Wärmepumpe und Klimaanlage (Wärmetauscher)

  • Jede Klimaanlage, jeder Wärmepumpe und zum Schluss auch der Kühlschrank daheim basieren auf den drei Aggregatzuständen. Mit deren Hilfe ist es möglich Energie in Form von Wärme zu sammeln und an einen Punkt zu konzentrieren. Je nachdem was der Zweck sein soll, um die Wärme weg zu schaffen (Klimaanlage) oder sie gezielt für etwas zu bündeln (Wärmepumpe). Der Unterschied hierbei ist praktisch nur, in welche Richtung man das System laufen lässt.


    Um Wärme "einsammeln" zu können, muss man das Klimagas im Kreislauf auf eine entsprechende Temperatur bringen. Sodass es einen Temperaturunterschied zwischen dem Klimagas und der Außenluft gibt. Um Wärme aufzunehmen, muss man es besonders runter kühlen. Das schafft man, indem man den Druck senkt, sodass es sich ausdehnen kann. Klingt kontraproduktiv gegenüber dem, was man in der Natur sieht und das ist auch das Ziel des Spiels.


    In der folgenden Grafik beginnt der Kreislauf links mit dem Lüfter und Verdampfer. Das unterkühlte Klimagas wird links in ihm von der Außenluft erhitzt und strömt dann weiter Richtung Pumpe oben. Von ihr wird es dann komprimiert, sodass möglichst viel Klimagas auf wenig Raum ist, sodass die Temperatur noch weiter steigt.


    Wärmetauscher DE


    Diese gestiegene Temperatur kann dann mit dem Lüfter rechts im Kondensator dem Klimagas entzogen und abgeführt werden. Damit die Drücke rechts und links unterschiedlich sind und dieses Prinzip funktioniert, braucht man unten noch ein Expansionsventil. Zusammen mit seiner Sensorbirne öffnet und schließt es nur sporadisch den Kreislauf, sodass das abgekühlte Klimagas wieder vom Verdampfer aufgeheizt werden kann und der Kreislauf geschlossen ist.


    Klimaanlagen nutzen das Prinzip mit der warmen Seite außerhalb des Autos und der kalten innerhalb des Autos. Kühlschränke ebenfalls. Auf diese Weise kann man die Wärme des Innenraums nach außen befördern.


    Wärmepumpen nutzen das Prinzip spiegelverkehrt. Hier ist die warme Seite innerhalb des Autos und die kalte Seite außerhalb. Sie haben den Vorteil, dass man auf diese Weise deutlich effizienter heizen kann als wenn man den Strom direkt in Wärme umwandeln würde. Da man die Wärme der Umgebungsluft entzieht und auf den gewünschten Punkt konzentriert. Sodass sie 2-3. effizienter sind als klassische Elektroheizungen.

    Weil sie aber der Außenluft die Energie entziehen, funktionieren sie nicht beliebig bei jeder Kälte. Unter - 20 °C kommen handelsübliche Wärmepumpen an Ihre Grenzen und man muss auf eine konventionellen Elektroheizung wechseln um auf die gewünschten 22 °C zu kommen. Darum haben Elektroautos mit Wärmepumpe dennoch eine PTC-Heizelement verbaut.



    Wärmepumpen- und Klimaanlagen-Kombination


    In Elektroautos kostet es dennoch extra, wenn man eine Wärmepumpe haben möchte. In manchen ist sie sogar nichtmal gegen Aufpreis verfügbar. Dabei muss man doch nur die Pumpe der Klimaanlage rückwärts laufen lassen?


    Ganz so einfach ist es leider nicht.

    Beispielsweise die Pumpe im smart electric drive der dritten Generation funktioniert die Pumpe (Klimakompressor genannt) nur in eine Richtung. In die andere Richtung drehend kann sein Klimakompressor keinen Druck aufbauen. Dazu müsste der Klimakompressor etwas aufwändiger aufgebaut sein. Außerdem funktionieren Expansionsventile nur in eine Richtung.


    Offener Klimakompressor


    Aufpreis zahlt man für die Wärmepumpe, weil zusätzliche Wegeventile benötigt werden. Diese schalten dann den Kreislauf so um, dass Kondensator und Verdampfer ihre Rollen tauschen, aber beispielsweise die Pumpe (Klimakompressor genannt) im smart electric drive der dritten Generation funktioniert nur in eine Richtung. In die andere Richtung drehend kann sein Klimakompressor keinen Druck aufbauen. Dazu müsste der Klimakompressor etwas aufwändiger aufgebaut sein. Außerdem funktionieren Expansionsventile nur in eine Richtung.


    Luft-Luft, Luft-Wasser und was es da für tolle Begriffe gibt


    Wenn man zudem noch besonders spezifisch werden möchte, dann gibt man an, woher beispielsweise die Wärmepumpe Ihre Wärme bezieht und an was sie diese dann abgibt. Das beschreibt dann lediglich die Frage, womit der Verdampfer und Kondensator umspült werden. Ob Luft, Wasser oder ein anderes Medium. Das wird beispielsweise bei Häusern spannend, wenn man statt der Außenluft, Erdwärme nutzen möchte. Oder auch wenn man damit Wasser aufheizen möchte.

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