildes einer einstufigen Verdichterkältemaschine.. Was ist R77 und wie kommt diese Bezeichnung zustande?. Zustandspunkte des Katalogprozesses und des Istprozesses in das lgp,h Diagramm und in t,p,h-wertetabellen eintragen.. Liefergrad λ L des Verdichters.. Verdichtergütegrad für den Katalogprozess.. Kälteleistung des Istprozesses.. Aufgabe, 7 Punkte Für eine transkritische CO -Verdichterkältemaschine mit innerem Wärmeübertrager ist angegeben: Verdampfungstemperatur - C, Kältemittelüberhitzung nur mittels des inneren Wärmeübertragers 0 K. Gaskühleraustrittstemperatur 0 C. Verdichtergütegrad ν = 0,9 0, 0 ψ (ψ = Druckverhältnis).. Skizze des Fließbildes einer einstufigen Verdichterkältemaschine mit innerem Wärmeübertrager.. Diskussion der Vor- und Nachteile einer Wahl des Hochdruckes von p A = 00 bar oder von p B = 0 bar (Begründungen!).. Aufgabe, 9 Punkte Skizzieren Sie den Aufbau der im. Laborversuch behandelten Verdichterkältemaschine mit innerem Wärmeübertrager. Beschreiben Sie die Abschaltprozedur ( Pump down Schaltung ). Weshalb wird diese Prozedur angewendet?

22 Klausur Kältetechnik EW, WS 08/09, Aufgabe, 9 Punkte Einstufige Verdichterkältemaschine mit innerem Wärmeübertrager zur Kühlung einer Sole, s. Schema. gegeben Kältemittel R00a. Der Verdichter strahlt über sein Gehäuse 00 W an die Umgebung ab. Der Druckabfall im Verflüssiger und im Verdampfer betragen jeweils: bar, weitere Druckabfälle in Leitungen und Wärmeübertrager treten nicht auf. Kälteleistung: kw. Drehzahl des Verdichters: 00 /min. Liefergrad des Verdichters: 0,8. Leitungen sind als thermisch isoliert zu betrachten. Druckabfälle lassen sich im lgp,h-diagramm durch Geraden annähern. 9. Vervollständigung der Tabelle, Eintragen der Zustandspunkte das lg p,h Diagramm. Punkt t / C p /bar h /(kj/kg) 0 s Verdichterantriebsleistung.. Kälteleistungszahl.. Gütegrad des Verdichters.. Erforderlicher Hubraum des Verdichters. Was ist R00a und wie ist dieser Stoff in Bezug auf die Sicherheit einzuschätzen?. Wäre es möglich, die Sole auf + C abzukühlen? Sollte hierfür der Verdampfer im Gleichstrom oder im Gegenstrom betrieben werden? 7. Die Abwärme der Verdichterkältemaschine soll genutzt werden, um einen der Kältemaschine zugeführten Wasserstrom von 0 C ausgehend zu erwärmen. Welche maximale Wassertemperatur ist erreichbar? (Die Genauigkeit einer graphischen Lösung ist ausreichend.)

23 . Aufgabe, Punkte Einstufige transkritische Verdichterkältemaschine mit Kohlendioxid als Arbeitsmittel. gegeben Verdampfer: Verdampfungstemperatur - C, Überhitzung 0 K. Gaskühler: Kältemittelaustrittstemperatur 0 C, Druck 00 bar. Isentrope Verdichtung. Kälteleistung: kw. Entspannung erfolgt konventionell mittels eines Expansionsventils.. Eintragung der Zustandspunkte in das lg p,h Diagramm und eine t,p,h-tabelle.. Verdichterantriebsleistung.. Leistungszahl.. Leistungszahl, falls die Entspannung isentrop erfolgt.. Weshalb wurde Kohlendioxid in der jüngsten Vergangenheit nur noch selten eingesetzt, zurzeit aber zunehmend als Alternative diskutiert?. Aufgabe, Punkte Kaskadenkältemaschine mit zwei getrennten Kältemittelkreisläufen ( zweistufige Kaskade ). gegeben: Abwärme der warmen : kw. Nutzkälteleistung: 0 kw. :. Schemaskizze einer Kaskade.. Kälteleistungszahl.

