Klimatechnik

Wie funktioniert eigentlich ein Klimagerät ?
Ein Klimagerät arbeitet im Prinzip ähnlich wie ein Kühlschrank. Es muß allerdings erheblich mehr leisten. Ein handelsübliches Kompaktklimagerät mit einer Kühlleistung von rund 2,5 kW produziert bereits soviel Kälte wie 17 normale Haushaltskühlschränke. Die meisten Kältemaschinen - im Kühlschrank wie in den Klimageräten - arbeiten heute nach dem Kompressionsprinzip. Obwohl man im Zusammenhang mit Kühl- und Klimageräten allgemein von „Kälteerzeugung" spricht , ist dieser Begriff nicht ganz korrekt. Denn nach den Regeln der Physik wird nicht „Kälte erzeugt", sondern „Wärme entzogen". Das Klimagerät kühlt die Raumluft, indem es ihr Wärme entzieht und diese über den Verflüssiger nach draußen abführt.

Kältekreislauf
Zunächst ein kleiner Ausflug in die Dampftechnik: Wenn man Wasser auf einem Herd erhitzt, steigt seine Temperatur bis zum Siedepunkt von rund 100 °C. Setzt man die Wärmezufuhr fort, steigt die Temperatur nicht weiter an. Statt dessen bewegt die Wärme, daß sich das Wasser in Dampf umwandelt. Anders ausgedrückt: das Wasser entzieht seiner Umwelt - in diesem Fall der Herdplatte - während des Verdampfens Wärme. Es gibt jedoch auch Flüssigkeiten, die einen wesentlich niedrigeren Siedepunkt als Wasser haben. Alkohol beispielsweise siedet bereits bei 67°C. Bei den handelsüblichen Kältemitteln liegt der Siedepunkt sogar bei nur -30°C bis -40°C (bei atmosphärischem Druck). Der jeweils herrschende Druck hat wesentlichen Einfluß auf den Siedepunkt einer Flüssigkeit (So siedet z.B. Wasser im Gebirge, also bei niedrigerem Luftdruck, bereits unter 100°C). Im praktischen Betrieb sind die Druckverhältnisse im Kältekreislauf des Klimagerätes so gewählt, daß die Verdampfungs- temperaturen des Kältemittels bei etwa +5°C bis +10°C liegen. Wie zuvor beim Wasser - allerdings auf einem wesentlich tieferen Temperaturniveau - wird auch beim Verdampfen eines Kältemittels der Umgebung Wärme entzogen. Diese stammt jetzt natürlich nicht mehr von einer Herdplatte, sonder von dem Medium, das man kühlen möchte. In unserem Fall ist das die Raumluft. Um das Kältemittel, nachdem es einmal verdampft ist, wieder weiterverwenden zu können, schickt man es auf eine ziemlich aufwendige Rundreise - Kältekreislauf genannt. Nachdem es den Verdampfer verlassen hat, wird das dampfförmige Kältemittel vom Verdichter angesaugt. In diesem wird es komprimiert und dadurch stark aufgeheizt. Die nächste Station ist der im Freien befindliche Verflüssiger. Hier wird der heiße Kältemitteldampf mit Hilfe der Außenluft so weit abgekühlt, daß er kondensiert, d.h. wieder flüssig wird. Die bei dem Abkühlvorgang freiwerdende Wärme wird von der Außenluft übernommen. Durch den Verdichtungsvorgang steht das Kältemittel immer noch unter hohem Druck. Deshalb befindet sich hinter dem Verflüssiger ein Drosselelement. Dieses verringert den Druck auf das Niveau, das im nachfolgenden Verdampfer herrscht. Dort findet nun die eigentliche Kälteerzeugung statt: Das flüssige Kältemittel verdampft wieder, wobei der umgebenden Luft - wie zuvor beschrieben - Wärme entzogen wird. Diese nunmehr abgekühlte Luft wird vom Ventilator in den zu klimatisierenden Raum geblasen und für das Kältemittel beginnt der Kreislauf nun aufs neue. Bei Mobil- und Kompaktgeräten befinden sich Verdampfer und Verflüssiger in einem Gehäuse. Bei Splitgeräten sind Verdampfer- und Verflüssigerteil in getrennten Gehäusen untergebracht, die durch Kältemittelleitungen verbunden sind. Wenn man die Funktionen von Verdampfer und Verflüssiger vertauscht, kann man ein Klimagerät grundsätzlich auch zum Heizen verwenden. Man spricht dann von einer Wärmepumpe. Der im Freien befindliche ursprüngliche Verflüssiger übernimmt nun die Funktion des Verdampfers. Das Kältemittel nimmt hier Wärme aus der Außenluft auf und transportiert sie zum ehemaligen Verdampfer, der jetzt als Verflüssiger fungiert. Das Arbeitsprinzip : Der Verdichter saugt dampfförmiges Kältemittel aus dem jetzt im Freien liegenden Verdampfer an, verdichtet und erhitzt es. Der hochtemperierte Dampf gelangt zum Verflüssiger im Haus. Dort wird er durch die kältere Raumluft abgekühlt und kondensiert. Die Raumluft wird dabei erwärmt. Das verflüssigte Kältemittel gelangt über das Drosselelement wieder in den Verdampfer. Die für das Verdampfen benötigte Wärme wird der Außenluft entzogen. Bei dem hier geschilderten Vorgang wird Wärme von einem niedrigeren Temperaturniveau (Außenluft) auf eine höheres (Raumluft) „hochgepumpt". Die Funktion der Pumpe übernimmt dabei der Verdichter.

