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- Herausgeber: tredition
- Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
- Sprache: Englisch
Grundlagen der Kältetechnik anschaulich und praktisch erklärt; zweisprachig Englisch Deutsch Fundamentals of refrigeration a practical approach; bilingual English German
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Seitenzahl: 361
Veröffentlichungsjahr: 2025
Ähnliche
3
Inhalt // Contents
3
Inhalt // Contents
Inhalt
Vorwort
1.
Grundlagen der Thermodynamik
1.1
Einführung
1.2
Temperatur
1.3
Druck
1.3.1
Druckeinheiten
1.3.2
Druckmessung
1.3.3
Manometer, Überdruck und absoluter
Druck
1.4
Enthalpie, Aggregatzustands-
änderungen, Begriffe
1.5
Nassdampftabelle, Dampfdruckkurve
1.6
Dichte und spezifisches Volumen
2.
Funktion der Kälteanlage
3.
Kältetechnische Kenngrößen
3.1
Leistung, Energieeffizienz, Leistungs-
zahlen (EER, COP), Arbeitszahl, SEER,
SEPR, Sauggasüberhitzung, Flüssig-
keitsunterkühlung
3.1.1
Arbeit, Wärme
3.1.2
Leistung
3.1.3
Leistungszahlen (EER und COP)
3.1.4
Saisonaler EER (SEER), COP/EER
(SEPR), saisonaler COP (SCOP)
3.1.5
Jahresarbeitszahl
3.2
Sauggasüberhitzung
3.2.1
Gründe für die Überhitzung, Definition
3.2.2
Wie wird Überhitzung erreicht?
3.2.3
Beispiel für Überhitzung
3.3
Flüssigkeitsunterkühlung
Contents
Foreword
1.
Fundamentals of thermodynamics
1.1
Introduction
1.2
Temperature
1.3
Pressure
1.3.1
Units of pressure
1.3.2
Measuring pressure
1.3.3
Pressure gauge, overpressure and
absolute pressure
1.4
Enthalpy, changes in physical state,
terms
1.5
Table of thermophysical data, vapour
pressure curve
1.6
Density and specific volume
2.
Function of a refrigeration system
3.
Refrigeration parameters
3.1
Power, energy efficiency, performance
coefficients (EER, COP), energy
performance ratio, SEER, SEPR, suction
gas superheating, liquid subcooling
3.1.1
Work, heat
3.1.2
Power
3.1.3
Performance coefficients (EER and COP)
3.1.4
Seasonal EER (SEER), COP/EER (SEPR),
seasonal COP (SCOP)
3.1.5
Seasonal performance factor
3.2
Suction gas superheat
3.2.1
Reasons for superheating, definition
3.2.2
How is superheating achieved?
3.2.3
Superheating example
3.3
Liquid subcooling
9
12
12
12
16
16
16
18
21
24
27
29
34
34
34
34
35
36
37
37
37
41
42
43
Inhalt // Contents
4
Inhalt // Contents
3.3.1
Gründe für die Unterkühlung, Definition
3.3.2
Wie wird Unterkühlung erreicht?
3.3.3
Beispiel für Unterkühlung
4.
Hauptkomponenten des Kältemittel-
kreislaufs
4.1
Verdampfer
4.1.1
Einführung, Verdampferleistung
4.1.2
Trockene und überflutete Verdampfung
4.1.3
Verdampferbauarten
4.2
Drosselorgane/Expansionsorgane
4.2.1
Kapillarrohr
4.2.2
Thermostatische Expansionsventile
4.2.3
Elektronische Expansionsventile
4.2.4
Schwimmerventile
4.3
Verflüssiger
4.3.1
Zonen im Verflüssiger
4.3.2
Verflüssigerbauarten
4.4
Verdichter
4.4.1
Verdichterkenndaten
4.4.2
Leistungsangaben
4.4.3
Verdichtereinsatzgrenzen
4.4.4
Verdichterbauarten
4.4.5
Verdichterleistungsregelung
5.
Weitere Komponenten des Kältemittel-
kreislaufs
5.1
Filtertrockner
5.1.1
Allgemeines
5.1.2
Aufgaben des Filtertrockners
5.1.3
Bauarten
5.1.4
Anwendungshinweise
4
43
44
46
48
48
48
49
53
56
57
58
65
67
69
69
71
78
78
81
85
87
97
105
105
105
107
107
109
3.3.1
Reasons for subcooling, definition
3.3.2
How is subcooling achieved?
3.3.3
Subcooling example
4.
Main components in a refrigerant circuit
4.1
Evaporator
4.1.1
Introduction, evaporator capacity
4.1.2
Dry and flooded evaporation
4.1.3
Evaporator designs
4.2
Expansion devices
4.2.1
Capillary tube
4.2.2
Thermostatic expansion valves
4.2.3
Electronic expansion valves
4.2.4
Float valves
4.3
Condenser
4.3.1
Condenser sections
4.3.2
Condenser designs
4.4
Compressor
4.4.1
Compressor parameters
4.4.2
Performance data
4.4.3
Compressor application limits
4.4.4
Compressor designs
4.4.5
Compressor load control
5.
Additional components in a refrigerant
circuit
5.1
Filter dryer
5.1.1
General
5.1.2
Filter dryer function
5.1.3
Designs
5.1.4
Application notes
5
Inhalt // Contents
5
Inhalt // Contents
110
111
111
112
114
115
117
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129
129
129
130
131
132
133
135
136
137
5.2
Sight glass
5.3
Oil separator
5.3.1
General
5.3.2
Function
5.4
Liquid receiver
5.5
Suction accumulator
5.6
Safety devices for protection against
excessive pressure
5.6.1
General
5.6.2
Designs
5.6.3
Design and adjustment of a pressure limiter
5.7
Solenoid valve
5.8
Check valve
6.
Refrigerants
6.1
Refrigerant classification and desig-
nations
6.1.1
Classification according to molecular
structure
6.1.2
Refrigerant mixtures (blends)
6.1.3
Natural refrigerants
6.2
Refrigerant properties
6.2.1
Overview of frequently used refrigerants
6.2.2
Safety classes of refrigerants
6.2.3
Pressure level
6.2.4
Discharge temperature
6.2.5
Performance and efficiency
6.2.6
Chemical properties
6.2.7
Application ranges of refrigerants
6.3
Environmental compatibility, legislation
5.2
Schauglas
5.3
Ölabscheider
5.3.1
Allgemeines
5.3.2
Funktion
5.4
Flüssigkeitssammler
5.5
Flüssigkeitsabscheider
5.6
Sicherheitseinrichtungen gegen
unzulässige Druckbeanspruchung
5.6.1
Allgemeines
5.6.2
Bauarten
5.6.3
Aufbau und Einstellung eines Druck-
wächters
5.7
Magnetventil
5.8
Rückschlagventil
6.