24 Klausur Kältetechnik EW, SS 09, Aufgabe, Punkte Kaskadenkältemaschine zur Kühlung eines Stickstoff- Stromes, c p = kj/(kg K), in Höhe von 0000 kg/h von 0 C auf -7 C. Weitere Angaben: In beiden n befindet sich R90. Die Wärmeabfuhr der warmen erfolgt bei einer Verflüssigungstemperatur von C. In beiden n tritt jeweils eine Unterkühlung des Kältemittels im Verflüssiger um K und eine Überhitzung im Verdampfer um K auf. Zur Wärmeübertragung tritt im Verdampfer- Verflüssiger (Kaskadenwärmeübertrager) kältemittelseitig eine Temperaturdifferenz zwischen der Verflüssigung und der Verdampfung in Höhe von 0 K auf. Die Temperaturdifferenzen zwischen dem aus den Verdampfern austretenden gekühlten Stickstoff und den Verdampfungstemperaturen betragen für beide n jeweils K. Der Stickstoff wird zu 0 % durch die warme abgekühlt. Die Verdichtergütegrade sind mit ν = anzunehmen. Strömungsdruckabfälle sind vernachlässigbar, Kältemittelleitungen und Verdichter sind thermisch isoliert.. Eintragung der Zustandspunkte in das lg p,h Diagramm und eine t,p,h-tabelle.. Antriebsleistung der Kaskade.. Kälteleistungszahl der Kaskade.. Kälteleistungszahl, wenn der Stickstoff in nur einer abgekühlt wird (gleiche Temperaturdifferenzen zur Wärmeübertragung, gleiche Überhitzung und Unterkühlung).. Was ist R90? Was ist bei der Verwendung dieses Stoffes zu beachten? 8 B C 7 warme kalte zu kühlender Stickstoffstrom A Verdampfer- Verflüssiger und Kühler für Stickstoff Verdampfer für Kühlung von Stickstoff

25 . Aufgabe, 8 Punkte Aus dem Katalog eines Verdichterherstellers ist für einen Verdichter zu entnehmen: Kältemittel R. Kälteleistung,7 kw bei einer Verdampfungstemperatur von -0 C, bei einer Verflüssigungstemperatur von 0 C, ohne Kältemittelunterkühlung, und bei einer Verdichtereintrittstemperatur von C. Die Leistungsaufnahme beträgt dabei, kw. Das Hubvolumen ist mit m³/h angegeben. Strömungsdruckabfälle sind vernachlässigbar, Kältemittelleitungen und Verdichter können als thermisch isoliert betrachtet werden.. Eintragung der Zustandspunkte in das lg p,h Diagramm und eine t,p,h-tabelle.. Kälteleistung, falls der Verdichter für einen Ist-Prozess mit gleicher Verdampfungstemperatur und gleicher Verflüssigungstemperatur, jedoch mit K Kältemittelunterkühlung nach dem Verflüssiger und K Kältemittelüberhitzung nach dem Verdampfer eingesetzt wird.. Leistungszahl dieses Ist-Prozesses unter der Annahme, dass der Verdichter einen konstanten Verdichtergütegrad besitzt.. Liefergrad des Verdichters.. Was ist R? Was ist bei der Verwendung dieses Stoffes zu beachten?. Aufgabe, Punkte Was bedeuten die Bezeichnungen Kühlgrenzabstand und Kühlzonenbreite?. Aufgabe, Punkte Welche Energieströme werden bei der Gasmotorwämepumpe genutzt? Welche Reihenfolge der Durchströmung der einzelnen Wärmeübertrager mit dem zu erwärmenden Wasser ist zweckmäßig (Begründung)?

