Køleteknik og kølemiddelhåndtering (F-gas)

En varmepumpe og et køleanlæg er teknisk set den samme maskine: en kølekreds, der flytter varme fra et koldt sted til et varmt. I et køleskab flyttes varmen ud af skabet; i en varmepumpe flyttes varme fra udeluft, jord eller vand ind i huset. Fordi processen bruger et kølemiddel under tryk, er den både teknisk krævende og stærkt reguleret — kølemidlerne er kraftige drivhusgasser, og arbejdet er certifikatpligtigt.

Kølekredsen udnytter, at en væske optager varme, når den fordamper, og afgiver varme, når den kondenserer. Ved at styre trykket kan man vælge, hvor fordampningen og kondenseringen sker — og dermed flytte varme fra koldt til varmt. Fire komponenter driver kredsløbet:

• 01Fordamper: kølemidlet fordamper ved lavt tryk og lav temperatur og OPTAGER varme fra omgivelserne (udeluft, jord, kølerum). Her bliver det koldt.
• 02Kompressor: suger den kolde damp og komprimerer den, så tryk og temperatur stiger kraftigt. Det er her el-arbejdet tilføres.
• 03Kondensator: den varme, komprimerede damp AFGIVER sin varme og kondenserer til væske ved højt tryk. Her leveres den nyttige varme (i en varmepumpe).
• 04Ekspansionsventil: sænker trykket på væsken igen, så den bliver kold og klar til at fordampe — kredsen starter forfra.

Køleteknikkens vigtigste værktøj er log p,h-diagrammet (trykentalpi-diagrammet). Det tegner kølemidlets tilstand op med trykket p (logaritmisk) på den lodrette akse og entalpien h (varmeindhold pr. kg) på den vandrette. Ind i diagrammet er tegnet en klokkeformet mætningskurve: til venstre for klokken er kølemidlet ren væske, til højre ren damp, og inde under klokken er det en blanding af væske og damp. De fire kredsløbstrin danner tilsammen en firkant i diagrammet.

• 01Fordampning: vandret mod højre inde under klokken ved det lave tryk — kølemidlet optager varme og går fra væske til damp ved konstant fordampningstryk og -temperatur.
• 02Kompression: opad langs en linje med (næsten) konstant entropi — kompressoren hæver trykket, og punktet flytter op til det høje tryk til højre for klokken (overhedet damp).
• 03Kondensering: vandret mod venstre ved det høje tryk — dampen køles, kondenserer og afgiver varme ved konstant kondenseringstryk og -temperatur.
• 04Ekspansion: lodret nedad ved (næsten) konstant entalpi gennem ekspansionsventilen — trykket falder tilbage til fordampningstrykket, og kredsen starter forfra.

Diagrammet gør de usynlige tryk og temperaturer aflæselige: fordampnings- og kondenseringstrykket ses direkte som de to vandrette linjer, og de tilhørende mætningstemperaturer aflæses, hvor linjerne skærer klokkekurven. Længden af fordamperlinjen på entalpi-aksen er den optagne kuldeydelse pr. kg, kondensatorlinjen er den afgivne varme pr. kg, og forskellen er kompressorarbejdet. To bevidste tillæg tegnes med: overhedning (dampen varmes lidt ekstra efter fordamperen, så der aldrig suges væske ind i kompressoren) og underkøling (væsken køles lidt under kondenseringstemperaturen, så der sikkert står væske foran ekspansionsventilen). Begge aflæses som vandrette stykker uden for klokken.