Die Eigenschaften eines Kältemittels lassen sich anhand der primären Eigenschaften als Abszisse und Ordinate in einem Diagramm darstellen.
Für Kälteanlagen werden die primären Eigenschaften normalerweise als Energieinhalt und Druck gewählt. Der Energiegehalt wird durch die thermodynamische Eigenschaft der spezifischen Enthalpie dargestellt, die die Änderung des Energiegehalts pro Masseneinheit des Kältemittels quantifiziert, wenn es Prozesse in einem Kühlsystem durchläuft.
Ein Beispiel für ein Diagramm basierend auf spezifischer Enthalpie (Abszisse) und Druck (Ordinate) ist oben zu sehen. Für ein Kältemittel ist das typischerweise anwendbare Druckintervall groß – und daher verwenden Diagramme eine logarithmische Druckskala.
Das Diagramm ist so angeordnet, dass es die Flüssigkeits-, Dampf- und Mischungsbereiche für das Kältemittel anzeigt. Links befindet sich Flüssigkeit (mit geringem Energiegehalt) – rechts Dampf (mit hohem Energiegehalt). Dazwischen befindet sich die Mischungsregion. Die Regionen werden durch eine Kurve begrenzt – die so genannte Sättigungskurve. Die grundlegenden Prozesse der Verdunstung und Kondensation werden veranschaulicht.
Die Idee hinter einem Kältemitteldiagramm ist, dass es möglich ist, die Prozesse in der Kälteanlage so darzustellen, dass die Analyse und Bewertung des Prozesses einfach wird.
Bei Verwendung eines Diagramms zur Bestimmung der Betriebsbedingungen des Systems (Temperaturen und Drücke) kann die Kälteleistung des Systems auf relativ einfache und schnelle Weise ermittelt werden. Diagramme werden immer noch als Hauptwerkzeug zur Analyse von Kälteprozessen verwendet. Eine Reihe von PC-Programmen, die die gleiche Analyse schneller und mit mehr Details durchführen können, sind jedoch allgemein verfügbar geworden.
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Kälteprozess, Druck-Enthalpie-Diagramm
- tc = Verflüssigungstemperatur
- pc = Verflüssigungsdruck
- tl = Flüssigkeitstemperatur
- t0 = Verdampfungstemperatur
- p0 = Verdampfungsdruck
Das kondensierte Kältemittel im Kondensator befindet sich im Zustand A, der auf der Linie für den Siedepunkt der Flüssigkeit liegt. Die Flüssigkeit hat also eine Temperatur tc, einen Druck pc, auch Sättigungstemperatur und -druck genannt.
Die im Kondensator kondensierte Flüssigkeit wird im Kondensator weiter auf eine niedrigere Temperatur A1 abgekühlt und hat nun eine Temperatur tl und eine Enthalpie h0. Die Flüssigkeit ist nun unterkühlt, was bedeutet, dass sie auf eine niedrigere Temperatur als die Sättigungstemperatur gekühlt wird.
Die kondensierte Flüssigkeit im Sammler befindet sich im Zustand A1, der unterkühlte Flüssigkeit ist. Diese Flüssigkeitstemperatur kann sich ändern, wenn der Empfänger und die Flüssigkeit durch die Umgebungstemperatur entweder erwärmt oder gekühlt werden. Wenn die Flüssigkeit gekühlt wird, nimmt die Unterkühlung zu und umgekehrt.
Wenn die Flüssigkeit das Expansionsventil passiert, ändert sich ihr Zustand von A1 nach B. Diese bedingte Änderung wird durch die siedende Flüssigkeit aufgrund des Druckabfalls auf p0 bewirkt. Gleichzeitig entsteht durch den Druckabfall ein niedrigerer Siedepunkt t0.
Im Expansionsventil ist die Enthalpie konstant h0, da weder Wärme zugeführt noch abgeführt wird.
Am Verdampfereinlass, Punkt B, gibt es ein Gemisch aus Flüssigkeit und Dampf, während im Verdampfer bei C gesättigter Dampf vorliegt. Am Verdampferausgang 4. Kälteprozess, Druck-Enthalpie-Diagramm Punkt C1 befindet sich überhitzter Dampf, dh das Sauggas wird auf eine höhere Temperatur als die Sättigungstemperatur erwärmt. Druck und Temperatur sind am Punkt B und am Auslasspunkt C1 gleich, wo das Gas überhitzt wird, der Verdampfer Wärme aus der Umgebung aufgenommen hat und sich die Enthalpie zu h1 geändert hat.
Wenn das Kältemittel den Kompressor passiert, ändert sich sein Zustand von C1 nach D. Der Druck steigt auf den Verflüssigungsdruck pc. Die Temperatur steigt auf Thotgas an, das höher ist als die Kondensationstemperatur tc, weil der Dampf stark überhitzt wurde. Es wurde auch mehr Energie (vom Elektromotor) in Form von Wärme eingebracht und die Enthalpie ändert sich daher zu h2.
Am Kondensatoreintritt, Punkt D, herrscht also überhitzter Dampf beim Druck pc. Vom Kondensator wird Wärme an die Umgebung abgegeben, so dass sich die Enthalpie wieder zum Hauptpunkt A1 ändert. Zunächst erfolgt im Kondensator ein bedingter Wechsel von stark überhitztem Dampf zu Sattdampf (Punkt E), dann eine Kondensation des Sattdampfes. Von Punkt E bis Punkt A bleibt die Temperatur (Kondensationstemperatur) gleich, da Kondensation und Verdampfung bei konstanter Temperatur erfolgen. Von Punkt A bis Punkt A1 im Kondensator wird die kondensierte Flüssigkeit weiter abgekühlt, aber der Druck bleibt gleich und die Flüssigkeit ist nun unterkühlt.
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