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Eines der ersten Dinge, die jeder HVAC/R-Schüler lernt, ist, dass Klimaanlagen keine kühle Luft erzeugen.
Alle Kühlsysteme funktionieren durch Wärmeübertragung, indem sie die Wärme von einem bestimmten Bereich in einen anderen verlagern, so dass dieser Bereich abgekühlt und der natürliche Wärmefluss durch Energiezufuhr umgekehrt wird. Die Art und Weise, wie dies geschieht, ist jedoch bei den vier verschiedenen Arten von Kältesystemen unterschiedlich.
Was sind die verschiedenen Arten von Kältesystemen?
Die vier Arten von Kältesystemen haben zwar viele Gemeinsamkeiten, aber ebenso viele Unterschiede. Um Ihnen zu helfen, sich einen Überblick zu verschaffen, haben wir die einzelnen Systeme in einigen Zusammenfassungen aufgeschlüsselt.
Mechanische Kompressionskältesysteme
Die am weitesten verbreitete Methode des Kältekreislaufs ist die mechanische Kompression. Sie wird sowohl in Klimaanlagen als auch in der gewerblichen und industriellen Kühlung eingesetzt.
Wie der Name schon sagt, erfolgt die Wärmeübertragung bei diesen Systemen durch die mechanische Verdichtung des Kältemittels zu einer kalten Flüssigkeit mit niedrigem Druck und dessen Expansion zu einem heißen Gas mit hohem Druck. Kältemittel sind Stoffe, die bei Anwendung oder Wegnahme von Druck in einem breiten Temperaturbereich sieden können.
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Wie alle Flüssigkeiten nehmen sie Wärme auf, wenn sie zu einem Gas sieden, und geben sie ab, wenn sie wieder zu einer Flüssigkeit kondensieren.
Die Grundlagen des Prozesses befassen sich mit dem Transport des Kältemittels von der Niederdruckseite des geschlossenen Systems zur Hochdruckseite. Das flüssige Kältemittel siedet bei 40°F auf der Niederdruckseite und nimmt Wärme aus der warmen Raumluft auf.
Auf der Hochdruckseite des Systems wird die Wärme von dem bei 110°F dampfenden Kältemittel an die kühlere Außenluft abgegeben, und der Prozess wiederholt sich.
Absorptionskälteanlagen
Auch in Absorptionskälteanlagen wird die Wärme durch Verdichtung und Ausdehnung des Kältemittels übertragen.
Diese Anlagen beruhen auf dem Prozess der Absorption und der Wärme anstelle eines elektrisch betriebenen mechanischen Verdichters, um das Kältemittel von der Niederdruckseite zur Hochdruckseite zu bewegen. Im Gegensatz zu mechanischen Kompressionskältesystemen, die in der Regel R-22 und R-410A als Kältemittel verwenden, werden in Absorptionskältesystemen Kältemittel verwendet, die von anderen Stoffen angezogen werden und diese absorbieren.
Zum Beispiel verwenden Kühlanlagen für Wohngebäude oft Ammoniak als Kältemittel und Wasser als Absorptionsmittel. Das Wasser befindet sich in einer Komponente, die Absorber genannt wird, wo es Ammoniak von der Niederdruckseite des Systems ansaugt und Wärme ableitet, während es diese absorbiert. Eine Pumpe leitet die Wasser-Ammoniak-Lösung zu einem Generator, der sie kocht und das Ammoniak vom Wasser trennt, bevor es auf die Hochdruckseite geleitet wird.
Neben dem Absorptionsprozess wird auch Wärme verwendet, um das Kältemittel durch das System zu bewegen. Die Wärme kann aus heißem Wasser, Dampf, Erdgas oder anderen Brennstoffquellen stammen.
Verdunstungskühlung
Im Gegensatz zu den oben beschriebenen mechanischen Kompressions- und Absorptionskältesystemen wird bei der Verdunstungskühlung nicht der traditionelle Kältekreislauf verwendet. Stattdessen kühlen diese Geräte, die oft auch als Sumpfkühler bezeichnet werden, die wärmere Außenluft, indem sie beim Eintritt in das Haus über wassergetränkte Matten geblasen wird.
Das Wasser nimmt die Wärme aus der Luft auf und verdunstet. Die kühlere Luft wird in das Haus geleitet und die warme Luft aus dem Haus heraus.
Verdunstungskühler können die Lufttemperatur um 15° bis 40°F senken, eignen sich aber am besten für trockene Klimazonen, wie die im Südwesten der USA. Sie sind auch weniger kostspielig in der Installation und verbrauchen etwa ein Viertel der Energie von zentralen Klimaanlagen.
Thermoelektrische Kühlung
Thermoelektrische Kühlsysteme unterscheiden sich von den drei anderen Arten der Kühlung dadurch, dass kein Kältemittel oder Wasser verwendet wird. Diese Systeme arbeiten mit elektrischem Strom und einem Thermoelement.
Ein Thermoelement besteht aus zwei verschiedenen Metalldrähten, die an beiden Enden miteinander verbunden sind. Der Rest der Drähte ist durch eine Isolierung voneinander getrennt. Wenn Strom auf das Thermoelement geleitet wird, wird ein Ende heiß und das andere kühl.
Die Umkehrung der Stromrichtung bewirkt, dass die kalten und heißen Verbindungsstellen vertauscht werden. Das heiße Ende wird in der Regel außerhalb des zu kühlenden Bereichs platziert und mit einem Kühlkörper versehen, um es auf der gleichen Temperatur wie die Umgebungsluft zu halten.
Die kalte Seite, die unter Raumtemperatur liegt, wird in dem zu kühlenden Bereich platziert und zieht Wärme aus der Luft an.
Diese Art der Kühlung wird im Allgemeinen für kleine Kühllasten verwendet, die schwer zugänglich sind, wie z. B. elektronische Systeme.
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