Wärme & Kälte

Allgemeines über Wärme und Kälte:

Zur Kälteerzeugung werden Kältemaschinen eingesetzt. Eigentlich ist der Begriff der Kälteerzeugung beziehungsweise der der Kältemaschine nicht korrekt, da es den Begriff der Kälte physikalisch nicht gibt. Ab dem absoluten Nullpunkt von –273,15 °C (kältere Temperaturen existieren nicht) ist bereits Wärme vorhanden.

Um zu kühlen, muss man also vorhandene Wärme dort wegnehmen, wo man es kälter haben will. Da Energie aber nicht verschwinden kann, muss diese entzogene Wärmemenge bei entsprechend höherer Temperatur wieder an ein Kühlmedium abgegeben werden. Die Wärme muss also von einem niedrigen auf ein höheres Temperaturniveau gepumpt werden. Zu diesem Zweck werden Kälteanlagen eingesetzt.

Liegt der Nutzen dieser Anlagen nur in der erzeugten Kälte, so spricht man von Kältesätzen. Wird die bei der Kälteerzeugung anfallende Abwärme zusätzlich auch noch genutzt, so spricht man von Wärmepumpen. Es handelt sich hierbei prinzipiell um dieselben Anlagen, nur dass bei den Wärmepumpen die eingesetzte Energie wesentlich besser ausgenutzt wird.

Der Prozess der Kälteerzeugung funktioniert vereinfacht folgendermaßen:

Ein umlaufendes Kältemittel wird in einem Expansionsventil entspannt, wobei es seinen Zustand vom flüssigen in den gasförmigen ändert. Bei diesem Vorgang sinkt die Temperatur des Kältemittels (Beispiel: Spraydose, Gasflasche …) und es kann im Verdampfer Wärme aufnehmen. Das heißt: die Umgebung des Verdampfers wird gekühlt. Danach wird es im Verdichter, mit Hilfe einer Pumpe, wieder komprimiert. Hierbei steigt die Temperatur des Kältemittels an. Während es im Verflüssiger Wärme an die Umgebung abgibt wechselt das Kältemittel wieder vom gasförmigen in den flüssigen Zustand und der Kreisprozess kann von vorne beginnen.

Prinzipskizze des Kälteprozesses

Energiebilanz des Kälteprozesses:

Innerhalb dieses Prozesses wird Wärme bzw. Energie sowohl zum Betrieb des Verdampfers als auch des Verdichters aufgenommen (üblicherweise in Form von Elektrizität). Abgegeben wird die Wärme im Bereich der Verflüssiger. Vernachlässigt man entstehende Verluste, so ergibt sich folgende vereinfachte Wärmebilanz des Kälteprozesses: Die Wärmeleistung ist gleich der Kälteleistung zuzüglich der zugeführten Pumpenleistung.

Besteht die Notwendigkeit der Kühlung und zusätzlich die Möglichkeit, mit der bei der Kälteerzeugung anfallenden Abwärme etwas Sinnvolles anzufangen, so ist ersichtlich, dass es sich beim Wärmepumpenprozess um einen energetisch äußerst ökonomischen Prozess handelt.

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