Klimatisierung, Kältetechnik und Wärmepumpen

Das geplante Modul richtet sich an zukünftige Ingenieure, die im Bausektor tätig sein werden. Hierzu soll an unserer TUM eine bestehende Lücke in der Ausbildung von Architekten, Bau- und Maschinenbauingenieuren geschlossen werden: die immer wichtiger werdende Klima- und Kältetechnik mit dem Sonderbereich Wärmepumpen.
Die Absolventen werden in der Lage sein, eine Raumlufttechnische(RLT)-Anlage samt Kältetechnischen Komponenten und Wärmepumpenanlagen für einen konkreten Anwendungsfall zu entwerfen und für deren Auslegung eine Grobberechnung durchzuführen.

Motiviert durch den rapide wachsenden Markt für Klima- und Kältetechnik sowie aktuell durch das geplante GebäudeEnergieGesetz (GEG) des Bundes wird das neue Modul wichtige Einblicke in die thermodynamischen Grundlagen, die Planung und den Betrieb von Klima- und Kälteanlagen geben. Dabei sind vor allem Wärmepumpen in der aktuellen Diskussion, weshalb sie in der Vorlesung einen besonderen Stellenwert erfahren. Das wichtigste Lernziel des Moduls ist der Erwerb von fundiertem Grundwissen zur Auslegung und Anwendung verschiedener Klima- und Kältesysteme sowie von Wärmepumpen.

Von den Grundlagen der Gas-Dampfgemische (feuchte Luft) soll über die Klimatechnik eine Brücke zu verschiedenen Aspekten der Kälte- und Wärmepumpentechnik geschlagen werden. Die fachlichen Inhalte gliedern sich wie folgt:

0 Einführung in die Klima- und Kältetechnik
1 Gas-Dampfgemische: Feuchte Luft
1.1 Thermodynamische Grundlagen
1.1.1 Grundlagen und Definitionen
1.1.2 Das Konzept der Dampfdrücke
1.1.3 Feuchtemaße
1.2 Thermodynamische Zustandsgrößen der feuchten Luft
1.2.1 p-v-T Verhalten
1.2.2 Enthalpie
1.3 Das Mollier-h-x-Diagramm
1.4 Konditionierung feuchter Luft im h-x-Diagramm
1.4.1 Sättigung, Taupunkt und Feuchtkugeltemperatur
1.4.2 Prozessschritte bei der Klimatisierung
1.4.3 Die Kühlgrenztemperatur
1.4.4 Wärme- und Feuchterückgewinnung
2 Aufbau und Betrieb von Klimaanlagen
2.1 Zentrale Klimaanlagen
2.2 Splitgeräte und mobile Einheiten
3 Einführung in die Kältetechnik und in Wärmepumpen
3.1 Grundlagen und Definitionen
3.2 Überblick über Kälte- und Wärmepumpenprozesse
4 Kompressionskälte- bzw. Wärmepumpenkreisläufe
4.1 Grundlagen
4.1.1 Thermodynamische Grundlagen
4.1.2 Kältemittel, ihre Eignung und Umweltverträglichkeit
4.1.3 Kältetechnische Schaubilder: T-s- und log p-h-Diagramme
4.2 Eigenschaften der Kompressionskältekreisläufe
4.2.1 Standardkreisläufe: R134a, R290 und ähnliche
4.2.2 Alternative Kreisläufe: NH3, CO2 und Wasser
4.3 Kältetechnische Komponenten
4.3.1 Kompressoren: Bauarten, Betrieb und Schmierung
4.3.2 Andere Komponenten: Wärmetauscher, Expansionsorgane etc.
5 Sorptionsgestützte Kälteanlagen und Wärmepumpen
5.1 Thermodynamische Grundlagen 
5.2 Absorptionsprozesse
5.2.1 Aufbau und Betrieb
5.2.2 Das h-xi-Diagramm
5.2.3 Gebräuchliche Kälte- und Lösungsmittel
5.3 Adsorptionsprozesse
5.3.1 Aufbau und Betrieb
5.3.2 Gebräuchliche Kältemittel und Sorbenzien
6 Alternative Technologien
6.1 Solar betriebene Wärmepumpen und Kälteanlagen
6.1.1 Einführung
6.1.2 Solar betriebene Kompressionsprozesse
6.1.3 Solar betriebene Sorptionsprozesse
6.2 Verdunstungskühlung

Thermodynamik, Wärmetransportphänomene (alternativ: Wärme- und Stoffübertragung)
Für Studierende aus dem Bauingenieurwesen oder der Architektur werden die thermodynamischen Grundlagen in einer Zusatzübung eingeführt.

5 ECTS Credits:
Arbeitsaufwand: 135 Stunden
Vorlesung/Übung: 45 Stunden
Selbststudium: 90 Stunden

Schriftliche Prüfung, Dauer: 90 Minuten.
1.Teil: 45 Minuten Kurzfragen – keine Hilfsmittel
2.Teil: 45 Minuten Berechnungsteil – Hilfsmittel: Formelsammlung und Taschenrechner

(1) Veith, H.; Schmidt, D.: Grundkurs Kältetechnik, VDE 2021, ISBN 978-3-8007-5240-9
(2) Casties, M.; Boiting, B.: Handbuch der Klimatechnik, VDE 2022, ISBN 978-3-8007-5526-4
(3) Baumgarth, S.; Hörner, B.: Handbuch der Klimatechnik, C.F. Müller Verlag, 2000, ISBN 978-3-7880-7577-4