Oppgaver og aktiviteter

Forsøk: Varmefaktor i ei varmepumpe

I denne øvelsen skal dere bruke ei demonstrasjonsvarmepumpe som henter varme fra et begerglass med vann og avgir varmen til et annet begerglass med vann.

Fire gutter undersøker en varmepumpemodell. Foto.

Utstyr

CC BY-SA
Bilde: Thomas Bedin
demonstrasjonsvarmepumpe
2 store begerglass
2 termometre
energimåler (rimelige utgaver fås kjøpt i butikker som selger hobbyelektronikk)
2 magnetrørere

Framgangsmåte

Gjør dere kjent med varmepumpa. Vær sikker på at dere finner igjen de forskjellige komponentene i varmepumpekretsen.
Vei begerglassene og noter massene i måleskjemaet på siste side.
Fyll begerglassene med passe mengde vann. Vannet skal dekke spiralene, men samtidig skal ikke begerglassene bli helt fulle.
Vei begerglassene med vann og noter massene.
Sett begerglassene på plass under spiralene.
Sett magnetrørere under begerglassene.
Mål temperaturen i begge begerglassene.
Start varmepumpa samtidig som dere starter stoppeklokka.
Start magnetrørerne.
For hvert minutt i 5 minutter noterer dere: Temperatur i begge begerglassene og elektrisk effekt (W) som brukes av kompressoren.
Stopp varmepumpa etter 5 minutter.

Resultater og målinger

målinger før start
Målinger	Kondensator (innedelen)	Fordamper (utedelen)
Massen til begerglasset	kg	kg
Masse til begerglass med vann	kg	kg
Massen til kun vannet	kg	kg
Starttemperatur	^oC	^oC

Temperatur i vannet
Tid etter start	Temperatur (^oC) ved kondensator	Temperatur (^oC) ved fordamper
1 minutt
2 minutter
3 minutter
4 minutter
5 minutter
Endring

Effekt tilført kompressoren
Tid etter start	Effekt (W)
1 minutt
2 minutter
3 minutter
4 minutter
5 minutter
Gjennomsnitt

Beregninger

Hvor mye varme er tilført vannet på kondensatorsiden?
Sett inn massen til vannet og temperaturendringen på kondensatorsiden i dette uttrykket, og regn ut hvor mye energi som ble tilført vannet:
$E n e r g i t i l f ø r t v a n n e t = 4, 18 \frac{k J}{k g \cdot ° C} \cdot____k g \cdot______° C$
Hvor mye elektrisk energi brukte kompressoren?
Sett inn effekten som kompressoren har tilført vannet, i dette utrykket. Regn ut hvor mye energi kompressoren har forbrukt: $E n e r g i f o r b r u k t a v k o m p r e s s o r e n =____\frac{J}{s} (W) \cdot 5 \cdot 60 s =___J =_____k J$
Hva er varmefaktoren for denne varmepumpa? Regn ut varmefaktoren til varmepumpa ved å bruke svarene fra punkt 1 og 2 over: $V a r m e f a k t o r = \frac{E n e r g i t i l f ø r t v a n n e t}{E n e r g i f o r b r u k t a v k o m p r e s s o r} = \frac{_______k J}{_______k J} =______$

Konklusjon og diskusjon

Varmefaktoren (COP) i varmepumper vi har hjemme, er gjerne mellom 3 og 5. Sammenlign dette med varmefaktoren for denne demonstrasjonsmodellen.
Diskuter mulige forklaringer på eventuelle forskjeller.
Hvilke forbedringer kan vi gjøre på demonstrasjons-varmepumpa?
Gjenta nye målinger etter at dere har gjort forbedringer på varmepumpa. Hvor stort utslag ga tiltakene?

CC BY-SASkrevet av Ole Mathis Opstad Kruse og Thomas Bedin. Rettighetshaver: Norges miljø- og biovitenskapelige universitet (NMBU)

Sist faglig oppdatert 08.06.2021