Funktionsweise einer Klimaanlage

Die Geschichte der Klimaanlage

Anfang des 20. Jahrhunderts wurde die erste funktionsfähige Klimaanlage vom US-amerikanischen Ingenieur Willis Haviland Carrier erfunden. Das Gerät sollte zunächst die Luftfeuchtigkeit reduzieren, die Kühlung war nur ein Nebeneffekt. Er kühlte Heizungsrohre mithilfe von Wasser und blies die Luft mithilfe eines Ventilators in den Raum. Carrier ließ seine Maschine als „Apparat zur Behandlung von Luft“ patentieren. Er gründete 1915 die Carrier Engineering Corporation, bis heute eine marktführende Firma im Bereich Klimaanlagen.

Umwelteinflüsse durch Klimaanlagen

Carrier nutzte noch Wasser als Kältemittel. Doch wurden bald Kältemittel entwickelt, die effektiver zu kühlen vermögen. Die Verwendung vom ozonabbauenden Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW) als Kältemittel in Klimaanlagen ist heute untersagt, war aber bis ins 21. Jahrhundert weit verbreitet. Tritt bei lecken Anlagen das Gas aus, steigt es in die Atmosphäre auf und trägt zum Abbau der Ozonschicht bei. Das zunehmend umweltbewusste Konsumverhalten der VerbraucherInnen bewirkte ein Umdenken. Doch sind auch heute noch klimaschädigende Kältemittel im Einsatz. Am wenigsten klimaschädlich ist das Kältemittel R290 (Propan). Leider findet es bisher fast ausschließlich in Monoblock-Geräten Anwendung (Stand 2019). In Split-Anlagen ist es fast gar nicht vorzufinden. In über 95% der in Deutschland eingesetzten Klimaanlagen wird sehr klimaschädliches Kältemittel verwendet.

Die Energieeffizienz der Anlagen ist heutzutage sehr gut. Das Milieu in Klimaanlagen sollte regelmäßig kontrolliert und bei Bedarf sollten sie gesäubert werden, denn das Wachstum von Mikroorganismen und Krankheitserregern im Inneren der Anlage muss verhindert werden.

Wärmeausgleich zwischen zwei Systemen

Eine Klimaanlage besitzt die Aufgabe, Wärmeenergie von einem Ort, wie beispielsweise Ihrem Büro oder Ihrer Wohnung, zu transportieren und an die Umgebung abzugeben. Die Wärmeenergie eines Stoffes wird aus dem Produkt der absoluten Temperatur, der Masse und der spezifischen Wärmekapazität des betrachteten Stoffes berechnet. Wird einem Stoff Wärmeenergie zugeführt, erhöht sich dessen kinetische Energie. Bei der Wärmeübertragung erfolgt ein Ausgleich zwischen zwei Systemen, die eine unterschiedliche Temperatur besitzen. Das System mit der hohen Temperatur überträgt seine kinetische Energie auf das System mit der niedrigen Temperatur so lange, bis ein Wärmeausgleich erfolgte und sich ein thermisches Gleichgewicht eingependelt hat.

Prinzip der Kältemaschine

Eine Klimaanlage wird als technische Anlage genutzt, um eine qualitativ angenehme Raumluft zu schaffen. Zusätzlich zur Kühlung oder Heizung kann die Luft auch gefiltert werden. Eine Klimaanlage funktioniert nach dem Prinzip einer Kältemaschine, wie beispielsweise Ihr Kühl- oder Gefrierschrank. Jedoch besteht ein gravierender Unterschied. Klimaanlagen besitzen oftmals ein Innen- und ein Außengerät. Beide Geräte müssen miteinander verbunden werden. Das wird durch zwei isolierte Kupferleitungen und einem elektrischen Kabel bewerkstelligt. Verschiedene Ausführungen haben sich alsGerät für den Innenraum bewährt. So gibt es innovative Wand-, Decken- und Standgeräte. Wärmepumpengeräte können kühlen oder heizen. Dies geschieht mittels Ventilation oder Automatik. Das Außengerät wird in der Regel an der Hauswand befestigt.

Arbeitsweise im Kühlbetrieb

Arbeitet die Klimaanlage im Kühlbetrieb, saugt der Kompressor das gasförmige Kältemittel an. Dieses Kältemittel wird verdichtet. Das auf diese Weise erhitzte Kältemittel wird vom Kompressor zum Verflüssiger, das Außengerät gepumpt. Dort wird das Kältemittel mithilfe eines Ventilators abgekühlt und verflüssigt. Das flüssige Kältemittel steht unter hohem Druck. Über eine Verbindungsleitung wird es vom Außengerät zum Verdampfer im Innengerät weitergeleitet.

Im Innengerät wird das flüssige Kältemittel verdampft, dafür muss Wärmeenergie aufgebracht werden, welche der Raumluft entzogen wird. Technisch wird dies realisiert, indem mithilfe eines Ventilators die warme Raumluft angesaugt und über die Lamellen des Verdampfers geführt wird. Die somit abgekühlte Raumluft wird wieder an den Raum abgegeben. Das gasförmige Kältemittel wird jetzt wieder vom Kompressor des Außengerätes angesaugt und der Kältekreislauf ist geschlossen. Beim Verdampfen kondensiert im Innengerät die Raumluft zu einem Kondensat. Dieser Stoff wird in einem Kondensatbehältnis gesammelt und wird über eine Rohrleitung abgeleitet. Klimageräte können bei einer Außentemperatur zwischen 20°C und 40°C effektiv kühlen.

Arbeitsweise im Heizbetrieb

Beim Heizbetrieb verläuft der Kältekreislauf entgegengesetzt. Das bedeutet, dass der Außenluft Wärme entzogen wird und das Innengerät diese Wärme wieder abgibt. Klimageräte heizen effektiv bei einer Außentemperatur von -10°C bis +10°C.