26 Klausur Kältetechnik EW, WS09/0,.0.00 Bitte: Studentenausweis vorzeigen, Namen auf alle Blätter, Blätter nur einseitig beschriften, keine Blätter mit Nachbarn austauschen, alle Aufgabenblätter abgeben, keine Hilfsmittel (Aufzeichnungen. Aufgabe, Punkte Verdichterkältemaschine in einer Brauerei zur Kühlung einer Sole und zur Verflüssigung von Kohlendioxid (= Kaskade, s. Schema). gegeben Kältemittel: Ammoniak (in beiden n!). Wärmeabfuhr bei einer Verflüssigungstemperatur von C, das Kältemittel strömt um K unterkühlt aus dem Verflüssiger. Alle Verdampfer werden überflutet betrieben, d.h. das Kältemittel ist am Austritt aus den Verdampfern nicht überhitzt. Die Sole wird auf - C abgekühlt. Die Kälteleistung Q 0,S beträgt 00 kw. Die Differenz zwischen Solenaustrittstemperatur und Verdampfungstemperatur beträgt K. Ein Massestrom von 00 kg/h Kohlendioxid wird bei einer Temperatur von -0 C verflüssigt (nicht unterkühlt). Die spezifische Verflüssigungsenthalpie beträgt 80 kj/kg. Die Differenz der Verflüssigungstemperatur des Kohlendioxids zur Verdampfungstemperatur des Ammoniaks beträgt K. Die Temperaturdifferenz im Verdampfer/Verflüssiger beträgt t -t 8 = 0 K (keine Unterkühlung des verflüssigten Kältemittels). Die isentropen Verdichtergütegrade betragen jeweils 0,8. Leitungen und Verdichter sind thermisch isoliert, Strömungsdruckabfälle sind vernachlässigbar.. Kälteleistung zur Verflüssigung des Kohlendioxids.. Zustandspunkte in das lgp,h Diagramm und in eine t,p,h-wertetabelle eintragen.. Für die kalte : Kältemittelmassenstrom, Antriebsleistung des Verdichters, Verflüssigerleistung.. Für die warme : Kälteleistung, Kältemittelmassenstrom, Antriebsleistung des Verdichters.. Kälteleistungszahl der Kaskade zur Verflüssigung des Kohlendioxids.. Nennen Sie Vor- und Nachteile des Kältemittels Ammoniaks! 8 Verdampfer/ Verflüssiger 7 warme Verdampfer für Sole Q 0,S kalte Q 0,C Q c P ws P ks Verdampfer zur Verflüssigung von CO

27 . Aufgabe, Punkte TranskritischeVerdichterkältemaschine zur Brauchwassererwärmung mit innerem Wärmeübertrager, s. Skizze. gegeben Kältemittel: Kohlendioxid, Heizleistung kw Verdampfungstemperatur - C, Überhitzung durch Verdampfer 0 K. Weitere Überhitzung durch inneren Wärmeübertrager 0 K. Gaskühlerdruck 00 bar. Verdichtergütegrad 0,7. Die Brauchwassererwärmung erfolgt im Gegenstrom. Wassereintrittstemperatur 0 C. Die Temperaturdifferenz am Gaskühler zwischen Kältemittelaustritt und Wassereintritt beträgt 0 K. Die Temperaturdifferenz zwischen Kältemittel und Brauchwasser im Gaskühler beträgt mindestens 0 K. Leitungen und Verdichter sind thermisch isoliert, Strömungsdruckabfälle sind vernachlässigbar.. Zustandspunkte in das lgp,h Diagramm und in eine t,p,h-wertetabelle eintragen.. Heizleistungszahl.. Antriebsleistung.. Welche Brauchwasseraustrittstemperatur ist etwa erreichbar (maßstäbliche Skizze zur Auffindung der Lösung)?. Heizleistungszahl falls die Entspannung mit einer Entspannungsmaschine erfolgt, die einen isentropen Gütegrad von 0,7 besitzt.. Weshalb sind in Europa kaum CO -Brauchwasserwärmepumpen in Betrieb, jedoch in Japan zunehmend viele?. Aufgabe, Punkte Skizzieren Sie die Eigenschaften eines zeotropen Zweistoffgemisches und eines azeotropen Zweistoffgemisches jeweils in einem Temperatur-Konzentrations-Zustandsdiagramm (Siedediagramm).. Aufgabe, Punkte Welche negativen Auswirkungen können Kältemittel auf die Umwelt haben? Welche Bestandteile der Kältemittel sind hier besonders problematisch?. Aufgabe, Punkte Welche Abweichungen gibt es zwischen dem Carnot-Prozeß und dem Prozeß einer idealen einstufigen Verdichterkältemaschine (= theoretisch trockener Prozeß)? Dazu Skizze der Prozesse jeweils in einem T,s-Diagramm. 7

