Thermodynamik erleben statt nur berechnen – Wie digitale interaktive Labortechnik die Hochschullehre verändert
Energieeffizienz, Klimaschutz und Nachhaltigkeit zählen heute zu den zentralen Herausforderungen der Ingenieurausbildung. Um Studierende nicht nur theoretisch, sondern auch praktisch an komplexe thermodynamische Prozesse heranzuführen, setzen Hochschulen zunehmend auf innovative Lehr- und Labortechnologien. Ein aktuelles Beispiel zeigt anhand der heatXpump, wie sich Wärmepumpen- und Kältetechnik praxisnah in die Lehre integrieren lässt. In klassischen Thermodynamik-Vorlesungen bleibt der physikalische Prozess oft abstrakt. Durch den Einsatz moderner Messtechnik lässt sich dieser jedoch sichtbar und erlebbar machen: Studierende können reale Kreisprozesse live mitverfolgen, Messwerte analysieren und ihre theoretischen Modelle unmittelbar mit der Praxis abgleichen. Dies stärkt sowohl das Verständnis für grundlegende Prinzipien als auch die Motivation im Studium. Die bereits an mehreren Hochschulen eingesetzte Laboreinheit ermöglicht es, Wärmepumpen- und Kältekreisläufe detailliert zu beobachten. Über Sensorik (Temperatur, Druck, Durchfluss) werden Prozessdaten in Echtzeit erfasst und grafisch visualisiert. Dank Prozessumkehr kann das System sowohl im Heiz- als auch im Kühlbetrieb betrieben werden. So lassen sich COP, EER, Überhitzung und Carnot’scher Kreisprozess praxisnah erforschen.
Umfassende Messwerte: Dank zahlreicher Temperatur-, Druck- und, Flusssensoren sowie Schaugläsern.
Im Labor Thermodynamik der Fachhochschule Wiener Neustadt wurde das System bereits mehrfach getestet. Studierende führen eigenständig Messreihen durch, beobachten Effekte wie die Vereisung des Verdampfers oder Abtauprozesse und vergleichen ihre Ergebnisse mit theoretischen Modellen.
Lehrende berichten von einer höheren Aktivierung der Studierenden, einer besseren Verständnistiefe und einer höheren Eigenständigkeit bei der Problemanalyse. Auch den Lehrkörpern macht dieser interaktive Unterricht mehr Freude auf Grund erhöhter Anteilnahme.
Die Integration dieser Technologien in die technische Lehre unterstützt nicht nur eine praxisnahe Ausbildung, sondern auch die Fachkräftesicherung im Energiebereich. Mit Blick auf Energiewende, Gebäudetechnik und Nachhaltigkeit sind praxisorientierte Kompetenzen für angehende Ingenieurinnen und Ingenieure entscheidend. Interaktive digitale Lehrsysteme ermöglichen einen niederschwelligen Zugang zu komplexen physikalischen Prozessen und schaffen eine Brücke zwischen Theorie und Anwendung.
Durch Ethernet und WLAN lassen sich Systeme leicht in bestehende Lehrstrukturen integrieren und ermöglichen auch eine Anbindung an Gebäudeleittechnik. So wird die Lehre nicht nur praxisnäher, sondern auch zukunftsorientiert und digital anschlussfähig.
Innovative Lehrsysteme zur Wärmepumpen- und Kältetechnik eröffnen neue didaktische Möglichkeiten in Thermodynamik, Gebäudetechnik und Energietechnik. Sie unterstützen Hochschulen dabei, Studierende aktiv in den Lernprozess einzubinden und besser auf die Herausforderungen der Energiewende vorzubereiten.
Durch die interaktive digitale Handhabung gelingt eine unmittelbare Umsetzung der These-Antithese-Synthese Beziehung. Studenten können so ihr Wissen überprüfen und vertiefen.
Die heatXpump wurde von Protovation GmbH zum Serienprodukt entwickelt und ist kommerziell verfügbar. Sie bietet viele weitere Lehrinhalte in den Bereichen Hydraulik, Kältetechnik, Elektrotechnik, Wärmepumpentechnik. So kann die Lehre auf technisch sehr hohem Niveau z.B. durch die Möglichkeit der Überhitzungseinstellung am Expansionsventil oder die Möglichkeit der Beobachtung eines Temperatur-verlaufs durch die Wand mit 3 Messpunkten praktiziert werden. Aber auch auf einem technisch moderateren Niveau z.B. durch Schallbeeinflussung abhängig von der Ventilatorflügelform, gestaltet werden. So lässt sich die heatXpump in diversen Studienrichtungen integrieren.
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Als Ingenieurbüro und Unternehmen entwickelt die Protovation GmbH innovative technische Systeme für Energietechnik, Kreislaufwirtschaft und angewandte Lehre – von der ersten Idee bis zur praxistauglichen Umsetzung. Neben kundenspezifischen Industrieprojekten entstehen bei uns auch Lehr- und Demonstrationssysteme, mit denen technische Prozesse für die Hochschullehre praxisnah vermittelt werden – z. B. unsere Wärmepumpe #heatXpump für Energietechnik oder unser Power-to-X Apparat #coXrr für Kreislaufwirtschaft.
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Dr.techn. Stefan Stadlbauer
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