Kältemittel
Kältemittel sind Flüssigkeiten mit sehr niedrigem Siedepunkt. Früher handelte es sich meist um Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffverbindungen. Seit davon ausgegangen wird, daß FCKW-haltige Kältemittel die Ozonschicht schädigen, werden seitens der Industrie intensive Anstrengungen unternommen, umweltfreundliche Ersatzstoffe zu entwickeln. In Raumklimageräten wird ein H-FCKW 22 verwendet, das nur 5 % Ozonabbaupotential gegenüber FCKW hat. Beim Schlagwort „FCKW-haltige Kältemittel" muß man sich allerdings folgendes vor Augen halten: Das in einem geschlossenen Kältekreislauf zirkulierende Kältemittel ist ungefährlich für die Umwelt. Nur ein Kältemittel, das entweicht, gelangt in die Atmosphäre, etwa durch Undichtigkeiten, bei nicht sachgemäß ausgeführten Reparaturarbeiten oder wenn ein Klimagerät verschrottet wird, ohne zuvor das Kältemittel vorschriftsmäßig abzusaugen und zu entsorgen.

Verdampfer
In ihm spielt sich der eigentliche Kälteerzeugungsprozeß ab. Der Verdampfer besteht üblicherweise ähnlich wie ein Luftkühler aus Rippenrohren. Durch die Rohrwindungen strömt das Kältemittel, während die zu kühlende Luft - vom Ventilator des Klimagerätes bewegt - außen vorbeistreicht. Die Rippen bewirken eine größere Oberfläche und damit einen besseren Wärmeübergang. Beim Abkühlen wird der Luft zugleich Feuchtigkeit entzogen. Diese Feuchtigkeit fällt außen am Verdampfer als Kondenswasser an und muß abgeführt werden. Dies geschieht entweder über einen fest installierten Ablauf oder mit Hilfe eines Sammelbehälters, der in Abständen entleert wird. Außer dem hier beschriebenen sogenannten „Direktverdampfer" der die Luft direkt kühlt, gibt es noch den „Kaltwasserkühler". Hier wird - wie schon der Name sagt - statt Luft Wasser gekühlt, das seinerseits über meist weiter  entfernt installierte Luftkühler die Raumluft kühlt.

Verflüssiger
Im Verflüssiger - auch Kondensator genannt - wird der komprimierte, heiße Kältemitteldampf durch Wärmeaustausch mit der kühleren Außenluft verflüssigt. Der Verflüssiger ist grundsätzlich wie der Verdampfer aufgebaut. Um den Wärmetausch zu intensivieren, wird die Außenluft durch ein Gebläse „in Fahrt" gebracht. Auch hier gibt es eine Variante mit Wasserkühlung. Diese Lösung wird z.B. bei Klimageräten gewählt, die in Räumen stehen, welche keine Verbindung zur Außenluft haben.

Verdichter
Früher wurden bei Klimageräten vorwiegend Verdichter mit Hubkolben verwendet, inzwischen haben sich jedoch allgemein die moderneren Rotationsverdichter durchgesetzt, die im Vergleich zu ihren Vorgängern folgende Vorteile aufweisen: Sie sind unkomplizierter im Aufbau (haben beispielsweise keine Ventile), noch zuverlässiger, noch leiser und schwingungsärmer und verbrauchen weniger Strom.