Die Physik der Kältetechnik

Warum steigt der Hochdruck einer Kälteanlage bei einer Hitzewelle?

Hohe Außentemperaturen bedeuten nicht automatisch ein Problem – sie erhöhen jedoch die Anforderungen an jede Kälteanlage.

Während einer Hitzewelle berichten viele Betreiber von steigenden Stromkosten, längeren Verdichterlaufzeiten und Hochdruckstörungen. Schnell entsteht der Eindruck, dass die Kälteanlage "nicht mehr genügend Leistung" besitzt.

In Wirklichkeit arbeitet sie häufig exakt so, wie sie konstruiert wurde.

Das eigentliche Problem liegt in den physikalischen Randbedingungen.

Wie funktioniert der Verflüssiger?

Nachdem der Verdichter das gasförmige Kältemittel verdichtet hat, besitzt dieses:

• einen hohen Druck,
• eine hohe Temperatur,
• und einen hohen Energieinhalt.

Diese Wärme muss anschließend über den Verflüssiger an die Umgebung abgegeben werden.

Erst danach kann das Kältemittel wieder verflüssigt werden und der eigentliche Kälteprozess beginnt von vorne.

Der Verflüssiger arbeitet daher wie ein Wärmetauscher zwischen Kältemittel und Außenluft.

Warum wird es im Sommer schwieriger?

Wärme fließt grundsätzlich immer vom wärmeren zum kälteren Medium.

Je größer dieser Temperaturunterschied ist, desto einfacher funktioniert der Wärmeübergang.

Beispiel:

• Außentemperatur Frühjahr: 20 °C
• Verflüssigungstemperatur: 35 °C

Temperaturdifferenz:

15 Kelvin

An einem heißen Sommertag:

• Außentemperatur: 38 °C

Damit der Verflüssiger weiterhin genügend Wärme abgeben kann, muss das Kältemittel deutlich heißer werden.

Die Verflüssigungstemperatur steigt beispielsweise auf:

50 bis 55 °C

Dadurch steigt zwangsläufig auch der Hochdruck im Kältekreislauf.

Warum benötigt der Verdichter jetzt mehr Energie?

Mit steigendem Hochdruck muss der Verdichter das Kältemittel gegen einen höheren Widerstand verdichten.

Das bedeutet:

• höhere Verdichtungsarbeit,
• höhere Stromaufnahme,
• längere Laufzeiten,
• höhere Bauteiltemperaturen.

Die Kälteanlage erzeugt also weiterhin dieselbe Kühlleistung – benötigt dafür jedoch deutlich mehr elektrische Energie.

Was bedeutet das für den COP?

Der COP (Coefficient of Performance) beschreibt das Verhältnis zwischen erzeugter Kälteleistung und eingesetzter elektrischer Leistung.

Je höher der Hochdruck wird, desto schlechter wird dieser Wirkungsgrad.

Die Folgen:

• steigende Betriebskosten,
• sinkende Energieeffizienz,
• höhere Belastung des Verdichters,
• geringere Leistungsreserven.

Welche Faktoren verschärfen das Problem zusätzlich?

Neben der Außentemperatur beeinflussen weitere Faktoren den Hochdruck:

• verschmutzte Verflüssiger,
• blockierte Luftwege,
• verschmutzte Lüfter,
• direkte Sonneneinstrahlung,
• unzureichende Belüftung,
• hohe Umgebungstemperaturen in Technikräumen.

Oft wirken mehrere dieser Faktoren gleichzeitig.

Woran erkennt man steigenden Energiebedarf?

Nicht jede Anlage verfügt über eine permanente Hochdruckmessung.

Dennoch lassen sich Veränderungen häufig indirekt erkennen.

Typische Hinweise sind:

• längere Verdichterlaufzeiten,
• häufigere Start-Stopp-Zyklen,
• steigender Stromverbrauch,
• längere Abkühlzeiten nach Türöffnungen,
• zunehmende Vereisung des Verdampfers durch längere Laufzeiten.

Temperatur allein erzählt nicht die ganze Geschichte

Eine Kühlanlage kann ihre Solltemperatur weiterhin zuverlässig einhalten und dennoch deutlich ineffizienter arbeiten.

Deshalb lohnt sich die Betrachtung weiterer Messgrößen.

Neben der Temperatur liefern insbesondere:

• Luftfeuchtigkeit,
• Taupunkt,
• Temperaturverläufe,
• Alarmhistorien
• und Laufzeitentwicklungen

wertvolle Hinweise auf Veränderungen im Anlagenzustand.

Intelligente Überwachung statt reiner Grenzwerte

Moderne Überwachungssysteme erfassen heute nicht mehr ausschließlich Temperaturwerte.

Durch die Kombination von Temperatur, relativer Luftfeuchtigkeit und automatisch berechnetem Taupunkt lassen sich thermodynamische Zusammenhänge wesentlich besser beurteilen.

Die LoRaFOXX Temperatur- und Feuchtesensoren erfassen diese Messgrößen kontinuierlich. In der PolarFOXX Cloud wird daraus unter anderem der Taupunkt berechnet. Dadurch können Betreiber Veränderungen erkennen, die auf steigenden Feuchteeintrag, zunehmende Vereisung oder einen sinkenden Anlagenwirkungsgrad hindeuten – häufig lange bevor Grenzwerte überschritten werden.

Langfristig bilden genau solche Messgrößen die Grundlage für intelligente Zustandskennzahlen, mit denen sich Veränderungen im Anlagenverhalten frühzeitig erkennen und Wartungsmaßnahmen gezielt planen lassen.

Fazit

Hohe Außentemperaturen erhöhen nicht automatisch die Kühlleistung, die eine Anlage erzeugen muss – sie erschweren jedoch die Wärmeabgabe über den Verflüssiger.

Dadurch steigt der Hochdruck, der Verdichter benötigt mehr Energie und der COP sinkt.

Wer den Zustand einer Kälteanlage langfristig bewerten möchte, sollte deshalb nicht ausschließlich auf die Temperatur achten. Erst das Zusammenspiel verschiedener Messgrößen ermöglicht eine fundierte Beurteilung der Energieeffizienz und des Anlagenzustands.