SJf_Wettbewerbs_Broschüre_2007 - Die Goldene Sonne am Calanda

Physik / Technik
Kühlen durch Wärme Weyde Lin
4143 Dornach
1986
Eine Klimaanlage ist heute bei fast allen Fahrzeugen Standard. Doch die angenehm kühlen
Fahrgastzellen, selbst bei heissestem Sommerwetter, haben ihren Preis: Nach Messungen des
Kassensturzes (Sendung vom 13.06.2006) liegt der Mehrverbrauch an Benzin zwischen 1.8 und
3.7 Litern pro 100 Kilometer. Dies belastet einerseits die Umwelt, übt aber bei den stetig
steigenden Treibstoffpreisen auch vermehrt Druck auf das Portemonnaie aus. Dabei sind
Verbrennungsmotoren ineffizient, nur gerade 15 bis 20 Prozent der Energie, die ein Motor
erzeugt, dienen der Fortbewegung, der Rest wird als Abwärme an die Umwelt abgegeben.
Lediglich im Winter wird ein kleiner Teil dieser Wärme zum Heizen eingesetzt. Dabei liesse sich
die Abwärme auch im Sommer nutzen. Mit Hilfe der Absorptionskältetechnologie lässt sich das
Prinzip „Kühlen durch Wärme“ realisieren. Die Absorptionskältemaschine ist eine Kältemaschine,
die im Gegensatz zur Kompressionskältemaschine nicht mit Bewegungsenergie, sondern mit
Wärme betrieben wird.
Absorptionskältemaschinen existieren schon seit den 1920er-Jahren, konnten aber aufgrund des
günstigen Strompreises auf dem Markt nicht gegen die elektrisch betriebenen Kompressorkühlschränke
bestehen. Einzig in der Entwicklungshilfe, wo sie unabhängig von der lokalen
Stromversorgung mit Kerosin betrieben werden können und in Hotels, wo sie für ihren lautlosen
Betrieb geschätzt werden, fristet die Technologie seit Jahrzehnten ein Nischendasein. Erst in
den letzten zehn Jahren erlebten sie dank solarem Kühlen und Kühlen mit Fernwärme wieder
eine Renaissance.
Diese Arbeit befasst sich mit der Fragestellung, ob es möglich ist, ein Fahrzeug ohne zusätzlichen
Energieaufwand und nur unter Nutzung der vorhandenen Abwärme zu kühlen. Im ersten
Teil der Arbeit werden die Theorie der Absorptionskältetechnologie und die technischen
Grundlagen erläutert. Die Beschreibung von drei Versuchen dient der Veranschaulichung des
Vorgangs des Absorbierens und zeigt die Faktoren auf, von welchen das Absorptionsvermögen
abhängig ist.
Im weiteren Verlauf der Arbeit wird dargestellt, wie man eine Absorptionskältemaschine in ein
Fahrzeug einbauen könnte und welche Punkte es dabei zu beachten gilt. So muss man sich
zwischen zwei Stoffpaaren, die für den Betrieb einer Absorptionskältemaschine in Frage
kommen, entscheiden: Zum einen ist dies Ammoniak-Wasser, zum anderen Wasser-Lithiumbromid.
Beide haben ihre Vor- und Nachteile, und es muss sorgfältig überlegt werden, welche Stoffkombination
man verwendet, denn die Wahl der Werkstoffe ist direkt davon abhängig. So
korrodieren beispielsweise Kupfer und Kupferlegierungen unter Anwesenheit des aggressiven
Ammoniaks.
Obwohl in Theorie und Praxis seit mehr als 80 Jahren bewiesen ist, dass sich die Absorptionskältetechnologie
wirtschaftlich für viele Zwecke im privaten wie auch im industriellen Bereich
nutzen lässt, werden beim Einbau in ein Fahrzeug verschiedene neue Probleme zu lösen sein.
Diese Arbeit versucht aber nicht nur die möglichen Probleme aufzulisten, sondern auch
Lösungsvorschläge zu machen, um abwägen zu können, wie realistisch der Einbau einer
abwärmebetriebenen Absorptionskältemaschine in ein Fahrzeug ist. Diese Erkenntnisse lassen
den Schluss zu, dass sich eine Absorptionskältemaschine in einem Fahrzeug durchaus
realisieren lässt.
Gymnasium Münchenstein Basel
Würdigung
Weyde Lin hat sich sehr selbstständig
mit einer sehr sinnvollen und äusserst berechtigten
Frage auseinandergesetzt:
Warum ersetzt man nicht die benzinfressenden
Klimaanlagen durch solche, die
praktisch keine Zusatzenergie brauchen?
Mit viel Engagement hat er den zentralen
Prozess von Absorptionskühlanlagen,
die Lösung von gasförmigem NH 3 in
H 2 O, gleich selbst durchgeführt und ausgemessen.
Er hat die wesentlichen Fragen
überlegt, die bei einer mobilen Anwendung
dieser Kühltechnik auftreten
würden und hat schliesslich eine solche
Anlage skizziert.
Prädikat
Sehr gut
Experte
Dr. Fritz Gassmann
Paul Scherrer Institut Villigen
Sonderanerkennung
Metrohm Stiftung Herisau
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