Kältemittel
6.1
Einteilung und Bezeichnung der Kälte-
mittel
6.1.1
Einteilung nach dem molekularen Aufbau
6.1.2
Kältemittelgemische
6.1.3
Natürliche Kältemittel
6.2
Eigenschaften von Kältemitteln
6.2.1
Übersicht über häufig verwendete Kälte-
mittel
6.2.2
Sicherheitsklassifikation von Kältemitteln
6.2.3
Drucklage
6.2.4
Verdichtungsendtemperatur/Heißgas-
temperatur
6.2.5
Leistungsfähigkeit und Effizienz
6.2.6
Chemische Eigenschaften
6.2.7
Einsatzbereiche der Kältemittel
6.3
Umweltverträglichkeit, Gesetzgebung
Inhalt // Contents
6
Inhalt // Contents
6
137
139
143
143
143
145
145
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146
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148
149
149
150
151
151
152
156
157
158
6.3.1
ODP (ozone depletion potential)
6.3.2
GWP (global warming potential)
7.
Refrigeration compressor oil
7.1
Function of refrigeration compressor oil
7.2
Important properties
7.3
Classification of refrigeration
compressor oils
7.3.1
Overview of oils used
7.3.2
Mineral oil (MO)
7.3.3
Alkylbenzene oil (AB)
7.3.4
Polyolester oil (POE)
7.3.5
Polyalkylene glycol oil (PAG)
7.3.6
Polyvinyl ether oil (PVE)
7.3.7
Poly-alpha-olefins (PAO)
8.
Introduction to the lg p-h diagram
8.1
Structure of the lg p-h diagram
8.2
Description of axes
8.2.1
Pressure (y-axis)
8.2.2
Specific enthalpy (x-axis)
8.3
Bubble line, dew line
and critical point K
8.4
8.5
8.6
8.7
Example
8.8
Lines of constant vapour quality
8.9
Isochoric lines
8.10
6.3.1
ODP (ozone depletion potential, Ozon-
abbaupotenzial)
6.3.2
GWP (global warming potential, Treibhaus-
potenzial)
7.
Kältemaschinenöl
7.1
Aufgabe des Kältemaschinenöls
7.2
Wichtige Eigenschaften
7.3
Einteilung der Kältemaschinenöle
7.3.1
Übersicht über die verwendeten Öle
7.3.2
Mineralöl (MO)
7.3.3
Alkylbenzolöl (AB)
7.3.4
Polyolesteröl (POE)
7.3.5
Polyalkylenglykolöl (PAG)
7.3.6
Polyvinyletheröl (PVE)
7.3.7
Polyalphaolefine (PAO)
8.
Einführung in das lg p, h-Diagramm
8.1
Aufbau des lg p, h-Diagramms
8.2
Achsenbeschreibung
8.2.1
Druck (y-Achse)
8.2.2
Spezifische Enthalpie (x-Achse)
8.3
Siedelinie, Taulinie
und kritischer Punkt K
8.4
8.5
8.6
8.7
Beispiel
8.8
8.9
Isochoren
8.10
7
Inhalt // Contents
7
Inhalt // Contents
8.11
Arbeiten mit dem lg p, h-Diagramm
8.12
Druckabfall von Wärmeübertragern
9.
Inbetriebnahme/Service
9.1
Allgemeines
9.2
Arbeitsschritte bei einer Inbetriebnahme
9.2.1
Sichtprüfung
9.2.2
Druckprüfung
9.2.3
Dichtheitsprüfung
9.2.4
Evakuieren
9.2.5
Befüllen, Ermitteln der erforderlichen Füll-
menge
9.2.6
Probelauf, Überprüfung und Einstellung der
Sicherheitseinrichtungen
9.2.7
Dokumentation, Kennzeichnung
9.3
Instandhaltung/Instandsetzung
9.4
Absaugen und Umfüllen von Kältemittel
9.5
Dichtheitsprüfmethoden
9.5.1
Druckabfallprüfung (Druckstandsprobe)
9.5.2
Druckanstiegsprüfung (Vakuumprüfung)
9.5.3
Blasentauchprüfung
9.5.4
Lecksuche durch Seifenblasentest
9.5.5
Lecksuche mit Indikatorflüssigkeiten
9.5.6
Lecksuche mit Halogenlecksuchgeräten
9.5.7
Lecksuche mit Helium oder Wasserstoff
10.
Fehlersuche
10.1
Grundvoraussetzungen für die Fehler-
suche
10.2
Vorgehensweise bei der Fehlersuche
10.2.1 Fehlerbeschreibung
160
161
163
163
164
164
164
167
168
171
173
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174
175
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176
177
177
178
178
179
181
182
182
182
183
8.11
Working with the lg p-h diagram
8.12
Pressure drop in heat exchangers
9.
Commissioning/service
9.1
General
9.2
Commissioning steps
9.2.1
Visual inspection
9.2.2
Pressure testing
9.2.3
Tightness testing
9.2.4
Evacuation
9.2.5
Charging refrigerant, determining the
necessary volume
9.2.6
Test run, checking and adjusting the safety
devices
9.2.7
Documentation, marking
9.3
Maintenance/repairs
9.4
Removal and recovery of refrigerant
9.5
Tightness testing methods
9.5.1
Pressure drop test (constant pressure level
test)
9.5.2
Pressure rise test (vacuum test)
9.5.3
Bubble immersion test
9.5.4
Leak detection using soap bubble test
9.5.5
Leak detection using indicator liquids
9.5.6
Leak detection using halogen leak
detectors
9.5.7
Leak detection using helium or hydrogen
10.
Troubleshooting
10.1
Fundamental troubleshooting require-
ments
10.2
Troubleshooting procedure
10.2.1 Fault description
Inhalt // Contents
8
Inhalt // Contents
8
10.2.2 Kältemittel
10.2.3 Anlagenaufbau
10.2.4 Sichtprüfung
10.3
Messinstrumente und Messungen bei
der Fehlersuche
10.3.1 Manometer
10.3.2 Thermometer
10.3.3 Messungen
10.3.4 Anhaltswerte für Messergebnisse
10.4
Typische Fehler und mögliche Ursachen
10.4.1 Allgemeines
10.4.2 Symptome bei der Sichtprüfung
10.4.3 Symptome bei der messtechnischen Über-
prüfung
11.
Anhang
11.1
Formelzeichen und Indizes
11.2
Messstellen
11.2.1 Messstellenkodierung
11.2.2 Messstellenbezeichnungen
11.2.3 Fließschema
11.3
Bildzeichen
12.
Bildquellen
Notizen
10.2.2 Refrigerant
10.2.3 Plant design
10.2.4 Visual inspection
10.3
Measuring instruments and measure-
ments for troubleshooting
10.3.1 Pressure gauge
10.3.2 Thermometer
10.3.3 Measurements
10.3.4 Guide values for measurement results
10.4
Typical faults and possible causes
10.4.1 General
10.4.2 Symptoms during visual inspection
10.4.3 Symptoms during measurements
11.
