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Erklärung der Begriffe Kälteerzeugung / Kältemaschine

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Für die Erklärung der Funktionsweise einer Kältemaschine, einer Wärmepumpe oder eines Kühlschrankes siehe Dokument Vereinfachte Darstellung Kältekreislauf.

 

Begriff Kältemaschine ("Kälte kann nicht erzeugt werden")
Der Begriff Kältemaschine ist eigentlich falsch, denn keine Maschine kann Kälte erzeugen, da es physikalisch gesehen keine Kälte gibt. Die Physik definiert Wärme als einen molekularen Bewegungszustand der Materie, der erst am absoluten Nullpunkt -  bei T=0 K bzw. t= -273,15 °C  - aufhört. Am absoluten Nullpunkt wird alle Materie zum festen Körper, bei allen darüberliegenden Temperaturen ist bereits Wärme vorhanden. Um zu kühlen, muss man also vorhandene Wärmeenergie dort wegnehmen, wo man es kälter haben will.

Da aber Energie nicht verschwinden kann, muss diese entzogene Wärmeenergie bei entsprechend höherer Temperatur wieder an ein verfügbares Kühlmedium abgegeben werden. Die Wärmemenge muss also vom niedrigen Temperaturniveau des gewünschten Wärmeentzugs auf ein höheres Temperaturniveau für die Wärmeabgabe "hochgepumpt" werden. Dies geht nach dem zweiten Hauptsatz der Wärmelehre nur mit einem Energieaufwand für die "Pumpe".

 

Wann ist es eine Kältemaschine, wann eine Wärmepumpe?
Eine Anlage, die einen derartigen thermodynamischen Kreisprozess durchführt, nennt man, je nach dem gewünschten Nutzeffekt:

Kältesatz, Kälteanlage, Kältemaschine
Wenn die bei der niedrigen Temperatur entzogene Wärmemenge, die Kälteleistung Q0 , der gewünschte Nutzen ist.

Wärmepumpe
Wenn die bei der höheren Temperatur abgegebene Wärmemenge, die Wärmeabgabe QC , der gewünschte Nutzen ist, bzw. auch, wenn beide Wärmemengen ganz oder teilweise Nutzleistung sind.

 

Da sich Kältemaschinen und Wärmepumpen in ihrem prinzipiellen Aufbau gleichen, haben beide Varianten die gleichen Grundlagen und beruhen auf den gleichen Verfahren der Kälteerzeugung.

 

Verfahren zur Kälteerzeugung
Zur Realisierung eines derartigen thermodynamischen Kreisprozesses gibt es verschiedene Verfahren, die auf unterschiedlichen physikalischen Vorgängen beruhen. Die gebräuchlichsten sind:


- Kompressionskälteprozesse
   (unter Zufuhr mechanischer Energie):

  • Kaltdampfkälteprozess mit Kältemitteln, die bei den Arbeitstemperaturen den Aggregatzustand zwischen Dampfphase und Flüssigkeitsphase ändern.
  • Kaltluftkälteprozess mit Luft als Kältemittel, ohne Aggregatszustandsänderung.
  • Dampfstrahlkälteprozess z. B. mit Wasserdampf als Treibmittel und Wasser als Kältemittel.


- Sorptionskälteprozesse
   (unter Zufuhr von Wärme-Energie):

  • Absorptionskälteprozess, wobei das Kältemittel in einem Lösemittelkreislauf von niedrigem auf hohes Temperaturniveau gehoben und durch Wärmezufuhr wieder für den Kälteprozess freigesetzt wird.
  • Adsorptionskälteprozess, wobei das Kältemittel an einen festen Stoff angelagert und periodisch durch Wärmezufuhr wieder freigesetzt wird. Durch zwei parallel und wechselweise betriebene Anlagen wird ein quasi-stetiger Kühlprozess erreicht.


- Thermoelektrischer Kälteprozess
   (unter Zufuhr elektrischer Energie)

  • Auch als Peltier-Kälteprozess bezeichnet.

 

 

Bei den Verfahren zur Kälteerzeugung (in der Lüftungs-, Klima- und Kältetechnik) und auch bei den Wärmepumpen hat der Kaltdampf-Kompressions-Kälteprozess die grösste Bedeutung.

 

 

Quellenangabe: Recknagel [1.11, Kap. 5.2, Seite 1766]

 

Weitere Informationen

->

Fachausdrücke können Sie im Lexikon nachschlagen.

->

Hinweise zu Lieferanten in der Energie- und Gebäudetechnik erhalten Sie im Lieferantenverzeichnis. (z.B. Dolder Wärmetechnik AG für Wärmepumpen)

-> Links zu Themen der Energie- und Gebäudetechnik (z.B. zum Thema Wärmepumpen) siehe Links.
-> Planung von Kälte- und Energieanlagen oder Abwärmenutzungsanlagen siehe Dienstleistungen.

 

 

Dieser Artikel über die Kälteerzeugung ist ein Service für die Kunden des Ingenieurbüro Dolder und die Besucher der Webseite www.dolder-ing.ch.

Das Ingenieurbüro Dolder bietet im Bereich der Energie- und Gebäudetechnik folgende Dienstleistungen an: Gesamtkonzepte, Gebäudetechnik-, HLK-, TGA-, HVAC- und Energieanlagenplanungen, Gebäudeautomation, Analysen, Messungen, Expertisen, Anlagenoptimierungen und Energieoptimierungen, Dokumentationen, Informations- und Wissensmanagement, Entwicklungen, Schulungen.

Weitere Informationen zum Ingenieurbüro Dolder siehe Unternehmen, Dienstleistungen und Projekte.

 

 

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