Kälteerzeugung, Kältemittelkreisläufe, Komponenten und Auslegung
Grundlagen des Kältekreislaufs
Der Kompressionskältekreis besteht aus Verdichter, Verflüssiger, Expansionsorgan und Verdampfer. Prüfungskandidaten müssen den Kreis im log-p-h-Diagramm lesen können: Verdichtungsendtemperatur, Überhitzung, Unterkühlung und spezifische Kälteleistung sind zentrale Größen. Der Zusammenhang zwischen Massenstrom, Enthalpiedifferenz und Leistung (Q = m · Δh) ist rechenintensiv und häufig Prüfungsgegenstand.
Komponenten und Auslegung
Verdichterbauarten (Hubkolben, Scroll, Schraube, Rotationsverdichter) werden nach Einsatzbereich, Leistungsregelung und Ölrückführung unterschieden. Verflüssiger und Verdampfer sind über die Wärmeübergangszahl und die mittlere Temperaturdifferenz zu bewerten. Expansionsventile arbeiten mit Überhitzungsregelung; thermostatische und elektronische Ventile unterscheiden sich in Regelgüte und Regelbereich. Bei der Auslegung sind Verdampfungs- und Verflüssigungstemperatur, Sauggasüberhitzung, Flüssigkeitsunterkühlung und Rohrleitungsdruckverluste zu berücksichtigen.
Typische Fallen
Beliebte Fehler: Verwechslung von Überhitzung und Unterkühlung, Nichtbeachtung der Verdichtungsendtemperatur bei hohem Druckverhältnis, falsche Zuordnung der Leistungszahl (COP = Q0/Pel) und Vernachlässigung der Ölführung bei langen Saugleitungen. Auch die Unterscheidung zwischen Kälteleistung und Kältebedarf wird gern geprüft.
Rechenbeispiel
Ein Verdampfer entzieht dem Kältemittel 180 kJ/kg, der Massenstrom beträgt 0,05 kg/s. Dann ist Q0 = 0,05 · 180 = 9 kW. Bei einer elektrischen Aufnahme von 3 kW ergibt sich COP = 9/3 = 3. Faustregel: Pro 1 K höherer Verdampfungstemperatur sinkt der Energiebedarf um etwa 2–3 %; jede Kelvin zu tiefe Verdampfung kostet bares Geld.