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Wenn die meisten Menschen an Kühlung denken, fallen ihnen zuerst Kühlschränke und Klimaanlagen ein. Kühlungssysteme sind jedoch praktisch allgegenwärtig. Ein kaltes Lager voller Obst, ein Rechenzentrum mit gestapelten Servern, der Kühlkreislauf in einer Chemiefabrik, sogar der kleine Weinkühler zu Hause — alle verlassen sich auf einige Kerntechnologien.
 
Ingenieure verwenden vier Hauptansätze, um Wärme aus unerwünschten Anwendungen zu entfernen: Kompressionssysteme, Absorptionssysteme, Verdunstungskühlung und thermoelektrische Systeme.
 
Jeder Ansatz ist in verschiedenen Branchen und Szenarien anwendbar. Wenn Sie überlegen, welches System für Ihr neues Projekt am besten geeignet ist, hilft ein umfassendes Verständnis jedes Ansatzes bei der richtigen Entscheidung.

Kompressionskühlsystem

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Kompressionskühlung ist die gebräuchlichste Kühlmethode und wird häufig in Direktexpansions-Chillern und VFD-Chillern eingesetzt. Sie verwendet einen Kompressor, um das Kältemittel zu komprimieren, das zwischen einem Verdampfer und einem Kondensator zirkuliert und so die Kühlung erreicht.
 
Der Kernprozess eines Kompressionskühlsystems besteht aus vier Hauptschritten. Der Kompressor saugt das Niederdruck-Kältemittelgas aus dem Verdampfer an und erhöht dessen Druck und Temperatur, um die Wärmeabgabe vorzubereiten.
 
Das Gas tritt dann in den Kondensator ein, gibt Wärme an Luft und Wasser ab und kondensiert zu einer Flüssigkeit. Wenn die Flüssigkeit durch das Expansionsventil strömt, sinken Druck und Temperatur weiterhin.
 
Im Verdampfer nimmt es dann die Wärme des heißen Kühlmittels oder der Luft auf der anderen Seite des Wärmetauschers auf und verwandelt sich wieder in Gas, das dann vom Kompressor angesaugt wird.
 
Dies ist eine hochentwickelte und effiziente Kühltechnologie, weshalb sie in fast allen industriellen Chillern, Klimaanlagen und primären Kühleinrichtungen in Rechenzentren und Halbleiter-Chiller-Anwendungen eingesetzt wird. Es gibt jedoch einige Einschränkungen.
 
Die meisten Kompressionschiller werden elektrisch betrieben, und selbst solche mit VFD-Technologie verbrauchen erhebliche Energie. Außerdem ist der Kompressor während des Betriebs laut, was ihn für die Installation fernab von Wohn- und Arbeitsbereichen geeigneter macht.

Absorptionskühlsystem

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Im Gegensatz zu Kompressionskühlsystemen sind Absorptionskühlsysteme nicht auf Strom angewiesen, um den Kompressor anzutreiben. Stattdessen nutzen sie thermische Energie, um die Zirkulation von Absorber und Kältemittel zu betreiben.
 
Im Verdampfer absorbiert das Kältemittel Wärme aus der Umgebung oder dem Prozess, verdampft zu Gas und wird dann vom Absorber aufgenommen. Übliche Absorber sind Wasser-Lithiumbromid und Ammoniak-Wasser.
 
Die Lösung, die das Kältemittelgas aufgenommen hat, gelangt in einen Generator oder Heizer, wo sie durch Gas, Dampf oder heißes Wasser erhitzt wird, um das Kältemittelgas vom Absorber zu trennen. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich das Gas bei hoher Temperatur und hohem Druck. Das Kältemittelgas gelangt dann in den Kondensator, gibt Wärme ab, verflüssigt sich und zirkuliert zurück in den Verdampfer. Damit ist der Kühlzyklus abgeschlossen.
 
Beim Einführen von Gaskühlern haben wir gelernt, dass Absorptionschiller Abwärme oder Gas für Heizzwecke nutzen können und auch Abwärme zurückgewinnen können, um Prozesswasser oder Raumheizung zu erwärmen. Daher sind Energieeinsparung und Umweltschutz wichtige Vorteile von Absorptionskühlsystemen.
 
