Freikühlung oder Kompressorkühlung?

Mittels Freikühlung kann man den Kühlbedarf decken, ohne für die Kühlung zahlen zu müssen. Im Winter ist das Prinzip gut nachvollziehbar: Wir können Lebensmittel im Freien lagern, um die Freikühlung der Natur zu nutzen, anstelle sie in den Kühl- oder Gefrierschrank zu legen. Ähnlich gehen wir vor, um die Temperatur eines Kältemittels zu senken, ohne dazu Kälte erzeugen zu müssen. Dies spart Energie.

Nutzung kalter Außenluft als Freikühlung

Man kann das Prinzip der Freikühlung sowohl mit wasser- als auch luftbasierten Anlagen nutzen. In der einfachsten Form wird Außenluft in  luftbasierten Anlagen verwendet, die mit einem Wärmetauscher für die Außenluft versehen sind. Damit dies funktioniert, sollte die Außentemperatur 16 °C nicht überschreiten, was in den meisten Gegenden Europas während eines großen Teil des Jahres gewährleistet ist.

Bei Kühlgeräten in wasserbasierten Anlagen wird der Wärmetauscher für die Außenluft in das Kühlgerät eingebaut, und zwar zwischen den Kältemittel- und den Kälteträger-Kreislauf. Bei ausreichend kühler Außenlufttemperatur wird das gesamte Wasser durch die Außenluft gekühlt (= Freikühlung) und nicht mit dem Kühlgerät. Bei ca. 10 °C schaltet das System um.

Fernkühlung gewinnt zusehends an Bedeutung

Inzwischen werden immer mehr Bürokomplexe, Einkaufszentren und andere größere Gebäude von Energieanbietern mit Fernkühlung versorgt. Bei dieser Art der Kühlung kann es sich um Freikühlung handeln, beispielsweise um Kälteenergie aus Seewasser, oder aber man verwendet die Energie in der Fernwärme, um gekühltes Wasser zu erzeugen, das dann in Komfortkühlgeräten auf die erforderliche Temperatur für die Lüftungsluft der Anlage gebracht wird.

Kompressorkühlung – das klassische Kühlungsverfahren

Kompressoren, auch Verdichter genannt, sind seit Langem die üblichste Form der Kühlung, und die von ihnen erzeugte Kühlung nennt man gemeinhin auch maschinelle Kühlung. Auf der Basis von Verdichtung arbeitende Kühlgeräte (auch Kältemaschinen genannt) sind sehr flexibel, wenn man Gebäude kühlen will. Die erzeugte Kälteenergie wird entweder dem Kühlregister eines Lüftungsgeräts zugeführt oder direkt zu den Kühlbalken in jedem Raum geleitet.

Alle Kühlgeräte haben einen geschlossenen Kältemittelkreislauf, und als Kältemittel werden beispielsweise Halogenkohlenwasserstoffe oder Flüssigkeiten auf Ammoniakbasis verwendet. Der Verdichter des Geräts erhöht den Druck im Kältemittel, wodurch sich dieses erwärmt und gasförmig wird. Danach passiert es einen Wärmetauscher/Kondensator, wo es abkühlt und kondensiert, d. h. es nimmt wieder den flüssigen Aggregatszustand an. Anschließend wird die Flüssigkeit durch ein Expansionsventil geleitet, das den Druck schnell absenkt, um das Kältemittel abzukühlen. Die Flüssigkeit passiert dann einen weiteren Wärmetauscher, den man Verdampfer nennt. Dieser überträgt die Kälteenergie des Kältemittels auf einen Kälteträger (Wasser oder Luft), der die Kälteenergie dorthin weiterleitet, wo sie gebraucht wird.

Die Wärmepumpe ist ein umgekehrter Kühlkompressor

Der Kondensator der Anlage steht entweder im Freien, wo er durch die Außenluft gekühlt wird, oder im Inneren des Gebäudes, wo er durch einen Flüssigkeitskreislauf gekühlt wird, dessen Kühlung sich im Freien befindet. Mit anderen Worten nutzt man elektrische Energie zum Antrieb des Verdichters, um Wärme von einem Innenraum zu einem Außenraum (beispielsweise ins Freie) zu leiten. Bei Wärmepumpen ist die Funktion umgekehrt: Bei ihnen wird die in der Außenluft enthaltende Wärmeenergie genutzt, um die Luft im Haus zu erwärmen. Der Außenluft wird dadurch Wärme entzogen. Anstelle von Kälteträgern spricht man hier vom Wärmeträgern.