28 Klausur Kältetechnik EW, SS 0, Aufgabe, 0 Punkte Brauchwasserwärmepumpe in Kaskadenschaltung (vgl. Schema) mit dem Kältemittel R00. 7 Heizwärme gegeben Heizwärme kw. Sämtliche Wärmeübertrager werden im Gegenstrom betrieben. Die Temperatur des Fluids der Wärmequelle beträgt beim Austritt aus dem Verdampfer der kalten 9 C. Die Temperaturdifferenz zur Wärmeübertragung an das Kältemittel beträgt hier 0 K. Die Temperaturdifferenz am kalten Ende des Kaskadenwärmeübertragers beträgt K. Druckabfälle in bar. kalte warme Verflüssiger,0, Verdampfer 0, 0, 8 warme kalte Wärmequelle Kaskadenwärmeübertrager. Vervollständigung der t,p,h-tabelle. Punkt t in C p in bar h in kj/kg Anmerkung 0 8 K unterkühlt unterkühlt 8. Antriebsleistung der Kaskade.. Heizzahl der Wärmepumpe.. Wie schätzen Sie den energetischen Nutzen dieser Wärmepumpe ein?. Was ist R00 und wie ist dieser Stoff sicherheitstechnisch zu klassifizieren?. Warum wäre es für diese Wärmepumpe ungünstig, für die warme einen Verdichter mit einem isentropen Gütegrad von ν = einzusetzen? 8

29 . Aufgabe, Punkte Die Messung einer Verdichterkältemaschine mit dem Kältemittel Ra bei Verdampfungstemperatur -0 C, Kältemittelüberhitzung 0 K, Verflüssigungstemperatur 0 C, Kältemittelunterkühlung 0 K ergibt einen Kältemittelmassenstrom von 0, kg/s. Die Verdichtungsendtemperatur beträgt 90 C. Druckabfälle sind vernachlässigbar, Leitungen und der Verdichter sind thermisch isoliert.. Verdichtergütegrad.. Angabe der Kälteleistung des Verdichters für einen Katalogprozess, der bei gleicher Verdampfungs- und Verflüssigungstemperatur, jedoch mit einer Kältemittelüberhitzung auf C und ohne Kältemittelunterkühlung abläuft.. Welche Verdichtungsendtemperatur ist beim Katalogprozess zu erwarten?. Was ist Ra und wie ist dieser Stoff sichertechnisch zu klassifizieren?. Aufgabe, Punkte Bei einem offenen saugbelüfteten Kühlturm treten die im folgenden Bild dargestellten Zustände auf. (Spezifische Wärmekapazität von Wasser c =, kj/(kg K).) 70 0 Enthalpie in kj/kg Temperatur in C Sättigungsenthalpie der Luft Luftenthalpie Wasseraustrittstemperatur Wassereintrittstemperatur :. Kühlzonenbreite. Kühlgrenztemperatur. Luftzahl. Welche minimale Luftzahl wäre möglich?. Überschlägliche Bestimmung der Merkel-Zahl. Was kennzeichnet die Merkel-Zahl? Me = c dtw hl, s hl 9

30 Klausur Kältetechnik EW, WS 0/,.0.0. Aufgabe, 0 Punkte Kaskadenkältemaschine Abwärme gegeben Kälteleistung 00 kw. Kältemittel warme : R07. Kältemittel kalte : R. Kleinste Temperaturdifferenz im Kaskadenwärmeübertrager zwischen kalter und warmer : K. Verdichtergütegrade lassen sich jeweils durch ν = 0,9 0, 0 ψ annäheren (ψ = Druckverhältnis). Die Abwärme wird mit Kühlwasser abgeführt, das in großer Menge zur Verfügung steht. Druckabfälle sind vernachlässigbar, Leitungen und der Verdichter sind thermisch isoliert. 7 8 warme kalte Kältenutzung Kaskadenwärmeübertrager. Vervollständigung der t,p,h-tabelle. Punkt t in C p in bar h in kj/kg Anmerkung -7 0 K überhitzt s - K unterkühlt 0 K überhitzt s 7 unterkühlt 8. Antriebsleistung der Kaskade.. Kälteleistungszahl der Kaskade.. (a) Welche Temperatur darf das zugeführte Kühlwasser maximal besitzen? (b) Wie kann das Kühlwasser zur Verbesserung der Kälteleistungszahl genutzt werden? (c) welche Kälteleistungszahl würde sich ergeben?. (a) Was ist R und R07? (b) Was ist bei der Verwendung dieser Stoffe zu beachten? 0

