Abwärmeenergie eines Kühlschrankes - Wirkungsgrad des Kompressors?

Messobjekt - (Physik, Energie, Kühlschrank)

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Das Problem, bei einer Wärmepumpe einen sinnvollen Wirkungsgrad zu definieren, ist bekannt.

Die Schwierigkeit liegt darin, dass auf der einen Seite entropiearme Energie in Form von Exergie aufgewendet werden muss, auf der anderen Seite entropiereiche Abwärme in Form von Anergie transportiert wird.

Sinnvoll ist es nur, ausschließlich die Exergie zu betrachten und einen exergetischen Wirkungsgrad zu definieren, der den tatsächlichen Kreisprozess mit einem gedachten reversiblen, also idealen Kreisprozess vergleicht.

Der reversible Exergiestrom berechnet sich zu:

P(rev) = E-punkt (Q) = (1 - T(u) / T) x Q-punkt

Die tatsächlich zugeführte Exergie P entspricht dem elektrischen Verbrauch der Wärmepumpe.

Der exergetische Wirkungsgrad Zeta berechnet sich dann zu

Zeta = P(rev) / P

und beträgt in praktisch ausgeführten Anlagen selten mehr als 0,45.

Alternativ könntest du den Kühlschrank auch mit Wasser füllen und die Zeit messen, die das Wasser zum Gefrieren braucht (Zeit, ab wo das Wasser 0°C hat, bis Zeit, wo die Temperatur wieder fällt). Mit der spezifischen Wärmekapazität des Wassers kannst du dann ausrechnen, welche Energie ihm entnommen worden ist.

Entweder nimmst du an, dass die Isolierung des Kühlschrankes gut genug ist, so dass die Verluste vernachlässigbar sind, oder du misst die Zeit, die das Wasser bei abgeschaltetem Kühlschrank zum Auftauen braucht.

Die abgegebene Wärmeenergie ist dann die dem Wasser entzogene Wärmeenergie plus die dem Motor zugeführte Energie. (Bzw. bei als nicht-ideal angenommener Isolierung

Nutzbare abgegebene Wärmeenergie

= dem Wasser entzogene Wärmeenergie

+ dem Motor zugeführte Energie

- durch die Isolierung verlorene Energie

)

Vermutlich ist es einfacher, Wasser von z. B. 20°C auf 5°C abzukühlen statt es gefrieren zu lassen.

Dann wird es aber etwas schwieriger, die Wärmeleitfähigkeit der Isolierung zu bestimmen.

(Die Temperaturmessung im Innern des Kühlschrankes sollte mit einem Fernthermometer kein Problem sein.)

So leid es mir tut, ich mag mich nicht in die Details eindenken.

Denn die Nutzung der Abwärme ist eigentlich nur durch die Unzulänglichkeit des Kühlschranks bedingt. Idealerweise wird die Wärme des Kühlschranks auf der geringsten verfügbaren Umgebungstemperatur abgegeben.

Und wenn die Kühlrippen des Kühlschranks einige Grade wärmer sind als die Umgebung, dann aus dem einzigen Grund, weil die Ventilation mehr Energie erforderte als der geringfügig schlechtere Wirkungsgrad.

Außer, du hast was kälteres. Z.B. Leitungswasser, das mit 10°C aus der Leitung kommt. Das lässt sich natürlich mittels Wärmepumpe auf Duschtemperatur bringen.

Und natürlich spart man Ventilationenergie, wenn man den Kühlschrank mit der Dusche kombiniert. Aber bei modernen Kühlschränken ist der Energieverbrauch so gering, dass es nicht die Diskussionen über den Grund und die hygienischen Aspekte wettmacht, warum dein Kühlschrank im Bad steht.

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