Was ist ein Turbokältemaschine?
Eine Turbokältemaschine ist ein Wärmekreislaufsystem, das ein Kältemittel wie FCKW zur Kühlung von Sole (z. B. Frostschutzmittel) verwendet. Die gekühlte Sole wird zur Klimatisierung und für Gefriergeräte verwendet.
Turbokältemaschinen bieten den Vorteil hocheffizienter und platzsparender Klimatisierungsanlagen. Nachteilig ist jedoch, dass der Kompressor eine angemessene Menge Strom benötigt, Kältemittelleitungen verlegt werden müssen und die Anfangsinvestitionen hoch sind. In den letzten Jahren wurden aus Umweltschutzgründen Turbokältemaschinen mit alternativen FCKW- und FCKW-freien Kältemitteln entwickelt.
Anwendungen von Turbokältemaschinen
Sie werden hauptsächlich für die zentrale Klimatisierung von großen Gebäuden und Geschäftsräumen eingesetzt. In der Industrie werden sie manchmal in Geräten eingesetzt, die gekühlt werden müssen. Im Folgenden werden Beispiele für industrielle Anwendungen genannt:
- Prozesskühlung in der Textilindustrie und in Chemiewerken, wo große Mengen an gekühltem Wasser verbraucht werden.
- Halbleiterproduktionsanlagen, die eine konstante Temperatur und Luftfeuchtigkeit aufrechterhalten müssen.
- Fernwärme und -kälte, die auf breiter regionaler Ebene zentral gesteuert werden.
In den letzten Jahren ist die Nachfrage aufgrund ihrer hohen Energiesparleistung gestiegen.
Funktionsweise von Turbokältemaschinen
Wie andere Kältesysteme kühlen Turbokältemaschinen Sole in einem Kreislauf aus Verdampfung, Kompression, Kondensation und Expansion. Der Begriff Turbokühler leitet sich von der Tatsache ab, dass bei der Verdichtung ein Turbokompressor eingesetzt wird. Aufgrund der hohen Kälteleistung und der großen Baugröße wird er für großtechnische Kühlanwendungen eingesetzt.
Der Kühlprozess lässt sich wie folgt zusammenfassen:
1. Verdampfungsprozess
Das Kältemittel durchläuft im Verdampfer einen Phasenwechsel von einer Flüssigkeit mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck zu einem Gas mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck. Während dieses Prozesses wird die Sole durch den Verlust von Verdampfungswärme abgekühlt. Die abgekühlte Sole wird in den Kreislauf des Klimagerätes geleitet.
2. Verdichtungsprozess
Das im Verdampfungsprozess verdampfte Kältemittel wird in einem Turbokompressor zu einem heißen, unter hohem Druck stehenden Gas verdichtet. Im Turbokompressor wird das Kältemittel durch die Rotation eines Laufrades zentrifugal verdichtet.
3. Koagulationsprozess
Das Hochtemperatur-Hochdruck-Kältemittel im Koagulator wird durch das Kühlwasser im Kühlturm abgekühlt, wodurch sich die Phase in eine Flüssigkeit mittlerer Temperatur und hohen Drucks ändert. Die Verlustwärme des Kühlwassers wird im Kühlturm an die Atmosphäre abgegeben.
4. Expansionsprozess
Das Kältemittel mittlerer Temperatur und hohen Drucks wird durch ein Expansionsventil entspannt und zu einer Flüssigkeit niedriger Temperatur und niedrigen Drucks. Danach kehrt es zum Verdampfungsprozess zurück und der Zyklus wiederholt sich.
Weitere Informationen zu Turbokältemaschinen
1. Unterschiede zwischen Turbokältemaschinen und Absorptionskältemaschinen
Es gibt verschiedene Arten von Kältemaschinen, die je nach Kältemittel und Kältekreislauf in zwei Kategorien eingeteilt werden: Dampfkompressionskältemaschinen und Absorptionskältemaschinen. Turbokältemaschinen sind eine Art von Dampfkompressionskältemaschinen.
Im Gegensatz zum Kältekreislauf von Turbokältemaschinen kühlen Absorptionskältemaschinen durch einen Zyklus von „Verdampfung → Absorption → Regeneration → Kondensation“ und beinhalten keinen Kompressionsprozess. Da in Absorptionskältemaschinen sowohl kaltes als auch heißes Wasser verwendet werden kann, können sie sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen eingesetzt werden.
Absorptionskältemaschinen verwenden eine korrosive Absorptionsflüssigkeit namens Lithiumbromid zusammen mit dem Kältemittel. Wird die Kältemaschine über einen längeren Zeitraum betrieben, sinkt daher ihre Effizienz aufgrund von Korrosion. Da die Absorptionsflüssigkeit außerdem gefährliche Stoffe enthält, muss sie bei der Entsorgung von einem Rückgewinnungsunternehmen abgeholt werden.
Da Turbokältemaschinen als Kühlaggregate effizienter sind, sollten sie entsprechend der vorhandenen Ausstattung und Anwendung ausgewählt werden.
2. Unterschiede zwischen Turbokältemaschinen und Kältemaschinen
Kältemaschinen (Kühlwasserumwälzpumpen) ähneln Turbokältemaschinen insofern, als sie die Temperaturabfuhr übernehmen. Es gibt mehrere Unterschiede zwischen Turbokältemaschinen und Kaltwassersätzen.
Kältemaschinen verwenden Sole zur Kühlung der zirkulierenden Flüssigkeit, während Turbokältemaschinen Sole zur Erzeugung kalter Luft verwenden. Bei Kältemaschinen liegt die Temperatur, die gekühlt werden kann, bei etwa -10 °C, da die zirkulierende Flüssigkeit selbst bei der Unterkühlung gefriert. Turbokältemaschinen können nicht nur kühlen, sondern auch gefrieren, was einen großen Unterschied zu den Kühlgrenzen darstellt.
3. Nachfrage nach Turbokältemaschinen
Der Markt für Turbokältemaschinen und andere kältetechnische Anlagen wird auf etwa 20 Milliarden USD geschätzt. Davon macht die Nachfrage in der Region des Nahen Ostens etwa 30 % des Weltmarktes aus, und es wird erwartet, dass sie sich bis 2030 etwa versechsfacht. Es wird erwartet, dass die Nachfrage nach Turbokältemaschinen in Zukunft steigen wird.