31 . Aufgabe, Punkte Die Messung einer Verdichterkältemaschine mit dem Kältemittel R07 bei: Verdampfungstemperatur -0 C, Kältemittelüberhitzung 0 K, Verflüssigungstemperatur 0 C, Kältemittelunterkühlung K ergibt eine Kälteleistung von 00 kw. Druckabfälle sind vernachlässigbar, Leitungen und der Verdichter sind thermisch isoliert. Der Liefergrad des Verdichters läßt sich mit der Funktion λl = 0,9 0, 0 ψ annähern. Kälteleistung des Verdichters für einen Katalogprozess, der bei gleicher Verflüssigungstemperatur, jedoch bei einer Verdampfungstemperatur von -0 C, mit einer Kältemittelüberhitzung auf C und ohne Kältemittelunterkühlung abläuft.. Aufgabe, Punkte Bei einem offenen saugbelüfteten Kühlturm treten die im folgenden Bild dargestellten Zustände auf. (Spezifische Wärmekapazität von Wasser c =, kj/(kg K).) 0 0 Enthalpie in kj/kg Temperatur in C Sättigungsenthalpie der Luft Luftenthalpie Wasseraustrittstemperatur Wassereintrittstemperatur :. Kühlzonenbreite.. Kühlgrenztemperatur.. Luftzahl.. Welche minimale Luftzahl wäre möglich?. Überschlägliche Bestimmung der Merkel-Zahl. Was kennzeichnet die Merkel-Zahl? Me = c dt w. h L, s hl

32 Klausur Kältetechnik EW, SS 0,.7.0. Aufgabe, 0 Punkte Kaskadenkältemaschine zur Kühlung eines Wasserstoff-Stromes, c p =, kj/(kg K), in Höhe von 000 kg/h von 0 C auf - C. Weitere Angaben: In beiden n befindet sich R77. Die Wärmeabfuhr der warmen erfolgt bei einer Verflüssigungstemperatur von C. In beiden n tritt jeweils eine Unterkühlung des Kältemittels im Verflüssiger um K und eine Überhitzung im Verdampfer um K auf. Zur Wärmeübertragung tritt im Verdampfer- Verflüssiger (Kaskadenwärmeübertrager) kältemittelseitig eine Temperaturdifferenz zwischen der Verflüssigung und der Verdampfung in Höhe von 0 K auf. Die Temperaturdifferenzen zwischen dem aus den Verdampfern austretenden gekühlten Wasserstoff und den Verdampfungstemperaturen betragen für beide n jeweils K. Der Wasserstoff wird zu 0 % durch die warme abgekühlt. Die Verdichtergütegrade sind mit ν = anzunehmen. Strömungsdruckabfälle sind vernachlässigbar, Kältemittelleitungen und Verdichter sind thermisch isoliert. 7. Eintragung der Zustandspunkte in das lg p,h Diagramm und eine t,p,h-tabelle. 8. Antriebsleistung der Kaskade. 9. Kälteleistungszahl der Kaskade. 0. Antriebsleistung, wenn der Wasserstoff in nur einer (einstufige Verdichter- Kältemaschine) abgekühlt wird (gleiche Temperaturdifferenzen zur Wärmeübertragung, gleiche Überhitzung und Unterkühlung). Welche Probleme können dabei auftreten?. Was ist R77? Was ist bei der Verwendung dieses Stoffes zu beachten? 8 B C 7 warme kalte zu kühlender Wasserstoffstrom A Verdampfer- Verflüssiger und Kühler für Wasserstoff Verdampfer für Kühlung von Wasserstoff

