Solare Klimatisierung - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 644

9.6 Kälte- und Klimatisierungsprozessführung

9.6.1 Ideale Kompressionskältemaschine, Carnot'scher

Vergleichsprozess

Der Carnot'sche Links-Prozess stellt sich im T-s -Diagramm wie in Abb. 9.9 gezeigt mit 2
Isothermen und 2 Isentropen dar. Er wird am besten angenähert, wenn die Isentropen im
Nassdampfgebiet bei Verdampfung bzw. bei Kondensation ablaufen.
Das daher vorwiegend verwendete Verfahren in der Wärmepumpen- und in der Kli-
makältetechnik ist das Kaltdampf-Kompressions-Verfahren. Ein Kältemittel verdampft
dabei auf der kalten Seite unter Aufnahme einer möglichst großen Verdampfungswärme
aus dem zu kühlenden Raum beispielsweise dem Kühlschrank. Nach der Verdichtung
in einem Verdichter wird es auf der warmen Seite wieder verflüssigt. Die Verflüssigung
erfolgt unter Abgabe der Kondensationswärme an die Umgebung, die Heizungsanlage
oder an ein weiteres Rückkühlmittel. In einer Drossel wird es anschließend wieder auf
den Verdampfungsdruck gebracht. Bei allen nach diesem Prinzip arbeitenden Anlagen
wird die Abhängigkeit der Verdampfungs- und Verflüssigungs-Temperatur vom Druck
ausgenutzt. Die Abb. 9.8 stellt vereinfacht die Prozessführung in einer Kältemaschine
dar. Die einzelnen mit Zahlen in der Abb. 9.8 aufgeführten Komponenten sind:

• Verdampfer (1): Im Verdampfer verdampft das Kältemittel bei der Temperatur T 0 und
dem Druck p 0 und nimmt die Wärme q 0 (Verdampfungswärme) aus dem zu kühlen-
den Raum auf, dessen Temperatur in der Folge maximal auf den Wert T 0 abnehmen
kann.
• Verdichter (2): Im Verdichter wird der Kältemitteldampf vom Druck p 0 auf den Druck
p C erhöht. Dabei erhöht sich die Temperatur auf den Wert T C .
• Verflüssiger (Kondensator, 3): Im Kondensator wird das Kältemittel bei der Temperatur
T C und dem Druck p C verflüssigt und gibt dabei die Kondensationswärme (oder Ver-
flüssigungswärme) q C ab.
• Expansionsventil (4): Das Kältemittel wird vom hohen Druck p C auf den niedrigeren
Druck p 0 entspannt.

Im ideal linkslaufenden Kreisprozess stellt sich der Ablauf im Temperatur-Entropiedia-
gramm ( T - s ) entsprechend der Abb. 9.9 dar. Er besteht aus zwei Isentropen und zwei Iso-
thermen. Die einzelnen Arbeitsschritte sind hierbei:

• 1 → 2: isentrope Kompression des gasförmigen Kältemittels (im Realfall ∆ s > 0).
• 2 → 3: Isobare und isotherme Kondensation bei der Temperatur T C , in dem die Wärme
q C an eine kältere Umgebung übertragen wird. (Im Realfall oft eine isobare Unterküh-
lung).
• 3 → 4: Isentrope Entspannung des Kältemittels vom Druck p C auf den Druck p 0 , die in
der Praxis oft als enger Querschnitt ausgeführt ist. Im Realfall handelt es sich um eine