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Anlagen zur KWK

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Anlagen zur Wärme­erzeugung

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Kaltwassersätze

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Absorptions- kältemaschinen

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Rückkühler

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Kühltürme

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Anlagen zur Drucklufterzeugung

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Wärme- oder Kältespeicherung

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Pumpen

Anlagen und Module der Kälteerzeugung

Klassifizierung

Kaltwassersätze

  • Synonym: Kaltdampf-Kompressionskälte-Maschinen, Flüssigkeitskühlsätze, Wasserkühlsätze

  • Kälteerzeugung über mechanisch angetriebenen Kreisprozess mit Phasenwechsel im Kältemittel

Absorptionskältemaschinen

  • Kälteerzeugung über thermisch angetriebenen Kreisprozess mit Phasenwechsel im Kältemittel

Rückkühler

  • Synonym: Rückkühlwerke, Verflüssiger

  • geschlossene Rückkühler

Kühltürme

  • offene Rückkühler

Nähere Beschreibung

Der allgemeine Sinn von Kältemaschinen besteht in der Erzeugung von „Kälte“ welche entsteht, wenn „Wärme“ von dem zu kühlenden Ort zu einem anderen transportiert wird. Der Terminus „Kälte“ beschreibt hier den Zustand eines Systems, dessen Temperatur unter der Umgebungstemperatur liegt. Hauptanwendungsgebiete von Kälte sind Luftkonditionierung, Lebensmitteltechnik und Verfahrenstechnik.

Die Kältemaschinen werden wie folgt unterteilt:

Die Kaltdampf-Kompressionskälte-Maschine (kurz KKM) und auch die Absorptions-Kälte-Maschine (kurz AKM) stellen ein aus verschiedenen energietechnischen Modulen bestehendes System dar (so z.B. Verdichter, Verdampfer, Verflüssiger, Drossel, etc.). Sie enthalten in der Regel einen geschlossenen Kältemittelkreislauf. Für Kaltdampf-Kompressionskälte-Maschinen hat sich der Ausdruck Kaltwassersatz eingebürgert, welcher hier auch benutzt werden soll.

Beide Maschinen stellen Kaltwasser bereit, das über ein Rohrsystem durch den zu kühlenden Bereich geleitet wird, z.B. einen Kühlraum. Es handelt sich in diesem Fall um eine indirekte Kühlung, der Verdampfer steht hier nicht direkt sondern über das kalte Wasser mit dem zu kühlenden System in Verbindung.

Das Medium, mit dem die Wärme innerhalb der Kältemaschinen vom Verdampfer (Aufnahmepunkt der Wärme) zum Verflüssiger (Abgabepunkt der Wärme) transportiert wird, z.B. HFKW oder Ammoniak, wird im Folgenden als „Kältemittel“ bezeichnet und darf nicht mit dem „Kühlmittel“ (im Allgemeinen Luft oder Kühlwasser) verwechselt werden, welches das Kältemittel kühlt. Also: „Kühlmittel“ kühlt „Kältemittel“, „Kältemittel“ kühlt „Kaltwasser“. Das „Kaltwasser“ kühlt letztendlich das System (direkt, indirekt oder doppelt indirekt über einen zusätzlichen Gegenstromapparat), das zu kühlen die Anfangsintention war (z.B. einen Kühlraum). Die Temperatur des aus der Kältemaschine austretenden Kaltwassers wird als Vorlauftemperatur, die Temperatur des in die Kältemaschine zurücklaufenden Kaltwassers wird als Rücklauftemperatur bezeichnet.

Bei der AKM kommt hierzu noch teilweise der Ausdruck „Warmwasser“, welches als Antriebsmittel des Prozesses dienen kann (als Ersatz für den Strom bei dem Kaltwassersatz).

Bei vorhandener Abwärme kann die AKM enorme energetische Vorteile haben. Statt der hochwertigen Energieform Strom, kann die minderwertige Energieform Wärme zur Kälteerzeugung genutzt werden kann. Alternativ kann die AKM direkt mit Gas oder (seltener) Öl beheizt werden. Die Antriebswärme sollte als Heißwasser oder Dampf mit Temperaturen von ca. 90°C - 130°C vorliegen. Bei der Absorptionskältmaschine erfolgt die Verdichtung, im Gegensatz zum Kaltwassersatz, thermisch. Die beweglichen Teile werden dadurch bei der AKM minimiert, was sich positiv auf Wartungskosten und Zuverlässigkeit auswirkt.

Rückkühlwerke können die oben genannten Kältemaschinen ergänzen (zur Abfuhr der bei dem Kälteprozess entstehenden Wärme) oder als Komponente in diesen enthalten sein. Sie lassen sich in geschlossene und offene Rückkühler unterteilen.

Die Bezeichnungen geschlossen und offen können im ursprünglichen Bedeutungssinn der Thermodynamik verstanden werden, wonach ein geschlossenes System nur Wärmetransport über die Systemgrenzen zulässt und bei einem offenen System zusätzlich Stofftransport möglich ist. Geschlossene Rückkühler werden im Allgemeinen lediglich als Rückkühler bezeichnet obwohl dieser Ausdruck strenggenommen auch auf Kühltürme zutrifft. Im Folgenden sind mit Rückkühlern lediglich geschlossene Geräte gemeint. Solche Rückkühler sind meist berippte oder unberippte Rohre, die mit Sprühwasser oder Luft mit erzwungener Konvektion durch Ventilatoren gekühlt werden.

Bei offenen Rückkühlern steht das zu kühlende Fluid im direkten Kontakt mit der Umgebungsluft und kann somit Wärme durch Verdunstung abgeben. Beispiele hierfür sind Kühl- und Spritzteiche, Gradierwerke oder die heute meist benutzten Kühltürme. Dem geringeren technischen Aufwand und der kleineren Dimensionierung der offenen Rückkühler steht die durch den direkten Kontakt verursachte Verschmutzung des Wassers gegenüber.

Die hier beschriebenen Kältemaschinen stellen die Gängigsten dar, decken aber längst nicht alle Möglichkeiten der Kälteerzeugung ab. Es ist z.B. wie bei den Dampfstrahlmaschinen auch eine Kälteerzeugung mit Wasserdampf möglich. Diese Anwendung kann wirtschaftlich sein, wenn Dampf mit mindestens 0,5 bar, besser 2-3 bar Überdruck zur Verfügung steht, und sollte in diesem Fall geprüft werden.

Weitere Varianten von Kälteerzeugern sind: Adsorptionskältemaschinen, Thermoelektrische Kühlaggregate (für kleine Leistungsbereiche im Labormaßstab) und Kaltgaskältemaschinen.

Zu näheren Erklärungen sei auf die Fachliteratur verwiesen. Die Terminologie kann hierbei quellenabhängige Abweichungen aufweisen.