Appendix
11.1
Formula symbols and indexes
11.2
Measuring points
11.2.1 Measuring point coding
11.2.2 Measuring point designations
11.2.3 Flow chart
11.3
Pictographs
12.
Image sources
Notes
183
184
185
187
187
188
188
190
190
190
191
194
199
199
205
205
206
208
209
214
216
9
Vorwort // Foreword
Vorwort
Liebe Leserin, lieber Leser,
die Kälte- und Klimatechnik führt immer noch ein
Schattendasein und nur wenigen ist bekannt, wie sie
eigentlich funktioniert und welche Bedeutung und
Relevanz sie in unserem alltäglichen Leben hat.
Mit diesem Buch wollen wir dem/der interessierten
Einsteiger/-in die faszinierende Welt der Kälte näher-
bringen, anschaulich und mit wenig Vorkenntnissen
(ganz ohne geht es leider nicht) erläutern und vielleicht
ein wenig Interesse für dieses übergreifende Fachge-
biet wecken.
Übergreifend deshalb, weil in der Kälte- und Klima-
technik unglaublich viele Fachgebiete aufeinander-
treffen und man sich in zahlreiche Bereiche je nach
Anwendung einzuarbeiten hat. Somit wird es in der
Kältetechnik niemals langweilig. Das sieht man auch
an der Tatsache, dass jemand, der vom „Kältevirus“
einmal angesteckt ist, eigentlich nichts anderes mehr
machen möchte. Kaum ein Projekt oder eine Anwen-
dung gleicht einem/einer anderen und nur in wenigen
Ingenieurdisziplinen kommen so viele Fachgebiete ver-
eint nebeneinander vor. So braucht man neben Kennt-
nissen der Thermodynamik, um den Kälteprozess
verstehen zu können, Wissen in der Chemie, um die
Stoffe, die Kältemittel und Öle, die darin vorkommen,
richtig anzuwenden. Kenntnisse in Elektronik und
Elektrotechnik sind genauso wichtig wie in Strömungs-
lehre und Tribologie, um nur einige zu nennen. Dabei
sind die Anwendungen und Prozesse zur Kühlung
oder zur Erwärmung noch gar nicht erwähnt. Je nach
Einsatzgebiet, ob man Pflanzen, Obst oder Ähnliches
zu erhalten gedenkt, sind biologische, physiologische
und weitere Grundlagen erforderlich.
Natürlich halten auch die Digitalisierung, Automatisie-
rung und Big Data in unserer Branche Einzug und die
sich daraus ergebenden Möglichkeiten sind riesengroß.
Die Kälte- und Klimatechnik wird oft als Umwelt sünder
dargestellt, dabei kenne ich kaum eine Branche, die
sich so umfassend mit dem Thema Klimawandel,
Effizienz und Nachhaltigkeit nicht nur befasst, sondern
auch entsprechende Maßnahmen ergreift und sie
konsequent umsetzt. Ich möchte sogar so weit gehen
zu behaupten, dass unsere Branche nicht Teil des
Problems, sondern Teil der Lösung der Klimaproble-
matik darstellt.
Wir könnten vorhandene Energiequellen viel sinnvoller
und nachhaltiger nutzen und miteinander verknüpfen.
Mit einer Anwendung in der Kältetechnik kann sogar
elektrische Energie bereitgestellt werden. Als Stichwort
Foreword
Dear Reader,
Refrigeration and air conditioning technology is still
living in the shadows and only a few people are aware
of how it actually works and the importance and rele-
vance it has in our daily lives.
With this book we would like to familiarise interested
newcomers with the fascinating world of refrigeration –
clearly and with little need for prior knowledge (start-
ing from scratch is sadly not possible) – and maybe
arouse some interest in this comprehensive field.
Comprehensive because a vast number of specialised
fields make up the area of refrigeration and air con-
ditioning technology and one has to get acquainted
with numerous areas depending on the application.
As a result, refrigeration never gets boring. This can
be seen by the fact that someone who has been bitten
by the ‘refrigeration bug’ never really wants to do any-
thing else from then on. The projects and applications
are usually completely different from one another and
there are only a few engineering disciplines where
so many specialised fields exist in parallel. Alongside
an understanding of thermodynamics, to be able to
understand the refrigeration process, you also need
an understanding of chemistry to be able to use the
chemicals, refrigerants and oils correctly. Knowledge
of electronics and electrical engineering is just as
important as that in the fields of rheology and trib-
ology, to mention only a few. And the applications and
processes for cooling or heating have not yet been
mentioned. Depending on the area of application,
whether it is plants, fruit or something similar to be
preserved, biological, physiological and further basic
principles are necessary.
Of course, digitalization, automation and big data are
finding their way into our industry and the possibilities
they bring with them are enormous.
Refrigeration and air conditioning technology is often
portrayed as a polluter. However, there are few
industries out there that not only consider the topic
of climate change, efficiency and sustainability, but
also take the appropriate measures and implement
them systematically as our industry does. I would
even go as far as to say that our industry is not part
of the problem, but part of the solution for the climate
problems.
We can use existing sources of energy far more
sensibly and sustainably and combine them with one
another. Electrical energy can even be produced
with a refrigeration application. The organic Rank-
Vorwort // Foreword
10
sei hier nur der Organic Rankine Cycle (ORC) genannt,
der den Rahmen dieses Einsteigerfachbuches aller-
dings sprengen würde. Gerne dürfen Sie mich, verehrte
Leserinnen und Leser, für weiterführende Informatio-
nen kontaktieren.
Als Direktor der SCHAUFLER Academy, des BITZER
eigenen Schulungszentrums, ist mir natürlich der
Wissenstransfer eine Herzensangelegenheit. Es gibt
auch in unserer Branche eine Vielzahl von tollen Fach-
büchern. Für den Quereinsteiger ist allerdings noch
eine Lücke zu schließen und da unsere Branche bzw.
unser Unternehmen global tätig ist, machen wir gleich
eine 2-sprachige Version daraus. Der/Die interessier-
te Leser/-in kann sich so umfassend informieren und
bekommt den Fachjargon in deutscher und englischer
Sprache vermittelt.
Alle neuen BITZER Mitarbeiter/-innen, egal, ob sie im
Finanzwesen, Controlling, in der Informationstechnik
oder einer anderen, eher fachfremden Abteilung arbei-
ten, erhalten vom Team der Academy einen Crashkurs
in Kälte- und Klimatechnik. Um das Wissen nicht im
Sande verlaufen zu lassen, haben wir dieses Fachbuch
entwickelt, so dass das Erlernte nochmals nachgelesen
werden kann.