Im Vergleich zu Kompressionskühlsystemen haben Absorptionschiller jedoch einen niedrigeren Leistungskoeffizienten (COP) und sind größer, wodurch mehr Platz erforderlich ist. Daher werden Absorptionschiller in der Regel in großen Kühlsystemen eingesetzt, in denen eine Abwärmerückgewinnung möglich ist, wie z. B. in Kraftwerken und in Prozesskühlanwendungen.

Verdunstungskühlsystem

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As we all know, water absorbs heat from the surrounding environment when it evaporates. Evaporative refrigeration systems utilize this principle, lowering the temperature of air or liquid by absorbing heat during evaporation. They lack complex compressors and high-pressure circuits, relying instead on the flow and heat exchange structure between water and air to improve heat exchange efficiency.
 
Water can be evenly distributed on the surface of the object requiring heat exchange through spraying or cooling pads. When air flows over the moistened surface, the water molecules absorb heat from the air and the surface, evaporating. This lowers the air and object temperatures. Any remaining water can be recovered and recycled.
 
This method is limited by climate and water availability. However, it consumes very little energy and is environmentally friendly. Therefore, it is commonly used in industrial cooling towers, agricultural greenhouses, and data centers.

Thermoelectric Cooling System

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A thermoelectric cooling system uses the thermoelectric effect to convert heat into cold. Its core component is the Peltier module.
 
When direct current passes through a Peltier module, electron flow transfers heat. The temperature on one side of the module drops, while the temperature on the other side rises.
 
At this point, a heat sink removes the heat from the hot side, keeping the cold side cool. A cooling plate then transfers the cold side’s temperature to the object to be cooled, achieving cooling.
 
This cooling method does not require mechanical components such as refrigerants and compressors, resulting in a smaller device size and suitable for space-constrained environments such as laboratories, automobiles, and medical offices.
 
However, the cooling power of a single module is typically only a few tens of watts, limiting cooling capacity and significantly lower efficiency than compression refrigeration systems. Furthermore, high-performance thermoelectric materials and modules are expensive.

Comparison Table of Four Refrigeration Systems

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The following table provides a clear comparison of the four major types of refrigeration systems, highlighting their principles, costs, performance, and typical applications.

Category	Vapor Compression	Absorption	Verdunstung	Thermoelectric
Arbeitsprinzip	Compressor circulates refrigerant	Heat-driven, absorbent + refrigerant cycle	Water evaporation absorbs heat	Peltier effect with DC current
Efficiency	Medium to high, less at part load	Low to medium, COP < compression	High, but drops in humid climates	Low, good for small-scale precise cooling
Energy Source	Electricity	Heat (gas/steam/waste heat)	Water + fan power	DC electricity
System Size	Medium to large	Large	Medium to large	Small
Initial Investment	Mittel	Hoch	Low to medium	Medium-high
Operating Cost	High electricity cost	Low if waste heat used	High water use, low power use	High electricity cost
Wartung	Medium, compressor upkeep	High, solution control needed	Low, water quality issues	Low, minimal electronics care
Vorteile	Mature, reliable, widely used	Energy-saving, uses waste heat	Eco-friendly, low cost	Precise, silent, no refrigerant
Disadvantages	Noisy, power dependent	Bulky, lower efficiency	Climate-dependent	Low capacity, poor efficiency
Typische Anwendungen	Chillers, HVAC, data centers	Large buildings, trigeneration	Cooling towers, greenhouses, factories	Medical devices, labs, electronics cooling
Environmental Impact	Medium, refrigerant dependent	High, no CFCs/HFCs	High, refrigerant-free	High, refrigerant-free

Schlussfolgerung

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The most suitable refrigeration system is never the one with the best performance, but rather the one that matches your application. If you’re struggling to choose one of the four systems above, our refrigeration experts can help.
 
LNEYA offers a wide range of compression refrigeration equipment and Peltier cooling systems, from standard equipment to customized services. We can provide the most suitable solution tailored to your needs.