Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik lautet, von Clausius formuliert:

"Wärme kann nicht von selbst von einem kälteren zu einem wärmeren Körper, sei es direkt oder indirekt, übergehen."

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Bedeutend für die Kältetechnik ist der Zusatz "von selbst", denn er sagt auch, dass durch Einflussnahme von außen sehr wohl einem abgeschlossenen System Wärme bei tiefer Temperatur entnommen und bei höherer Temperatur wieder abgegeben werden kann. Wärme bei tiefer Temperatur heißt im Sprachgebrauch "Kälte erzeugen". Dieser Vorgang wird in Kälteanlagen verwirklicht.

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Um zu kühlen, muss man also vorhandene Wärme durch Arbeitsaufwand dort wegnehmen, wo man es kälter haben will. Da aber Energie nicht verschwinden kann, muss diese entzogene Wärme bei entsprechend höherer Temperatur wieder an ein verfügbares Kühlmedium (Umgebung) abgegeben werden. Die Wärme muss also vom niedrigen Temperaturniveau des gewünschten Wärmeentzugs auf ein höheres Temperaturniveau für die Wärmeabgabe "hochgepumpt" werden.

 

Eine Anlage, die eine derartigen thermodynamischen Prozess durchführt, nennt man, je nach dem gewünschten Nutzeffekt:

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• Kälteanlage (Kältemaschine), wenn die bei der niedrigen Temperatur entzogene Wärme pro Zeiteinheit, die Kälteleistung der gewünschte Nutzen ist.

• Wärmepumpe, wenn die bei der höheren Temperatur abgegebene Wärmemenge pro Zeiteinheit, die Heizleistung der gewünschte Nutzen ist, bzw. auch, wenn beide Wärmeströme ganz oder teilweise Nutzleistungen sind.

 

Zur Realisierung eines derartigen thermodynamischen Prozesses gibt es verschiedene Verfahren, die auf unterschiedlichen physikalischen Vorgängen beruhen. Die gebräuchlichsten sind:

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• Kompressionskälteprozess, unter Zufuhr mechanischer Energie

• Kaltdampfkälteprozess mit Kältemitteln, die bei den Arbeitstemperaturen den Aggregatzustand zwischen Dampfphase und Flüssigkeitsphase ändern.

• Kaltluftkälteprozess mit Luft als Kältemittel, ohne Aggregatszustandsänderung

• Dampfstrahlkälteprozess z. B. mit Wasserdampf als Treibmittel und Wasser als Kältemittel.

• Sorbtionskälteprozess, unter Zufuhr von Wärme-Energie

• Absorptionskälteprozess, wobei das Kältemittel in einem Lösemittelkreislauf von niedrigem auf hohes Temperaturniveau gehoben und durch Wärmezufuhr wieder für den Kälteprozess freigesetzt wird.

• Adsorptionskälteprozess, wobei das Kältemittel an einen festen Stoff angelagert und periodisch durch Wärmezufuhr wieder freigesetzt wird, durch zwei parallel und wechselweise betriebene Anlagen wird ein quasi-stetiger Kühlprozess erreicht.

• Thermoelektrischer Kälteprozess, unter Zufuhr elektrischer Energie (auch als Peltier-Kälteprozess bezeichnet).

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