33 . Aufgabe, 8 Punkte Transkritische Verdichterkältemaschine mit innerem Wärmeübertrager s. Schema. gegeben Kältemittel R7. Verdampfungsdruck 0 bar, Kältemitteltemperatur am Verdampferaustritt 0 C, am Verdichtereintritt 0 C, am Gaskühleraustritt 0 C. Die Kälteleistungszahl beträgt etwa ε =,8. Die Verdichtergütegrade sind mit ν = anzunehmen. Strömungsdruckabfälle sind vernachlässigbar, Kältemittelleitungen und Verdichter sind thermisch isoliert.. Eintragung der Zustandspunkte in das lg p,h Diagramm und eine t,p,h-tabelle, dazu den Hochdruck abschätzen.. Welche Kälteleistungszahl würde sich ergeben, wenn zur Entspannung eine Maschine, die eine isentrope Entspannung bewirkt, verwendet wird?. Was ist R7? Was ist bei der Verwendung dieses Stoffes zu beachten?. Aufgabe, Punkte Was bedeuten die Bezeichnungen Kühlgrenzabstand und Kühlzonenbreite?. Aufgabe, Punkte Welche Energieströme werden bei der Gasmotorwämepumpe genutzt? Welche Reihenfolge der Durchströmung der einzelnen Wärmeübertrager mit dem zu erwärmenden Wasser ist zweckmäßig (Begründung)?. Aufgabe, Punkte Wärmepumpe zur Wassererwärmung. Wassereintrittstemperatur 0 C. Im als Koaxialwärmeübertrager ausgeführten Verflüssiger werden 70 % der gesamten Enthalpie durch die Verflüssigung bei einer Verflüssigungstemperatur von C, % durch die Unterkühlung auf 0 C und der Rest durch die Enthitzung abgeführt. Die Kältemitteleintrittstemperatur in den Verflüssiger beträgt 9 C. Welche Wasseraustrittstemperatur ist maximal erreichbar? (Rechnerische oder zeichnerische Lösung)

34 Klausur Kältetechnik EW, WS/, Aufgabe, Punkte Verdichterkältemaschine (= Kaskade, s. Schema) zur Kühlung einer Sole und zur Verflüssigung von Kohlendioxid. gegeben Kältemittel R90 (in beiden n!). Q 0,S = MW (Sole); Q 0,C = 00 kw (Kohlendioxid). Alle Wärmeübertrager werden im Gegenstrom betrieben, die kleinste Temperaturdifferenz zur Wärmeübertragung beträgt jeweils mindestens 0 K. Kohlendioxid wird bei -0 C verflüssigt. Sole wird auf 0 C abgekühlt. Kühlwassereintrittstemperatur beim Verflüssiger C. Die isentropen Verdichtergütegrade betragen jeweils 0,7. Leitungen und Verdichter sind thermisch isoliert, Strömungsdruckabfälle sind vernachlässigbar.. Zustandspunkte in das lgp,h Diagramm eintragen & t,p,h-wertetabelle vervollständigen. Nr. t in C p in bar h in kj/kg Anmerkung 0 K überhitzt s K unterkühlt 0 K überhitzt s 7 K unterkühlt 8. Kalte : Kältemittelmassenstrom, Verdichterantriebsleistung.. Warme : Kälteleistung, Kältemittelmassenstrom, Verdichterantriebsleistung.. Kälteleistungszahl der Kaskade zur Verflüssigung des Kohlendioxids.. Verhältnis Verdichter-Saugvolumenstrom der warmen zu dem der kalten.. Was ist R90 und was ist bei der Anwendung dieses Stoffes zu beachten? 8 Verdampfer/ Verflüssiger 7 warme Q 0,S kalte Q 0,C Q c Verdampfer für Solekühlung P ws P ks Verdampfer zur Verflüssigung von CO