Ich halte es für wichtig, dass man sich mit dem Be-
tätigungsfeld seines Unternehmens ein wenig auskennt
und auch identifiziert. Darum und um interessierten
Menschen dieses spannende Themengebiet näherzu-
bringen, ist das vorliegende Buch entstanden.
So ein Projekt ist natürlich ein Gemeinschaftsunter-
nehmen mit vielen helfenden Händen. Besonderen
Dank möchte ich Rainer Burger, Michael Stalter und
Prof. Johannes Reichelt vom TWK (Test- und Weiter-
bildungszentrum Wärmepumpen und Kältetechnik
GmbH) aussprechen, die die Grundlage dieses Buches
legten. Dort habe ich mit den Grundkursen der Kälte-
technik vor über 26 Jahren meinen Einstieg in die
Kältetechnik begonnen.
Lobend zu erwähnen sind meine Kollegen Dr. Heinz
Jürgensen und Michael Schwarz, aber auch mein
gesamtes Team, insbesondere Angela Müller und
Tanja Hagenmeyer, die nicht nur tatkräftig unter-
stützten, sondern auch dem Autorenteam den Rücken
entsprechend freihielten.
Ich möchte zudem meinem geschätzten Kollegen,
Mentor und immer interessanten Gesprächspartner
Hermann Renz dieses Buch widmen und ihm be-
sonderen Dank aussprechen. Er ist unter anderem
Autor des inzwischen 21-mal erschienenen Kältemittel-
Reports, wofür er auch die DKV-Münze (Deutscher
Kälte- und Klimatechnischer Verein, eine Organisa-
ine cycle (ORC) is worth mentioning as a keyword
here, which, however, goes beyond the scope of
this basic reference book. Please feel free to contact
me directly if you would like to have any additional
information.
As the director of the SCHAUFLER Academy,
BITZER’s very own training centre, knowledge trans-
fer is of course, for me, a labour of love. There is also
a multitude of great reference books in our industry.
We still have to close the gap for newcomers and
because our industry and our company are active on
a global basis, we have created a bilingual version.
Readers who are interested can inform themselves
extensively and learn the technical jargon in both
German and English.
All new BITZER employees – regardless of whether
they work in finance, controlling, information technol-
ogy or another department that is more outside of our
subject area – are given a crash course in refriger-
ation and air conditioning technology by the team at
the academy. So that the knowledge is not lost, we
have developed this reference book, allowing you to
read up again on what you have learned.
I think it is important that you know a bit about the
area of operation of your company and identify with
it, too. This book resulted for this reason and to give
anyone that is interested in the topic an understand-
ing of this exciting subject area.
Such a project is of course a joint venture with many
helping hands. I would especially like to thank Rainer
Burger, Michael Stalter and Professor Johannes
Reichelt from TWK (Test- und Weiterbildungszentrum
Wärmepumpen und Kältetechnik GmbH), who came
up with the basic principles of this book. That is where
I took my first steps in the area of refrigeration over
26 years ago with their basic courses.
My colleagues Dr Heinz Jürgensen and Michael
Schwarz need to be commended here as well as
my entire team, especially Angela Müller and Tanja
Hagenmeyer, who not only actively supported but
also made sure the team of authors could focus on
their writing.
I would hereby like to dedicate this book to my esteem-
ed colleague, mentor and ever-interesting discussion
partner Hermann Renz and express my very special
thanks. He is, among other things, author of the Re-
frigerant Report that is now in its 21st run, for which he
received the DKV medal (Deutscher Kälte- und Klima-
technischer Verein [German association for refriger-
ation and air conditioning], an organisation that I would
11
Vorwort // Foreword
also like to take the opportunity to recommend for its
conferences, publications and training measures).
Summer 2020
Volker Stamer
tion, die ich an dieser Stelle mit ihren Tagungen,
Schriften und lokalen Veranstaltungen als Weiter-
bildungsmaßnahme ebenfalls empfehlen möchte)
erhalten hat.
Im Sommer 2020
Volker Stamer
Grundlagen der Thermodynamik // Fundamentals of thermodynamics
12
1.
Grundlagen der Thermodynamik
1.1
Einführung
Die Kältetechnik ist ein Teilbereich der Wärmelehre bzw.
der Thermodynamik, die sich mit dem Verhalten von
festen, flüssigen und gasförmigen Stoffen beschäftigt.
„Thermo“ (griechisch): Wärme
„Dynamik“ (griechisch): Lehre von den Bewegungen
Die Thermodynamik befasst sich also mit „Wärmebe-
wegungen“ (Zuführung und Ableitung von Wärme).
Streng genommen gibt es den Begriff „Kälte“ in der
Thermodynamik nicht, denn „Kälte“ entsteht nur da-
durch, dass Wärme von einem Ort, wo sie unerwünscht
ist, zu einem anderen Ort transportiert wird. Dabei
hat der abgekühlte Raum, Stoff oder Körper immer
noch einen Wärmeinhalt, sofern die Temperatur über
–273,15°C (absoluter Nullpunkt) liegt.
1.2
Temperatur
Die Temperatur eines Stoffes kann als ein Maß für
die Intensität der Bewegungen von Materiebausteinen
(Atome, Moleküle und Molekülgruppen, siehe auch
Fig. 1) angesehen werden.
Bei festen Körpern schwingen die Gitterbausteine je-
weils um ein Schwingungszentrum. Wenn diese Be-
wegung durch Wärmezufuhr so stark wird, dass die
Gitterkräfte überwunden werden, bricht das starre Git-
ter zusammen. Der Körper beginnt zu schmelzen und
1.
Fundamentals of thermodynamics
1.1
Introduction
Refrigeration is a subfield of thermodynamics, which
deals with the behaviour of solid, liquid and gaseous
substances.
‘thermo’ (Greek): heat
‘dynamics’ (Greek): the science of movement
Thermodynamics therefore deals with ‘heat move-
ments’ (the supply and dissipation of heat).
Strictly speaking, the term ‘cold’ does not exist in
thermodynamics, because ‘cold’ arises only from
the fact that heat is transported from a place where
it is undesirable to a different location. However,
the cooled space, substance or body still retains
heat
content, assuming the temperature is above
–273.15°C (absolute zero point).
1.2
Temperature
The temperature of a substance can be regarded as
a measure of the intensity of movement of the material
components (atoms, molecules and molecule groups,
also see Fig. 1).
In solid bodies, the lattice elements oscillate around
a centre point. If this movement becomes so strong,
due to heat input, that the lattice forces are over-
come, the rigid lattice collapses. The body begins to
melt and is then a liquid. However, cohesive forces
Fig. 1 Atommodell eines festen Körpers
Atomic model of a solid body [TWK]
13
Grundlagen der Thermodynamik // Fundamentals of thermodynamics
liegt dann flüssig vor. Dabei wirken unter den Gitterbau-
steinen immer noch Kohäsionskräfte (Anhangskräfte).
