Wie funktioniert das mit der Kompression?

Forschung & Technik 10. Juli 2013

In einem Scroll-Verdichter wird das Kältemittel komprimiert (Quelle: Wikipedia)
In einem Scroll-Verdichter wird das Kältemittel komprimiert (Quelle: Wikipedia)

Im sogenannten Kältekreislauf zirkuliert ein Kältemittel, das durch die Aufnahme von Wärme aus der Umwelt verdampft. In einem Verdichter wird dieses Gas komprimiert und so auf ein höheres Temperaturniveau gebracht. Doch was hat das eine mit dem anderen zu tun? Dazu muss man ein wenig in die Physik einstiegen.

Zum einen muss man wissen: Wärme und Temperatur sind nicht dasselbe. Wärme ist eine Form von Energie, wohingegen Temperatur eine Eigenschaft eines Stoffes ist. Beides hängt miteinander zusammen. Aber: Ein Mehr an Wärme bedeutet nicht immer eine höhere Temperatur. Haben Sie zum Beispiel schon einmal ein Thermometer in kochendes Wasser gehalten? Sie werden feststellen, die Temperatur ändert sich nicht, obwohl immer mehr Wärme hinzugeführt wird. Die Wärmemenge, die das Wasser bis zur vollständigen Verdampfung benötigt, wird als Verdampfungswärme bezeichnet. Das Ganze funktioniert auch umgekehrt: Kondensierender Wasserdampf gibt so lange Wärme ab, bis das gesamte Wasser verflüssigt wurde (Kondensationswärme). 

Daneben ist das Verhältnis von Wärme und Temperatur bei allen Stoffen unterschiedlich. Führen Sie dieselbe Menge an Wärme jeweils einem Liter Wasser oder einem Liter Quecksilber zu, so erhöht sich deren Temperatur nicht im selben Maße. Das Verhältnis zwischen Wärme- und Temperaturänderung nennt man Wärmekapazität. Darum müssen in Wärmepumpen spezielle Kältemittel verwendet werden, denn sie müssen bereits bei relativ niedrigen Temperaturen verdampfen, um die Wärmeenergie der Umgebung aufnehmen und in latente Energie umwandeln zu können.

Die Temperatur eines Stoffes ist aber noch von einem anderen Faktor abhängig, nämlich dem Druck. Wird ein gasförmiger Stoff komprimiert, so steigt seine Temperatur und umgekehrt: weniger Druck heißt weniger Temperatur. In diesem Fall wird keine weitere Wärme zugeführt, sondern mechanische Energie – und diese bewirkt die Temperaturänderung. Genau dies passiert in der Wärmepumpe, oder genauer, im Verdichter/ Kompressor. Auf diese Weise wird die Temperatur des Kältemittels „nach oben gepumpt“, sodass seine Temperatur nun hoch genug ist, um das Heiz- oder Warmwasser auf die gewünschten Temperaturen aufzuheizen. Dabei ist eine Wärmepumpe umso effizienter, je weniger sie über den Kompressor nachheizen muss. Eine hohe Wärmequellentemperatur ebenso wie eine geringe Temperatur auf der Abgabeseite – etwa über niedrige Temperaturen für eine Flächenheizung – sind vorteilhaft und steigern die Effizienz.


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