Das Drosselventil für eine Wärmepumpe

Das Drosselventil im Kältemittelkreislauf  

Wärmepumpen, Klimageräte und Kühlschränke entziehen einem System Energie, um diese auf ein anderes zu übertragen. Das Besondere daran ist die Richtung des Vorgangs. Denn anders als im zweiten Hauptsatz der Thermodynamik definiert, wandert die Wärme bei den Geräten von Systemen mit geringer Temperatur auf Systeme mit höherer Temperatur. Möglich ist das durch einen speziellen technischen Prozess: Den Kältemittelkreislauf.

Der Kältemittelkreislauf einfach erklärt

Der Prozess basiert auf einem Medium, das bereits bei sehr geringen Temperaturen verdampft. So verändert flüssiges Kältemittel seinen Aggregatzustand, wenn es thermische Energie aus einer Umweltwärmequelle oder dem Innenraum eines Kühlschranks aufnimmt. Anschließend strömt es zu einem Kompressor (Scrollverdichter), der mit dem Druck auch die Temperatur anhebt. Der heiße Dampf strömt dann zu einem Wärmeübertrager, über den er die transportierte Wärme an ein weiteres System abgibt. Bei einer Wärmepumpe wäre das zum Beispiel das Heizungswasser. Während das passiert, kühlt das Kältemittel ab und verflüssigt sich allmählich. 

Das Drosselventil (auch Expansionsventil) sorgt dafür, dass sich der Druck des Kältemittels abbaut und die passende Menge des Fluids zum Verdampfer strömt. Ohne das Ventil bleibt der Druck des Kältemittels zu hoch. Ein großer Teil des Mediums strömt gasförmig über den Verdampfer und die Leistung der Geräte sinkt.

Verschiedene Arten von Drosselventilen

In der Kältetechnik kommen heute verschiedene Arten von Drosselventilen zum Einsatz. Zu nennen sind dabei:

• ungeregelte Ventile
  
• geregelte Ventile

Einfache ungeregelte Drosselventile

Ungeregelte Drosselventile bestehen einfach beschrieben aus einer Verengung der Rohrleitung. Während sich das Kältemittel vor der Engstelle anstaut, strömt es gleichmäßig hindurch und baut Druck ab. In der Praxis lässt sich das mit einem sehr dünnen Rohr, einem sogenannten Kapillarrohr, realisieren. Es kommt immer dann zum Einsatz, wenn das Verhältnis vom Verflüssigungs- zum Verdampfungsdruck klein ist. Wichtig zu wissen ist, dass ungeregelte Ventile immer für einen bestimmten Betriebsfall dimensioniert und eingebaut werden.

Komplexe regelbare Drosselventile

Bei einem geregelten Drosselventil lässt sich die Querschnittsverengung so verändern, dass die hindurchströmende Kältemittelmenge immer zur benötigten Verdampferleistung passt. Das heißt: Muss ein Klimagerät mehr Energie aus einem Raum abführen, muss mehr Kältemittel verdampfen und der freie Querschnitt im Ventil vergrößert sich. Zum Einsatz kommen zum Beispiel thermostatische Drossel- oder Expansionsventile (kurz TEV). Die Bauteile messen die Kältemitteltemperatur vor dem Kompressor und öffnet das Drosselventil, wenn diese steigt. Muss das Klimagerät weniger leisten (zum Beispiel bei sinkender Raumtemperatur), fällt die Kältemitteltemperatur vor dem Kompressor ab und der freie Ventilquerschnitt sinkt.

Übrigens: Neben dem thermostatischen  Expansionsventil  gibt es auch elektronisch geregelte Bauteile. Diese arbeiten sehr genau und kommen vor allem bei größeren Anlagen zum Einsatz.

Praktische Einsatzgebiete des Drosselventils

Drossel- oder Expansionsventile kommen heute in vielen Geräten zum Einsatz, die thermische Energie von einem kühleren auf ein wärmeres System übertragen. Das sind zum Beispiel Kühlschränke, Split-Klimaanlagen oder Wärmepumpen. Während bei einfachen Kühl- oder Klimageräte meist die günstigen ungeregelten Drosselventile verbaut werden, kommen in größeren Anlagen thermostatische oder elektronisch geregelte Expansionsventile zum Einsatz.