Diese Kräfte werden bei weiterer Zufuhr von Wärme-
energie überwunden, die Moleküle können sich dann
im dampf- bzw. gasförmigen Zustand frei im Raum be-
wegen. Durch Wärmeentzug können diese Zustands-
änderungen wieder rückgängig gemacht werden.
Die jeweilige Wärmezufuhr ergibt einen bestimmten
Wärmezustand. Dieser ist durch eine messbare Tem-
peratur bestimmt. Zur Temperaturmessung sind alle
temperaturabhängigen physikalischen Eigenschaften
der Körper (Volumenausdehnung, elektrischer Wider-
stand usw.) geeignet.
Die meisten Thermometer beruhen auf der Wärme-
ausdehnung von Flüssigkeiten wie Quecksilber und
Alkohol. Hierzu bedarf es der Festlegung einer Tempe-
raturskala (siehe Fig. 2).
Da sich bestimmte physikalische Vorgänge in der Natur
unter gleichen Bedingungen stets bei derselben Tem-
peratur abspielen, lassen sich Temperaturfixpunkte
festlegen. Zu den bekanntesten gehören der Schmelz-
punkt des Eises und der Siedepunkt des Wassers.
Wenn die Ausdehnung einer Flüssigkeit zwischen zwei
Fixpunkten in bestimmter Weise unterteilt wird, lässt
sich eine Temperaturskala entwerfen. Der schwedische
Astronom Anders Celsius (1701–1744) hat im Jahre
1742 eine Temperaturskala festgelegt, die sogenannte
Celsiusskala. Als Fixpunkte setzte er die Siede- und
Gefrierpunkte von Wasser an. Dabei verwendete er
Quecksilber als Flüssigkeit und unterteilte die Skala in
100 gleichmäßige Teilabschnitte. Damit war die Größe
eines Celsiusgrades gegeben. Durch eine gleichmäßi-
ge Verlängerung der Celsiusskala über den Siedepunkt
und unter den Gefrierpunkt lässt sich eine für alle Tem-
peraturbereiche gültige Temperaturskala erreichen.
Solche Temperaturskalen sind immer willkürlich fest-
gelegt.
Die tiefste Temperatur beträgt –273,15°C. Dieser Wert
wird als absoluter Nullpunkt bezeichnet. Die thermo-
dynamische Temperaturskala beginnt beim absoluten
Nullpunkt mit 0 K (Kelvin, benannt nach dem englischen
Physiker William Thomson, dem späteren Lord Kelvin,
1824–1907). Aufgrund dieser Gegebenheit wird eine
neue Basisgröße für die Temperatur eingeführt, die
thermodynamische Temperatur.
erreicht werden, da die Wärme, die ein Körper enthält,
immer nur an einen Körper mit noch niedrigerer Tem-
peratur abgegeben werden kann.
still act among the lattice elements (adhesion forces).
These forces are overcome if the heat energy input
increases; the molecules can then move freely in
space in a vapour or gaseous state. These changes
in physical state can be reversed by removing heat.
The respective heat input results in a specific heat
status. This is determined by a measurable tempera-
ture. All temperature-dependent, physical properties
of the body (volumetric expansion, electrical resist-
ance, etc.) are suitable for temperature measure-
ments.
Most thermometers are based on the thermal expan-
sion of liquids such as mercury and alcohol. To achieve
this, it is necessary to define a temperature scale (see
Fig. 2).
Because specific physical processes in nature always
take place under the same conditions at the same
temperature, it is possible to define fixed temperatures.
Two of the best known are the melting point of ice and
the boiling point of water.
If the expansion of a liquid between two fixed points
is subdivided in a specific way, a temperature scale
can be designed. In 1742, the Swedish astronomer
Anders Celsius (1701–1744) defined such a tempera-
ture scale, known as the Celsius scale. He adopted
the boiling and freezing points of water as the fixed
points. He used mercury as the liquid and divided the
scale into 100 equal sections. This defined the size of
a Celsius degree. By uniformly extending the Celsius
scale above boiling point and below freezing point,
a temperature scale valid for all temperature ran
ges
can be achieved. These temperature scales are always
arbitrarily defined.
The lowest temperature possible is –273.15°C. This
value is referred to as the absolute zero point. The
thermodynamic temperature scale begins with abso-
lute zero at 0 K (Kelvin, named after the British phys-
icist William Thomson, later Lord Kelvin, 1824–1907).
On this basis, a new basic variable for temperature,
the thermodynamic temperature, is introduced.
achieved, because the heat that a body contains can
only ever be transferred to a body at an even lower
temperature.
Grundlagen der Thermodynamik // Fundamentals of thermodynamics
14
In 1714, Fahrenheit developed his temperature scale.
He chose the outdoor temperature on an especially
cold winter’s day as the zero point. He recreated this
temperature experimentally with a mixture of ice, water
and ammonium chloride, and achieved a temperature
of –17.8°C. Fahrenheit defined the body temperature of
a healthy person of 96°F (35.6°C) as the second fixed
point. Later, a freezing point of pure water of 32°F and
a boiling point of 212°F were used as fixed points.
Fahrenheit entwickelte seine Temperaturskala im Jahre
1714. Als Nullpunkt wählte er die Außentemperatur an
einem besonders kalten Wintertag. Diese erzeugte er
experimentell mit einer Kältemischung aus Eis, Wasser
und Salmiak und erreichte –17,8°C. Als zweiten Fix-
punkt legte er die Körpertemperatur eines gesunden
Menschen bei 96°F (35,6°C) fest. Später wurden als
Fixpunkte der Gefrierpunkt des reinen Wassers bei
32°F und der Siedepunkt bei 212°F verwendet.
Fig. 2 Celsius-, Kelvin- und Fahrenheit-Temperaturskala
Celsius, Kelvin and Fahrenheit temperature scales [TWK]
Siedepunkt des Wassers
Boiling point of water
100°C
373.15 K
212°F
Celsius
Kelvin
Fahrenheit
Schmelzpunkt des Eises
Melting point of ice
0°C
273.15 K
32°F
Absoluter Nullpunkt
Absolute zero point
−273.15°C
0 K
−459.67°F
Fig. 3 Thermometer mit Anlegefühler
Thermometer with contact sensor [123rf.com, Ekapot Witsuthumgul]
15
Grundlagen der Thermodynamik // Fundamentals of thermodynamics
Digital thermometers with surface or contact sensors
are usually used. Special attention must be paid to
good thermal insulation at the measuring point for
large temperature differentials. Sparing use of heat
transfer paste is recommended. If the measuring
point is heavily soiled, it must be cleaned, and also
be treated with a fine emery paper if necessary. The
temperature of the sensor is always measured. Where
thermal insulation is lacking or if there are insulating
oxide layers on the pipe, temperature differentials of
a few Kelvin may occur between the measured and
the actual values.
