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Kältetechnik

DefinitionKältetechnik

Kälte ist ein im Vergleich zum Umfeld niedrigeres Temperaturniveau. Um ein Objekt zu kühlen ist es daher notwendig, die vorhandene Wärmeenergie an der zu kühlenden Stelle abzuführen. Dies geschieht, indem Wärme am Verdampfer aufgenommen und am Verflüssiger wieder abgegeben wird. Dabei fallen große Mengen an Abwärme an, die für ein effizientes Energiemanagementsystem genutzt werden können.

Hauptkomponenten im Kältekreislauf

Verdichter

Verdichter nehmen den antreibenden Part im Kältekreislauf ein. Sie sind Arbeitsmaschinen, die die Aufgabe haben, das Fluid zu fördern und auf ein höheres Druckniveau zu bringen.

Hierbei werden grundsätzlich die Ausführung (z.B. Kolben-, Schrauben-, Scrollverdichter) und die Bauart (hermetisch, halbhermetisch, offen) unterschieden.

Verdampfer

Verdampfer sind die Komponenten im System, an denen der eigentliche Kühlvorgang stattfindet. In ihnen wird während des Kaltdampfprozesses die Wärmeenergie aufgenommen.

Die Verdampfungstemperatur eines Kältemittels kann den gewünschten Umständen angepasst werden, indem der Druck am Drosselorgan geändert wird. Ein Gebläse lässt die Luft mit Raumtemperatur durch den Verdampfer strömen, wobei die Wärmeabgabe an das Kältemittel über den Wärmetauscher stattfindet. Anschließend wird die gekühlte Luft wieder hinausgeblasen.

Verflüssiger

Im Verflüssiger wird dieser Prozess nun wieder umgedreht. Das gasförmige Fluid wird im Verdichter so hoch verdichtet, dass es am Verflüssiger durch die durchströmende kalte Luft kondensiert und die Wärmeenergie wieder abgibt.

Expansionsventile

An ihnen wird durch Drosselung (lokale Verjüngung des Strömungsquerschnitts) der Druck des anströmenden Fluids herabgesetzt und die Verdampfung unter Volumenzunahme eingeleitet.

Kühlverfahren

Direkte Kühlung

Bei der direkten Kühlung findet der Wärmetransport direkt über das Kältemittel vom Verdampfer zum Verflüssiger statt.

Indirekte Kühlung

Bei der indirekten Kühlung wird dem Kältemittelnetz ein zweiter Kreislauf hinzugeschaltet. Das Kältemittel kann nun lokal arbeiten, während der Wärmetransport über einen anderen Kälteträger stattfindet.

Optimierungsmöglichkeiten und Potenziale

Für die Kälteanlage ergeben sich vor allem durch technische Neuerungen viele Stellen, an denen Einsparpotenziale oder Optimierungsmöglichkeiten vorliegen. Beispiele dafür sind:

Regler

Kälteanlagen wurden in der Vergangenheit meistens nur auf einen effizienten Volllastbetrieb ausgelegt. Da die Anlagen allerdings die meiste Zeit des Jahres im Teillastbetrieb arbeiten, muss dieser besonders berücksichtigt werden. Elektronische Ventile, die mit einer Verdampferfüllstands- und Kühlstellentemperaturregelung für eine bessere Befüllung, höchstmögliche Verdampfungsdrücke und eine Kontrollfunktion sorgen, stellen eine Weiterentwicklung dar.

Economiser

Um einen höheren Wirkungsgrad bei Rotationsverdichtern zu erzielen, kann dem Kältekreislauf ein Economiser zugeschaltet werden. Dies kann zum einen bei einem Unterkühlungskreislauf sein, bei dem zur Flüssigkeitsunterkühlung ein Teilstrom aus dem vom Verflüssiger kommenden Kältemittel entnommen wird. Zum anderen wird vor allem im industriellen Bereich Economiser in der Bauart eines Mitteldrucksammlers mit Schwimmerventil eingesetzt. Dieser arbeitet durch einen direkten Wärmeaustausch und somit thermodynamisch günstiger.

Wärmerückgewinnung

Die Abwärme einer Kälteanlage kann genutzt werden, um den Energiebedarf an anderer Stelle zu senken. Das aus dem Verdichter austretende Kältemittel weist mit ca. 30 bis 100°C die höchsten Temperaturen im Kältekreislauf auf. Über einen Wärmetauscher kann die Wärme z.B. zum Erhitzen des Warmwassers genutzt werden. Da so gleichzeitig der Energieverbrauch zum Kühlen des Kältemittels am Verflüssiger gesenkt werden kann, ist hier ein hohes Einsparpotenzial gegeben.

Wärmepumpen

Wärmepumpen stellen einen umgekehrten Kälteprozess dar. Sie nutzen die Wärme der Umgebung, um die gewünschten Räume zu heizen.

 

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