Wie funktioniert ein Verdichter?
Verdichter arbeiten nach einem einfachen physikalischen Prinzip: Wird an einem System eine Arbeit verrichtet, dann wird ihm dabei Energie zugeführt. Durch das Zusammenpressen des verdampften Kältemittels in einer Wärmepumpe steigt also zugleich mit seinem Druck auch die Menge der im Dampf gespeicherten Energie. Die einzelnen Moleküle, aus denen der Kältemitteldampf besteht, versuchen, sich auf kleinerem Raum schneller zu bewegen: die Temperatur des Dampfes steigt.
Verdichter kommen zu verschiedenen Zwecken zum Einsatz, doch ihre Funktionsweise ist immer gleich: Ein Gas oder Gasgemisch, wie z. B. die Umgebungsluft, wird angesaugt, zusammengepresst und anschließend mit höherem Druck wieder abgegeben. Damit entspricht der Verdichter einer Pumpe, die die gleiche Funktion bei flüssigen Arbeitsmedien ausführt.
Verdichter kommen in vielen verschiedenen Anwendungsfällen zur Anwendung. Neben Wärmepumpen verfügen z. B. auch Kühlschränke und Kühltruhen über einen Verdichter. Auch beim Befüllen von Druckluftflaschen, wie sie von Tauchern zur Sauerstoffversorgung oder auch von Feuerwehrleuten zum Atemschutz genutzt werden, kommen Kompressoren zum Einsatz. Eine Variante des Kolbenverdichters, die wahrscheinlich die meisten Menschen schon einmal benutzt haben, ist die Luftpumpe eines Fahrrads.
Welche Arten von Verdichtern gibt es?
Je nachdem, wie die Verdichtung erfolgt, wird zwischen verschiedenen Bauarten von Verdichtern unterschieden, die unterschiedliche Vor- und Nachteile haben:
- Verdrängerverdichter verdichten das Gas z. B. mithilfe von Hub- oder Drehkolben (Kolbenverdichter), mit gegeneinander rotierenden Schrauben (Schraubenverdichter) oder mit ineinander gesetzten Spiralen, von denen eine in der anderen rotiert (Spiral- oder Scrollverdichter). Daneben existieren noch zahlreiche weitere Varianten. Sie liefern einen großen Druck, geben aber nur einen relativ geringen Volumenstrom ab.
- Turboverdichter erinnern in ihrem Aufbau an Turbinen, bei denen auf einer Welle mehrere Reihen von Laufschaufeln sitzen. Die Funktionsweise ist praktisch das Gegenteil einer Turbine: Die Welle wird von einem Motor angetrieben, dreht sich und überträgt Energie auf das über sie strömende Gas. Dieses wird dabei vor allem beschleunigt, ein Turboverdichter liefert also hohe Volumenströme, aber nur einen geringen Druckanstieg.
Daneben lassen sich Verdichter auch anhand anderer Kriterien unterteilen. So gibt es ölfreie und ölgeschmierte Verdichter, solche, die mit Elektro- oder mit Verbrennungsmotor angetrieben werden, sowie offene und hermetische Verdichter.
- Ein offener Verdichter wird von außen über Riemen und Getriebe angetrieben und lässt sich zu Reparaturzwecken vollständig auseinanderbauen.
- Bei einem halbhermetischen Verdichter sitzt der Motor mit dem eigentlichen Verdichter zusammen in einem Gehäuse, das bei Bedarf geöffnet werden kann.
- Bei einem vollhermetischen Verdichter ist das Gehäuse hingegen verschweißt und kann nicht geöffnet werden.
Weil in einer Wärmepumpe der Verdichter in direktem Kontakt mit dem Kältemittel steht und dieses nicht an die Umwelt gelangen darf, sind Wärmepumpenverdichter i. d. R. vollhermetisch gefertigt. Im Schadensfall ist daher ein vollständiger Austausch notwendig. Solche Schäden sind jedoch sehr selten. Sie gehen fast immer auf Fehler in der Fertigung zurück und treten frühzeitig auf, so dass der Austausch meist von der normalen Herstellergarantie abgedeckt ist.
Der Wärmepumpenverdichter
Eine Wärmepumpe nimmt Wärmeenergie aus einer Wärmequelle in der Umgebung auf und setzt diese ein, um ein Kältemittel zu verdampfen. Die so erhaltene Wärme reicht jedoch nicht aus, um ein ganzes Gebäude zu versorgen. Deshalb wird im Verdichter der Wärmepumpe zusätzlich elektrische Energie in Form von Strom aufgewendet, um das Temperaturniveau der Wärme zu steigern.
Hierfür kommt der sogenannte Spiralverdichter oder Scrollverdichter zum Einsatz. Dieser besteht aus zwei Spiralen, von denen die eine fest verbaut ist und die andere innerhalb der ersten rotiert. Durch die Rotation wird das verdampfte Kältemittel an den Seiten des Verdichters eingesaugt und anschließend in einer sich immer weiter verkleinernden Kammer zur Mitte der Spirale geleitet. Der gleichen Gasmenge steht dabei immer weniger Platz zur Verfügung, so dass der Druck und damit die Temperatur ansteigen. Im Mittelpunkt der beiden Spiralen befindet sich ein Anschluss, durch den das komprimierte Gas ausgestoßen wird. Von hier gelangt es zum Wärmetauscher, wo es seine Wärme an den zu versorgenden Heizkreislauf abgeben kann.
Der Einsatz eines Scrollverdichters hat mehrere Vorteile: er ist geräuscharm und durch die wenigen beweglichen Teile besonders langlebig. Zudem nimmt er nicht so leicht Schaden, wenn kleinere Mengen flüssigen Kältemittels in sein Inneres gelangen.
Bekannt ist der Einsatz von Wärmepumpen vor allem für die Nutzung von Umgebungswärme aus der Luft, dem Grundwasser oder dem Erdboden (sogenannte Geothermie). Doch auch menschengemachte Wärmequellen lassen sich nutzen. Allen voran ist hier das Abwasser zu nennen, das mit ganzjährig hohen Temperaturen von etwa 10 bis 20° C die ideale Wärmequelle für Wärmepumpen darstellt und sogar zur Versorgung eines ganzen Wärmenetzes dienen kann.
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