If the measuring instrument is to be used in low tem-
perature cold stores, it must be sufficiently tempera-
ture-stable for this application. That is, the measuring
instrument must also be capable of measuring reliably
when exposed to very low temperatures.
Measuring the temperature correctly at low tempera-
tures (t ≤ –40°C) is extremely difficult. It takes a long
time for the temperature sensor to reach this low tem-
perature.
It has been repeatedly shown that only the insertion
sensor, in conjunction with a sensor pocket (see ex-
ample in Fig. 5), provides sufficient measuring accur-
acy. Infrared thermometers often cause measuring
errors on the uneven surfaces of copper pipes.
In der Regel werden digitale Thermometer mit Ober-
flächen- oder Anlegefühlern benutzt. Besonders bei
großen Temperaturdifferenzen ist auf eine gute Wärme
-
dämmung der Messstelle zu achten. Es empfiehlt sich
der sparsame Einsatz einer Wärmeleitpaste. Wenn die
Messstelle stark verunreinigt ist, muss sie gereinigt und
eventuell auch mit einem feinen Schmirgelpapier be-
arbeitet werden. Es wird immer nur die Temperatur des
Fühlers gemessen. Durch fehlende Wärmedämmung
und isolierende Oxidschichten auf der Leitung können
Temperaturdifferenzen von einigen Kelvin zwischen
den gemessenen und den tatsäch
lichen Werten auf-
treten.
Soll das Messgerät in Tiefkühlräumen eingesetzt wer-
den, muss es für diesen Bereich eine ausreichende
Temperaturstabilität aufweisen, d. h. das Messgerät
muss auch zuverlässig messen können, selbst wenn
es sehr niedrigen Temperaturen ausgesetzt ist.
Bei tiefen Temperaturen (t ≤ –40°C) ist es sehr schwie-
rig, die Temperatur korrekt zu messen. Es dauert sehr
lange, bis der Temperaturfühler diese niedrige Tempe-
ratur angenommen hat.
Es bestätigt sich immer wieder, dass nur der Einsteck-
fühler in Verbindung mit einer Tauchhülse (Beispiel
siehe Fig. 5) eine hinreichende Messgenauigkeit liefert.
Infrarotthermometer verursachen bei der ungleich-
mäßigen Oberfläche von Kupferrohren häufig Mess-
fehler.
Fig. 4 Thermografie eines Verflüssigers und Sammlers
Thermograph of a condenser and receiver [TWK]
Grundlagen der Thermodynamik // Fundamentals of thermodynamics
16
1.3
Pressure
1.3.1
Units of pressure
‘Pressure’ refers to the force acting on a unit area. The
General Conference on Weights and Measures has de-
fined the pascal (Pa) as the unit of pressure. This unit
is also known as a newton per m2 (N/m2).
The legal unit ‘bar’ derived from the ‘Pascal’ is also
a possible unit for designating pressures. Here, the
following apply:
1 bar
1 bar
1.3.2
Measuring pressure
Air pressure (pamb) is measured using a barometer.
The u-tube barometer shown in Fig. 6 is charged with
mercury.
1.3
Druck
1.3.1
Druckeinheiten
Unter dem Begriff „Druck“ wird die auf eine Flächenein-
heit wirkende Kraft verstanden. Die Generalkonferenz
für Maß und Gewicht hat als Druckeinheit das Pascal
(Pa) festgelegt. Diese Einheit wird auch als Newton
pro m2 (N/m2) bezeichnet.
Die von „Pascal“ abgeleitete gesetzliche Einheit „Bar“
(bar) ist ebenfalls als Einheit zur Bezeichnung von
Drücken möglich. Dabei gilt:
1 bar
1 bar
1.3.2
Druckmessung
Der Luftdruck (pamb) wird mit einem Barometer gemes-
sen. Das in Fig. 6 abgebildete U-Rohr-Barometer ist
mit Quecksilber gefüllt.
Kraft
in Pa bzw. N/m2
Fläche
Force
in Pa or N/m2
Area
Fig. 5 Temperaturmessstelle mit einem Einsteckfühler
Temperature measuring point using an insertion sensor [TWK]
17
Grundlagen der Thermodynamik // Fundamentals of thermodynamics
The earth is surrounded by an approximately 200 km
thick atmosphere, whereby the density of the air (and
thus the air pressure) decreases with increasing alti-
tude. The pressure at the surface of the earth caused
at sea level, corresponding to a mercury column of
760 mm.
Die Erde ist von einer ca. 200 km hohen Lufthülle
umgeben, wobei die Dichte der Luft (und damit auch
der Luftdruck) mit zunehmender Höhe abnimmt. Der
durch das Gewicht der Luft verursachte Druck an der
Erdoberfläche beträgt auf Meereshöhe im Mittel pamb
entspricht.
Luftsäule
Air column
Vakuum
Vacuum
mbar
1
020
1
010
1
000
990
980
Luftsäule
Air column
Lufthülle
Air envelope
Quecksilber
Mercury
Fig. 6 Luftdruckmessung mithilfe eines U-Rohr-Barometers; die Erde mit Lufthülle und Luftsäule
Measuring air pressure with the aid of a u-tube barometer; the earth with atmosphere and air column [TWK]
Grundlagen der Thermodynamik // Fundamentals of thermodynamics
18
Der Luftdruck ändert sich auch aufgrund von klimati-
schen Einflüssen in der Atmosphäre:
1. Wird die Luft erwärmt, dehnt sie sich aus, steigt nach
oben und fließt in der Höhe seitlich ab, der Luftdruck
fällt.
2. Die in der Höhe abgekühlte Luft sinkt in einiger Ent-
fernung wieder zur Erde. Dabei verdichtet sie sich,
der Luftdruck steigt.
1.3.3
Manometer, Überdruck
und absoluter Druck
Die meisten in der Praxis verwendeten Manometer sind
(aus Kostengründen) Überdruckmanometer. Sie mes-
sen den Überdruck pe gegenüber dem Umgebungs-
druck (Luftdruck). Um den absoluten („wirklichen“)
Druck pabs zu erhalten, muss zur Manometeranzeige pe
der Umgebungsdruck pamb addiert werden. Der Absolut-
druck wird für Berechnungen und die Ermittlung von
Stoffdaten benötigt.
Air pressure alters as a result of climatic influences in
the atmosphere:
1. If air is heated, it expands, rises and flows away
laterally at high altitude. The air pressure drops.
2. The air cooled at high altitude falls back to earth at
some distance. The air becomes denser and the air
pressure increases.
1.3.3
Pressure gauge, overpressure
and absolute pressure
The majority of pressure gauges used in practice (due
to cost) are overpressure gauges. They measure the
gauge pressure pe compared to the ambient pressure
(air pressure). To arrive at the absolute (‘true’) pres-
sure pabs, the ambient pressure pamb must be added to
the gauge pressure pe. The absolute pressure is re-
quired for calculations and to determine physical prop-
erties.
