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Kältetechnik
In der Thermodynamik bezeichnet man Kälte als energetischen Ungleichgewichtszustand. Dieser Ungleichgewichtszustand entsteht in technischen Anwendungen durch einen erzwungenen Austausch von Wärmeenergie zwischen zwei Orten. Die Kältetechnik befasst sich mit verschiedenen Verfahren zur Erzeugung von Kälte in unterschiedlichsten Anwendungsbereichen.
Bei den wesentlichen Verfahren der Kältetechnik handelt es sich um thermodynamische Kreisprozesse, deren energetische Effizienz dank moderner Kältetechnik stetig verbessert wird. Besonders hervorzuheben sind dabei zum einen
Kompressionskälteanlagen und zum anderen
Absorptionskälteanlagen. Bei Kompressionskälteanlagen wird die zur Kühlung benötigte Energie in Form von mechanischer Arbeit zugeführt, wohingegen Absorptionskälteanlagen Wärmeenergie zur Kühlung nutzen. Anwendung findet die Kältetechnik in vielen Bereichen des Alltags. Aus der Lebensmittelindustrie, der Klimatisierung, der Medizintechnik oder auch der Logistik ist die Kältetechnik heutzutage nicht mehr weg zu denken.
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Kompressionskälteanlagen: Klassisches Anwendungsbeispiel dieses Prinzips der Kältetechnik ist der Kühlschrank. In dieser Kältemaschine nimmt das Kältemittel zunächst auf niedrigem Energieniveau (niedriger Druck, niedrige Temperatur) Wärmeenergie aus dem Innenraum des Kühlschrankes auf und wird dadurch verdampft. Durch die zusätzliche Kompression des Kühlmittels steigt die Energiedichte des Kühlmittels auf ein höheres Energieniveau (hoher Druck, hohe Temperatur). Mit einem Kondensator kann diese Wärmeenergie daraufhin an die Umgebung abgeführt werden. Das Kühlmittel kondensiert dabei und wird im Anschluss über ein
Expansionsventil soweit entspannt, dass das ursprüngliche Energieniveau (niedriger Druck, niedrige Temperatur) wieder erreicht wird. Viele Verfahren in der Kältetechnik basieren auf diesem Prinzip. Eine gleichmäßige Kühlwirkung kann für dieses Verfahren der Kältetechnik letztendlich aber nur durch stetige Zufuhr elektrischer bzw. mechanischer Energie im Kompressor erreicht werden.
Absorptionskälteanlagen: Ein anderes Verfahren der Kältetechnik findet Anwendung in Absorptionskälteanlagen. An Stelle von mechanischer Energie wird thermische Energie zur Kühlung genutzt. Im Kühlkreislauf der Kälteanlage wird ein Stoffpaar verwendet, welches über einen großen Temperaturbereich vollständig ineinander lösbar ist, z.B. Wasser in bestimmten Salzlösungen. Zunächst wird das gasförmige Kühlmittel (Wasser) kondensiert, wodurch Wärme an die Umgebung abgeführt werden kann. Daraufhin wird das flüssige Wasser in einem Niederdruckbereich verdampft. Die nötige Verdampfungsenergie wird dem Kühlmedium entzogen wodurch die Nutzkälte entsteht. In einem weiteren Niederdruckbereich wird der entstehende Wasserdampf abgekühlt und geht unter Wärmeabgabe in flüssiger Form in Lösung mit dem Salz. Die wässrige Salzlösung wiederum wird durch externe Wärmezufuhr getrennt wodurch reines Wasser als Kühlmedium und eine konzentrierte Salzlösung als Lösungsmittel zurückgewonnen werden kann. Der Kreisprozess ist abgeschlossen und kann von neuem beginnen. Bei dieser Methode der Kältetechnik wird die Kühlwirkung somit durch stetige Zufuhr von thermischer Energie erreicht.
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