Kältekreislauf

Kältekreislauf ist ein thermodynamischer Zyklus, der Wärme aus einem kalten Bereich auf einen wärmeren Bereich überträgt, indem ein Arbeitsmedium Druck- und Phasenänderungen durchläuft, oft in geschlossener Schleife. Der am häufigsten eingesetzte Typ ist der Dampfkompressionskältekreislauf. Typische Komponenten sind Verdampfer, Verdichter, Kondensator und Expansionsventil, sowie das Kältemittel.

Funktionsweise: Im Verdampfer entzieht das Kältemittel dem zu kühlenden Raum Wärme und verdampft bei niedrigem Druck. Das gasförmige Kältemittel wird im Kompressor auf hohen Druck und hohe Temperatur verdichtet. Im Kondensator gibt es die Wärme an die Umgebung ab und kondensiert zu Flüssigkeit. Durch das Expansionsventil sinkt der Druck der Flüssigkeit, wodurch sie sich teilweise entspannt und abkühlt, bevor sie in den Verdampfer zurückkehrt, wo der Zyklus erneut beginnt.

Leistungsgröße: Die Effizienz wird durch den COP beschrieben, der das Verhältnis der nutzbaren Wärmeabgabe zur zugeführten Arbeit angibt. Oberflächen- und Umgebungsbedingungen beeinflussen COP stark.

Varianten: Abwandlungen umfassen Absorptionskältekreisläufe, die Wärme- oder Hitzequelle statt einer mechanischen Pumpe nutzen, sowie mehrstufige oder Cascade-Kälteanlagen für tiefere Temperaturen. Kältemittel variieren je nach Anwendung; ältere Substanzen wie FCKWs/HFKWs werden zunehmend ersetzt. Moderne Systeme setzen auf natürliche oder klimatfreundlichere Stoffe wie CO2 (R744), Ammoniak (R717) oder bestimmte Kohlenwasserstoffe, jeweils mit eigenen sicherheits- und umwelttechnischen Merkmalen.

Anwendungsbereiche: Haushaltskühlung und Gebäudeklimatisierung, industrielle Prozesskühlung sowie die Verflüssigung von Gasen.