Fig. 7 Abhängigkeit des Umgebungsdruckes von der Höhe in Metern über Normalhöhennull
Ambient pressure as a function of altitude in metres above sea level [Pixabay: John-Meyer-Pictures]
3000 m ≈ 0.710 bar
1000 m ≈ 0.900 bar
600 m ≈ 0.940 bar
200 m ≈ 0.990 bar
0 m ≈ 1.013 bar
19
Grundlagen der Thermodynamik // Fundamentals of thermodynamics
Note: Usually, the ‘abs’ index is not used for absolute
pressures.
The pressure data given on name plates (maximum
allowable operating pressure) and safety components
refer to gauge pressures.
If a refrigeration system is evacuated, the gauge pres-
sure shows a negative value. When disconnected, it
should display 0 bar compared to the surroundings.
Hinweis: Im Regelfall wird bei absoluten Drücken der
Index „abs“ nicht geschrieben.
Die Druckangaben auf Typenschildern (maximal zu-
lässiger Betriebsüberdruck) und Sicherheitsbauteilen
sind Überdrücke.
Wird eine Kälteanlage evakuiert, zeigt das Überdruck-
manometer einen negativen Wert an. Nicht ange-
schlossen muss es gegenüber der Umgebung 0 bar
anzeigen.
pabs = pamb + pe
in bar
pabs oder p absoluter Druck
in bar
pamb
atmosphärischer Luftdruck (Umgebungsdruck)
in bar
pe
Überdruck
in bar
Die Indizes leiten sich von lateinischen Wörtern ab:
abs
absolutus
losgelöst, unabhängig
amb
ambiens
umgebend
e
excedens
überschreitend
pabs = pamb + pe
in bar
pabs or p
absolute pressure
in bar
pamb
atmospheric pressure (ambient pressure)
in bar
pe
gauge pressure
in bar
The indexes are derived from Latin:
abs
absolutus
loosened, independent
amb
ambiens
surrounding
e
excedens
exceeding
Überdruck pe in bar
Gauge pressure pe in bar
Absolutdruck pabs in bar
Absolute pressure pabs in bar
Fig. 8 Manometeranzeige, Absolut- und Überdruck
Pressure gauge display, absolute and gauge pressure [TWK]
Grundlagen der Thermodynamik // Fundamentals of thermodynamics
20
Example:
determine the overpressure pe and the absolute pres-
sure pabs.
Beispiel:
Sie mithilfe von Fig. 9 jeweils den Überdruck pe und
den Absolutdruck pabs.
Fig. 9 Manometerbrücke mit verschiedenen Drücken
Pressure gauge set with different pressures [TWK]
Fig. 10 Druckmessung mit elektronischer Manometerbrücke
Pressure measurement using electronic manometer manifold [BITZER]
21
Grundlagen der Thermodynamik // Fundamentals of thermodynamics
1.4
Enthalpy, changes in physical state,
terms
A substance may undergo several changes in phys-
ical state when heated or cooled continuously. The
physical state of a substance depends on its tempera-
ture and the pressure acting on it. During the change
in physical state, the temperature remains constant
until the entire substance has changed from one state
to the other.
Enthalpy H was previously known under the term ‘heat
content’. Enthalpy defines how much heat (relative to
a specific temperature) a substance contains.
Fig. 11 shows the relationship between the tempera-
ture and the specific enthalpy of a substance for all
physical states and phase changes (using water as an
example).
If ice from the freezer compartment (temperature: –18°C)
is constantly supplied with heat, the temperature of the
ice initially increases. When the melting point (0°C)
is reached, the temperature remains constant and the
ice begins to melt. The heat energy required to melt the
water is called latent heat of fusion q. Once all the
water molecules have dissolved from the solid crystal
lattice bond and can move freely in the melt (now only
liquid), the temperature rises with further heat input.
It does this until a further change of physical state is
reached, the transition from the liquid to the gaseous
state. This process is called evaporation (at 100°C for
water) and the energy required for this is the heat of
1.4
Enthalpie, Aggregatzustandsänderungen,
Begriffe
Ein Stoff kann bei ständiger Erwärmung oder Abküh-
lung mehrere Aggregatzustandsänderungen erfahren.
In welchem Aggregatzustand sich ein Stoff befindet,
ist von seiner Temperatur und dem Druck, der auf ihn
wirkt, abhängig. Während der Änderung des Aggregat-
zustandes bleibt die Temperatur so lange konstant, bis
sich der gesamte Stoff in den anderen Zustand umge-
wandelt hat.
Die Enthalpie H wurde früher mit dem Begriff „Wärme-
inhalt“ bezeichnet. Die Enthalpie gibt an, wie viel Wär-
me (bezogen auf eine bestimmte Temperatur) in einem
Stoff enthalten ist.
In Fig. 11 ist der Zusammenhang zwischen der Tempe-
ratur und der spezifischen Enthalpie eines Stoffes für
alle Aggregatzustände und Phasenumwandlungen (am
Beispiel Wasser) dargestellt.
Wird Eis aus dem Tiefkühlfach (Temperatur: –18°C)
ständig Wärme zugeführt, erhöht sich zunächst die
Temperatur des Eises. Ist der Schmelzpunkt (0°C)
erreicht, bleibt die Temperatur konstant und das Was-
ser beginnt zu schmelzen. Die zum Schmelzen des
Wassers erforderliche Wärmeenergie heißt Schmelz-
wärme q. Nachdem sich alle Teilchen des Wassers
aus dem festen Verband des Kristallgitters heraus-
gelöst haben und sich in der Schmelze frei bewegen
können (nur noch Flüssigkeit), steigt die Temperatur
bei weiterer Wärmezufuhr an. Das tut sie, bis eine
weitere Änderung des Aggregatzustandes erreicht wird,
der Übergang vom flüssigen in den dampfförmigen
Eis
Ice
Flüssigkeit
Liquid
Dampf
Vapour
Sieden/Verdampfen
Boiling/Evaporating
Spezifische Enthalpie in kJ/kg
Specific enthalpy in kJ/kg
Schmelzen
Melting
Gefrieren
Freezing
Verflüssigen/Kondensieren
Condensing
Vom Eis zum Dampf
From ice to vapour
Grundlagen der Thermodynamik // Fundamentals of thermodynamics
22
evaporation r. The enthalpy of the substance also
increases for this change in physical state, but the
temperature remains constant during the evaporation
process.
The molecules of a liquid must overcome the mutual
forces of attraction for it to evaporate. Because of the
greater binding forces that occur in a liquid, the heat
of evaporation is much greater than the heat of fusion.
The sequence of changes in physical state is the same
for all substances (not only water), where the melting
and boiling temperatures are substance-dependent.
Examples of some substances are given in Tab. 1.
Each substance can occur in three forms (solid, liquid
and gaseous). Highly superheated vapour is referred to
as a ‘gas’ (e.g. air at ambient conditions is in a highly
superheated state). From which superheating state
we refer to ‘gas’ instead of ‘vapour’ has not yet been
defined in any technical basic rules.
