Wie Ihr Klimatisierungssystem zu Hause funktioniert

Geschrieben von Bob Formisano

Die Funktionsweise von Klimaanlagen ist für viele von uns ein Rätsel. Öfen sind leicht zu verstehen – sie heizen die Luft und blasen sie durch ein Rohrsystem in die Wohnung. Heizkessel erzeugen heißes Wasser oder Dampf und leiten es durch die Rohre in der Wohnung. Aber wie sorgen Klimaanlagen für angenehm kalte, entfeuchtete Luft in den heißen Sommertagen? Um das zu verstehen, müssen Sie auf ein Prinzip zurückgreifen, das Sie vielleicht in der Schule oder im Physikunterricht gelernt haben: das wissenschaftliche Gesetz, dass sich jedes Gas abkühlt, wenn es sein Volumen vergrößert.

Die Komponenten

Auch wenn es eine leichte Vereinfachung ist, können Sie sich eine Klimaanlage als eine Maschine vorstellen, die die Wärme aus Ihrem Haus aufnimmt und nach außen abgibt, indem sie fünf miteinander verbundene Teile verwendet:

• Kältemittel
• Kompressor
• Kondensator
• Expansionsventil
• Verdampferschlange

Es gibt viele Arten von Klimaanlagen, die im Haushalt verwendet werden können, darunter Fenstergeräte, tragbare Klimaanlagen, kanalfreie Klimaanlagen und zentrale Klimaanlagen. Trotz ihrer Unterschiede ist die physikalische Funktionsweise jedoch die gleiche, und sie alle nutzen den Prozess der Direktverdampfungskälte. Im Prinzip funktioniert dies ähnlich wie der Kühlschrank in Ihrer Küche.

Kältemittel

Das Kältemittel ist das „Blut“, das durch die Kühlrohre im System der Klimaanlage pumpt. Es ändert seinen Zustand von Gasdampf zu Flüssigkeit, während es die Wärme aus Ihrem Haus aufnimmt und nach außen abgibt. Ein Kältemittel ist eine einzigartige Substanz, da es einen sehr niedrigen Siedepunkt hat. Das bedeutet, dass es sich bei niedrigen Temperaturen von einer Flüssigkeit in einen Dampf verwandelt. Dies ist der Schlüssel dazu, dass eine Klimaanlage sicher funktioniert, ohne eine gefährliche Wärme zu erzeugen. Das Kältemittel bewegt sich jedoch nicht von allein durch das System, sondern benötigt einen Kompressor, um es zu fördern.

Verdichter

Stellen Sie sich den Verdichter als das Herz“ des Systems vor, das Bauteil, das das Kältemittel durch alle Kältemittelkomponenten in einem großen Kupferkreislauf pumpt. Das Kältemittel tritt in den Verdichter als warmer Niederdruckdampf ein und verlässt ihn als heißer Hochdruckdampf. Diese Umwandlung wird durch den Verflüssiger ermöglicht.

Verflüssiger

Vom Kompressor gelangt der heiße Kältemitteldampf zum Verflüssiger. Hier wird der unter hohem Druck stehende heiße Kältemitteldampf abgekühlt, während er durch Verflüssigerschlangen strömt. Die Wärmetauscher haben dünne Metallrippen (ähnlich der Struktur an der Vorderseite eines Autokühlers), die die Wärme von den Wärmetauschern ableiten. Ein Verflüssigerlüfter bläst Luft über die Lamellen, um die Abkühlung des Dampfes im Inneren der Wärmetauscher zu beschleunigen. (Die Verwendung eines Lamellenkamms bei der routinemäßigen Wartung hilft, diese Lamellen in Form zu halten.) Wenn das Kältemittel abkühlt, ändert es seinen Zustand von einem heißen Dampf zu einer heißen Flüssigkeit unter hohem Druck und bewegt sich zum Expansionsventil. Der Kompressor, das Verflüssigungsregister und der Verflüssigerlüfter befinden sich alle in dem großen, lauten Kasten in Ihrem Garten, der oft als Verflüssigungssatz bezeichnet wird.

Expansionsventil

Das Expansionsventil ist der eigentliche Kühlmechanismus. Wenn das heiße flüssige Kältemittel auf der einen Seite durch eine winzige Öffnung mit hohem Druck im Ventil strömt, tritt es auf der anderen Seite als kühler Niederdrucknebel aus. Dies ist das Ergebnis einer natürlichen Eigenschaft von Gasen: Wenn sich ein Gas ausdehnt, kühlt es sich ab. Die Klimaanlage ist im Grunde nichts anderes als ein Gerät, das das Kältemittelgas zur Ausdehnung zwingt und dadurch die Fähigkeit besitzt, die Luft zu kühlen, indem es ihre Wärme abgibt.

Verdampferschlange

Der nächste Schritt ist der, bei dem Ihr Haus tatsächlich gekühlt wird. Die kalte Niederdruckflüssigkeit, die jetzt das äußere Expansionsventil verlässt, fließt im Haus zum Verdampferregister, das sich im Plenum Ihres Ofens befindet. (Hier strömt die wärmere Luft in Ihrem Haus über die Verdampferschlange und heizt sie auf, während die Schlange, die kaltes, expandiertes Kältemittelgas führt, die über den Verdampfer strömende Luft abkühlt. Diese gekühlte Luft wird dann durch das Kanalsystem zirkuliert. Da sich das Kältemittel nun erwärmt, beginnt es zu sieden und verwandelt sich von einer kalten Flüssigkeit in einen warmen Dampf (ein Verdampfungsprozess). Der warme Kältemitteldampf fließt dann zurück zum Kompressor und zum Außenverflüssiger, wo er sich ausdehnt und erneut abkühlt, wodurch der Kühlzyklus fortgesetzt wird.

Zusammenfügen

In einer typischen zentralen Klimaanlage ist der Kühlkreislauf ein fortlaufender Prozess, bei dem kühles Kältemittel Wärme aus der Raumluft aufnimmt und sich zu einem warmen Gas ausdehnt, zu einem Außengerät fließt, wo es diese Wärme abgibt und wieder zu einer kühlen Flüssigkeit wird, und dann wieder in den Innenraum zurückkehrt, um weitere Wärme aufzunehmen und den Kreislauf fortzusetzen. Trotz der scheinbaren Komplexität der Komponenten ist das physikalische Prinzip, nach dem sich ein Gas bei seiner Ausdehnung immer abkühlt, recht einfach. Jedes Klima- oder Kältesystem ist lediglich ein System, bei dem die Ausdehnung und Kondensation von Kältemittel sorgfältig gesteuert wird, um diese physikalische Eigenschaft zu nutzen.