FACHWISSEN Klimatechnik
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Kältemittel (Teil 1)
Ökologie und Klimaanlagen Klimaanlagen nutzen den Energieaustausch während des Wechsels der Aggregatzustände des Kältemittels. Dabei ist es wichtig, dass die Aggregatzustände des energietransportierenden Mittels bei vernünftigen Temperaturen und technisch beherrschbaren Drücken ändern. Nach diesen und weiteren Gesichtspunkten werden die Kältemittel ausgesucht und entwickelt. Aus diesen Gründen ist man auf Kältemittel gestossen, welche zwar den physikalischen Anforderungen entsprechen aber ökologisch bedenkliche Nebenwirkungen aufweisen. Das spielte eine untergeordnete Rolle, so lange die Menge der eingesetzten Kältemittel klein war, letztendlich führte auch hier der grosse Erfolg zum grossen Problem. Quelle: Behr, Andreas Lerch, Volkswagen
VON ANDREAS LERCH
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ird Wasser erwärmt, wird ihm Energie in Form von Wärme zugeführt, daher steigt die Temperatur bis gegen 100 °C. Bei dieser Temperatur oder diesem Energieinhalt des Wassers beginnt es zu kochen, die Temperatur steigt nicht mehr an, obwohl die zugeführte Wärmemenge nicht verändert wird. Als Kochen wird allgemein das Verändern des Aggregatszustandes von flüssig nach gasförmig (= verdampfen) verstanden. Erst im gasförmigen Zustand könnten die Moleküle dann weitere Energie aufnehmen und zur Temperatursteigerung umsetzen.
Physik in Klimaanlagen Die Klimaanlage besteht aus Kompressor, Kondensator, Expansionsventil und Verdampfer. In jedem dieser Teile entstehen physikalische Veränderungen des Kältemittels. Der Kompressor ist darauf angewiesen, dass ihm ausschliesslich gasförmiges Kältemittel zugeführt wird, nur dieses kann er komprimieren und durch Druck und Wärme Energie zuführen. Das komprimierte Gas strömt anschliessend zum Kondensator. Durch den Fahrtwind oder ein
Bild 1. Die eigentliche Klimaanlage ist im Motorraum versteckt, ihre Wirkungen sind mit den roten und blauen Pfeilen im Innenraum des Fahrzeuges anzutreffen.
Gebläse wird das Kältemittel abgekühlt und dadurch flüssig (es kondensiert). Das Expansionsventil versprüht die unter Druck stehende Flüssigkeit in den Verdampfer. Durch den plötzlichen Druckverlust kühlen sich die feinen Kältemitteltröpfchen sehr stark ab. Im Verdampfer nehmen sie dann Wärmeenergie der Luft auf, welche um die Verdampferlamellen zum Innenraum des Fahrzeuges strömt. Damit erhalten die Passagiere im Fahrzeug kühle und trockene Luft. Das drucklose Kältemittel wird durch
die Wärmeenergie wieder gasförmig und strömt zurück zum Kompressor. Der Kompressor wird entweder mit variablem Hub gebaut oder kann über eine Magnetkupplung ein- und ausgeschaltet werden. Zwischen Kondensator und Expansionsventil befindet sich ein Sammler und Trockner, der einerseits allfälliges Kondenswasser bindet und andererseits flüssiges Kältemittel zwischenspeichert, damit die Einschaltintervalle des Kompressors nicht allzu kurz werden.
Diagramme Zwei Diagramme kennzeichnen diesen Vorgang: Die Dampfdruckkurve des Kältemittels zeigt bei jedem Druck an, bei welcher Temperatur das Kältemittel den Aggregatszustand ändert. Im logarithmischen Druck-Enthalpie-Diagramm (Bild 5) ist neben dem Aggregatszustand, der Temperatur und dem Druck auch die Enthalpie eingetragen, welche den aktuellen Energieinhalt pro Kilogramm Kältemittel vermittelt. In diesem Diagramm kann der Kreisprozess detaillierter nachvollzogen werden. Der Aggregatszustandswechsel durchläuft jetzt die ganze rote Kurve, welche das Nassdampfgebiet abgrenzt. Innerhalb dieser Kurve befindet sich auf der linken Seite mehr Flüssigkeit als Dampf und auf der rechten Seite mehr Gas als Flüssigkeit. In dieser Kurve verläuft die Temperatur waagrecht. Das bedeutet, dass der Flüssigkeit im Punkt D (0°C) wohl Energie zugeführt wird, dadurch jedoch die Temperatur nicht steigt, sondern das Kältemittel gasförmig wird (Verdampfungsstufe). Erst nach dem Durchstossen der roten Kurve bis zum Erreichen des Punktes A steigt die Temperatur noch etwas an. Zwischen A und B steigen Druck,
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