35 . Aufgabe, 9 Punkte Einstufige Verdichterkältemaschine (ohne inneren Wärmeübertrager) zur Kühlung einer Sole. gegeben Kältemittel: R07C. Kälteleistung 80 kw. Die Wärmeübertrager sind im Gegenstrom betrieben, die kleinste Temperaturdifferenz zur Wärmeübertragung beträgt jeweils mindestens K. Soleaustrittstemperatur - C. Leitungen und Verdichter sind thermisch isoliert, Strömungsdruckabfälle sind vernachlässigbar.. Zustandspunkte in das lgp,h Diagramm eintragen & t,p,h-wertetabelle vervollständigen. Nr. t in C p in bar h in kj/kg Anmerkung K überhitzt s K unterkühlt. Kältemittelmassenstrom, Antriebsleistung, Kälteleistungszahl.. Verdichtergütegrad.. Maximal auftretende Temperaturdifferenz zwischen der Sole- und der Kältemitteltemperatur (graphische Lösung).. Was ist R07C und was ist bei der Anwendung dieses Stoffes zu beachten?. Aufgabe, Punkte Erläutern Sie anhand des p,h-diagramms, weshalb es bei der transkritischen Verdichterkältemaschine mit CO als Kältemittel einen optimalen Hochdruck gibt, der zu einer maximalen Leistungszahl führt.. Aufgabe, 9 Punkte An welcher Stelle wird der innere Wärmeübertrager bei der einstufigen Verdichter Kältemaschine eingebaut (einfache Skizze des Anlagenschemas). Welche Vorteile kann der innere Wärmeübertrager bieten? Wird der innere Wärmeübertrager für alle Kältemittel eingesetzt (Begründung!)?. Aufgabe, Punkte Skizzieren Sie einen offenen saugbelüfteten Kühlturm. Was bedeuten die Bezeichnungen Kühlgrenzabstand and Kühlzonenbreite?

36 Klausur Kältetechnik EW, SS, Aufgabe, Punkte Kaskadenkältemaschine gegeben Kälteleistung 00 kw. Kältemittel warme : R90. Kältemittel kalte : R70. Kleinste Temperaturdifferenz im Kaskadenwärmeübertrager zwischen kalter und warmer : K. Verdichtergütegrade lassen sich jeweils durch ν = 0,8 0, 0 ψ annähern (ψ = Druckverhältnis). Druckabfälle sind vernachlässigbar, Leitungen und der Verdichter sind thermisch isoliert.. Vervollständigung der t,p,h-tabelle. Punkt t in C p in bar h in kj/kg Anmerkung 0 K überhitzt s -0 K unterkühlt - 0 K überhitzt s 7 K unterkühlt 8. Antriebsleistung der Kaskade.. Kälteleistungszahl der Kaskade.. Die Abwärme der Kaskade soll mit einem Gegenstromwärmeübertrager zur Warmwasserbereitung genutzt werden. Die Wasserzulauftemperatur beträgt 0 C. Welche Austrittstemperatur ist maximal erreichbar?. (a) Was ist R90 und R70? (b) Was ist bei der Verwendung dieser Stoffe zu beachten? 7 8 Abwärme warme kalte Kältenutzung Kaskadenwärmeübertrager

37 . Aufgabe, 9 Punkte Transkritische Verdichterkältemaschine mit innerem Wärmeübertrager gegeben Kältemittel Kohlendioxid. Sauggasvolumenstrom des Verdichters 0 m /h. Hochdruck 00 bar. Verdichtungsendtemperatur 0 C. Gakühleraustrittstemperatur 0 C. Verdampfungstemperatur - C. Überhitzung im Verdampfer T = K und weitere Überhitzung durch den inneren Wärmeübertrager T = 8 K.. Zustandspunkte in das lg(p),h-diagramm und in eine t,p,h-wertetabelle eintragen.. Verdichtergütegrad.. Kälteleistung.. Kälteleistungszahl.. Wäre es günstig, die Kältemaschine bei einem niedrigeren Hochdruck zu betreiben?. Aufgabe, Punkte Welche Vorteile und welche Nachteile kann ein innerer Wärmeübertrager bei Verdichterkältemaschinen haben?. Aufgabe, Punkte Eine Verdichterkältemaschine mit einer Kälteleistungszahl von soll als Wärmepumpe in einer Gasmotorwärmepumpe genutzt werden. Welcher Motorwirkungsgrad ist mindestens erforderlich, wenn die Heizzahl (= Wärmeverhältnis der Gasmotorwärmepumpe), betragen soll?. Aufgabe, Punkte Beschreiben Sie die Abschaltprozedur Pump down Schaltung (zweiter Laborversuch). Weshalb wird diese Prozedur angewendet? 7