Because the change in phase (evaporating, condens-
ing) of a substance is very important in the refrigeration
field, they will be considered more closely using Fig. 12.
Water is used as an example, but the pattern is the
same for all substances.
Zustand. Dieser Vorgang wird Verdampfen (für Wasser
bei 100°C) genannt und die hierzu notwendige Energie
Verdampfungswärme r. Auch bei dieser Änderung
des Aggregatzustandes erhöht sich die Enthalpie des
Stoffes, die Temperatur bleibt während des Verdamp-
fungsprozesses jedoch konstant.
Damit eine Flüssigkeit verdampfen kann, müssen die
Moleküle die gegenseitigen Anziehungskräfte überwin-
den. Die Verdampfungswärme ist aufgrund von größe-
ren Bindungskräften, die in einer Flüssigkeit auftreten,
wesentlich größer als die Schmelzwärme. Der Ablauf
von Aggregatzustandsänderungen ist für alle Stoffe
(nicht nur Wasser) gleich, wobei die Schmelz- und
Siedetemperaturen stoffabhängig sind. Beispiele für
einige Stoffe sind in Tab. 1 aufgeführt.
Jeder Stoff kann in drei Formen (fest, flüssig und gas-
förmig) vorkommen. Stark überhitzter Dampf wird „Gas“
genannt (z. B. liegt Luft bei Umgebungsbedingungen
in einem stark überhitzten Zustand vor). Ab welchem
Überhitzungszustand von „Gas“, anstatt von „Dampf“
gesprochen wird, ist bislang in keinem technischen
Regelwerk festgelegt.
Da die Phasenänderungen (Verdampfen, Verflüssigen)
eines Stoffes im Bereich der Kältetechnik sehr wichtig
sind, sollen diese anhand von Fig. 12 ausführlicher be-
trachtet werden. Dies erfolgt am Beispiel Wasser, aber
das Schema ist bei allen Stoffen gleich.
Stoff
Substance
Schmelztemperatur
Melting point
in °C
Schmelzwärme q
Heat of fusion q
in kJ/kg
Siedetemperatur
Boiling point
in °C
Verdampfungswärme r
Heat of evaporation r
in kJ/kg
Wasser (R718)
Water (R718)
0.0
333.8
100.0
2 256.5
Ammoniak (R717)
Ammonia (R717)
–77.7
339.0
–33.3
1 369.5
Kältemittel R600a
Refrigerant R600a
–159.4
78.2
–11.8
365.1
Kältemittel R134a
Refrigerant R134a
–103.7
205.1
–26.1
217.0
Sauerstoff
Oxygen
–222.7
13.9
–183.0
213.2
Stickstoff
Nitrogen
–209.9
25.7
–195.8
199.4
Aluminium
Aluminium
660.3
396.6
2 518.9
10 778.0
Kupfer
Copper
1 084.7
206.8
2 561.9
4 729.0
Eisen
Iron
1 534.9
247.1
2 860.9
6 258.0
23
Grundlagen der Thermodynamik // Fundamentals of thermodynamics
1 Unterhalb des Siedepunktes ➙ t < 100°C
Der Siedepunkt von Wasser bei einem Umgebungs-
druck von 1,013 bar ist 100°C. Hat das Wasser eine
Temperatur unterhalb des Siedepunktes, wird von
„unterkühltem“ Wasser (allgemein: „unterkühlte Flüs-
sigkeit“) gesprochen. Wasser mit 20°C weist demnach
Wird das Wasser nun erwärmt und erreicht eine Tem-
peratur von 100°C, steigt die Temperatur zunächst
nicht weiter an. Der Siedepunkt ist erreicht, es liegt
(noch) reine Flüssigkeit vor.
Bei weiterer Wärmezufuhr bilden sich erste Dampf-
blasen. Der Anteil des Wasserdampfes nimmt zu,
wohingegen der Anteil des flüssigen Wassers um den
gleichen Betrag abnimmt. Liegt sowohl die flüssige als
auch die gasförmige Phase vor, wird von Nassdampf
gesprochen. Die Temperatur des „Gemisches“ liegt
weiterhin bei 100°C.
Beträgt der Anteil des Dampfes 100% (keine Flüssig-
keit mehr), ist der Taupunkt erreicht. Es wird auch von
gesättigtem Dampf, dem Sattdampf, gesprochen. Die
Temperatur des Dampfes beträgt (noch) 100°C.
1 Below boiling point ➙ t < 100°C
The boiling point of water at an ambient pressure of
1.013 bar is 100°C. If the water has a temperature
below boiling point, it is referred to as ‘subcooled’ water
(more generally: ‘subcooled liquid’). Water at 20°C
therefore has a subcooling of 100°C minus 20°C
If the water is now heated and reaches a temperature
of 100°C, the temperature initially does not increase
further. The boiling point is reached, the water is (still)
in liquid state.
If more heat is added, the first vapour bubbles occur.
The proportion of vapour increases, while the propor-
tion of water decreases by the same amount. If the
liquid and the gaseous phase occur simultaneously,
we refer to wet vapour. The temperature of the ‘mixture’
remains at 100°C.
If the vapour fraction reaches 100% (no liquid remain-
ing), the dew point is reached. We also refer to this as
saturated vapour. The temperature of the vapour is
(still) 100°C.
Unterkühlte Flüssigkeit
Subcooled liquid
Unterhalb
des Siedepunktes
Below
boiling point
t < 100°C
Siedezustand
(Siedepunkt)
Boiling state
(boiling point)
Nassdampf
Wet vapour
Sattdampf
(Taupunkt)
Saturated vapour
(dew point)
Oberhalb
des Siedepunktes
Above
boiling point
t > 100°C
Siedende Flüssigkeit
Boiling liquid
Gesättigter Dampf
Saturated vapour
Überhitzter Dampf
Superheated vapour
Grundlagen der Thermodynamik // Fundamentals of thermodynamics
24
5 Oberhalb des Siedepunktes ➙ t > 100°C
Eine fortlaufende Erwärmung führt nun dazu, dass sich
die Temperatur wieder erhöht. Ist die Temperatur des
Dampfes über eine Verdampfungstemperatur von 100°C
gestiegen, wird von überhitztem Dampf gesprochen.
Wasserdampf mit einer Temperatur von z.B. 120°C hat
1.5
Nassdampftabelle, Dampfdruckkurve
In Tab. 2 ist ein Auszug der Nassdampftabelle von
Wasser zu sehen. Nassdampf bedeutet, dass das Was-
ser in zwei Phasen auftritt, der gasförmigen (Wasser-
dampf) und der flüssigen (Wasser). Liegt Nassdampf
vor, bestimmt der Dampfdruck die Verdampfungs-
temperatur, d.