38 Klausur Kältetechnik EW, WS 0,..0. Aufgabe, 7 Punkte Kaskadenkältemaschine zur Kühlung eines Ethanol-Stromes, c =, kj/(kg K), in Höhe von 00 kg/h von 0 C auf -0 C. Weitere Angaben: In beiden n befindet sich R07C. Alle Wärmeübertrager werden im Gegenstrom betrieben. Die Kühlwassereintrittstemperatur beträgt C. Die Mindesttemperaturdifferenzen zur Wärmeübertragung beträgt bei allen Wärmeübertrager T = K. Die Verdichtergütegrade betragen: ν = 0,9 - ψ 0,0 (ψ ist das Druckverhältnis). Strömungsdruckabfälle sind vernachlässigbar, Kältemittelleitungen und Verdichter sind thermisch isoliert. 8 B C 7 warme kalte zu kühlender Ethanolstrom A Verdampfer- Verflüssiger und Kühler für Ethanol Verdampfer für Kühlung von Ethanol. Vervollständigung der t,p,h-tabelle. Punkt t in C p in bar h in kj/kg Anmerkung K überhitzt s - K unterkühlt K überhitzt s 7 K unterkühlt 8. Kälteleistung der kalten.. Antriebsleistungen der kalten und der warmen.. Kälteleistungszahl der Kaskade.. Was ist R07C und was ist bei der Verwendung dieses Stoffes zu beachten? 8

39 . Aufgabe, 8 Punkte Die Leistungsmessung eines Kältemittelverdichters für R70 ergibt eine Kälteleistung in Höhe von kw bei den thermischen Bedingungen: Ansaugtemperatur -8 C; diese Temperatur ist um K überhitzt. Verflüssigeraustrittstemperatur - C, diese Temperatur ist um K unterkühlt. Der Liefergrad des Verdichters lässt sich durch λ = 0,88 - ψ 0,0 (ψ ist das Druckverhältnis) abschätzen. Gesucht:. Kälteleistung eines Katalogprozesses für: Gleiche Verflüssigungstemperatur, aber ohne Unterkühlung. Verdampfungsdruck bar. Ansaugtemperatur 0 C.. Was ist R70 und was ist bei der Verwendung dieses Stoffes zu beachten?. Aufgabe, 9 Punkte Die Vermessung einer transkritischen Verdichterkältemaschine, Kältemittel R7, mit innerem Wärmeübertrager ergibt die in der folgenden Tabelle angegebenen Messwerte. (Anm.: Strömungsdruckabfälle sind vernachlässigbar, Kältemittelleitungen und Verdichter sind thermisch isoliert.) Punkt t in C p in bar h in kj/kg Anmerkung 0 Verdampferaustritt, K überhitzt Verdichtereintritt korr korrigierter Zustandspunkt 0 00 Verdichteraustritt 0 Gaskühleraustritt Expansionsventileintritt Verdampfereintritt. Eintragung der Zustandspunkte in das lg p,h Diagramm und Vervollständigung der t,p,h-tabelle.. Punkt ist falsch gemessen. Welche Zustandspunkt korr ist richtig? Im Folgenden mit korr weiterrechnen!. Verdichtergütegrad.. Kälteleistungszahl.. Würde sich die Kälteleistungszahl verbessern, wenn der Hochdruck auf 0 bar erhöht würde?. Was ist R7 und was ist bei der Verwendung dieses Stoffes zu beachten?. Aufgabe, Punkte Was bedeuten die Bezeichnungen Kühlgrenzabstand und Kühlzonenbreite?. Aufgabe, Punkte Welche Energieströme werden bei der Gasmotorwämepumpe genutzt? Welche Reihenfolge der Durchströmung der einzelnen Wärmeübertrager mit dem zu erwärmenden Wasser ist zweckmäßig (kurze Begründung)? 9