Kompressor- oder Peltier-Technologie
Welche Kühltechnologie passt zur Prüfanwendung
Temperaturprüfschränke, Klimaprüfschränke und Konstantklimaschränke erfüllen sehr unterschiedliche Aufgaben. Einige Prüfungen verlangen tiefe Temperaturen, hohe Wärmelasten oder schnelle Temperaturwechsel. Andere laufen über Wochen oder Monate bei einem nahezu konstanten Sollwert.
Dafür kommen vor allem zwei Kühlprinzipien zum Einsatz: die Kompressorkühlung und die Peltierkühlung. Beide entziehen dem Prüfraum Wärme. Sie unterscheiden sich jedoch deutlich im Temperaturbereich, verfügbarer Kühlleistung, Regelverhalten und Wartungsbedarf.
PRAXIS-TIPP
DAS WICHTIGSTE VORAB
Die Wahl der Kühltechnologie sollte nicht nur vom gewünschten Temperaturbereich abhängen. Entscheidend sind auch die Wärmelast des Prüflings, die gewünschte Temperaturdynamik, die Dauer der Prüfung sowie die Umgebungsbedingungen am Aufstellort.
Gerade bei Peltier-Systemen beeinflusst die Temperaturdifferenz zwischen Prüfraum und Umgebung die verfügbare Kühlleistung. Prüfanforderungen und Aufstellbedingungen sollten deshalb immer gemeinsam betrachtet werden.
Technologien im direkten Vergleich
Je nach Prüfaufgabe spielen Kompressor- und Peltiertechnologie unterschiedliche Stärken aus.
| Kompressorkühlung - Leistungsstark und dynamisch | Peltierkühlung - Präzise und konstant |
|---|---|
| große Temperaturbereiche | moderate Temperaturbereiche |
| schnelle Temperaturwechsel | hohe Temperaturstabilität |
| hohe Wärmekompensation | geringe bis moderate Wärmekompensation |
| Kältemittel erforderlich | ohne Kältemittel |
HIGHTLIGHTS
WARUM SPIELT DIE WASSERQUALITÄT ÜBERHAUPT EINE ROLLE?
WIE FUNKTIONIERT EINE KOMPRESSORKÜHLUNG?
WIE FUNKTIONIERT EINE PELTIERKÜHLUNG?
WANN IST WELCHE KÜHLUNG SINNVOLL?
KOMPRESSORKÜHLUNG UND DIE F-GAS VERORDNUNG
AUSWAHLHILFE FÜR DIE PRAXIS
Kompressorkühlung –
leistungsstarke Kühlung über einen Kältemittelkreislauf
Die Kompressorkühlung arbeitet mit einem geschlossenen Kältemittelkreislauf. Das Prinzip ist aus Kühlschränken und Klimaanlagen bekannt: Wärme wird im Prüfraum aufgenommen und anschließend an die Umgebung oder an ein Kühlwassersystem abgegeben.
So funktioniert der Kältemittelkreislauf
- Verdichten: Der Verdichter komprimiert das gasförmige Kältemittel. Druck und Temperatur steigen.
- Verflüssigen: Im Verflüssiger gibt das Kältemittel Wärme ab und wird flüssig.
- Entspannen: Am Expansionsorgan sinken Druck und Temperatur des Kältemittels.
- Verdampfen: Im Verdampfer nimmt das Kältemittel Wärme aus dem Prüfraum auf. Danach beginnt der Kreislauf erneut.
Wann ist die Kompressorkühlung sinnvoll?
- wenn sehr tiefe Temperaturen erforderlich sind,
- wenn der Prüfplan schnelle Temperaturwechsel vorgibt,
- wenn aktive Prüflinge viel Wärme in den Prüfraum eintragen,
- wenn ein großer Temperaturbereich oder eine hohe Leistungsreserve benötigt wird.
Kompressorgekühlte Temperatur- und Klimaprüfschränke erreichen je nach Ausführung Gesamtbereiche von beispielsweise −70 °C bis +180 °C. Die tiefen Temperaturen werden durch das Kältesystem erzeugt, die positiven Temperaturen in der Regel durch eine separate Heizung.
Die erreichbaren Temperaturen, Temperaturänderungsraten und Kühlleistungen sind gerätespezifisch. Sie können nicht pauschal auf jede kompressorgekühlte Anlage übertragen werden.
Peltierkühlung –
Kühlung über den thermoelektrischen Effekt
Die Peltierkühlung nutzt den thermoelektrischen Effekt. Fließt Gleichstrom durch ein Peltier-Element, wird Wärme von einer Seite zur anderen transportiert. Eine Seite nimmt Wärme auf, während die gegenüberliegende Seite sie wieder abgibt. Das technische Prinzip ermöglicht durch eine Umkehrung der Stromrichtung grundsätzlich auch eine Umkehrung des Wärmetransports.
Das Peltier-Element selbst besitzt keine beweglichen Teile und benötigt für die Kühlung kein Kältemittel. Ein vollständiges Gerät kann jedoch weiterhin Lüfter, Sensoren und gegebenenfalls Komponenten für die Befeuchtung enthalten. „Wartungsfrei“ wäre deshalb für das Gesamtsystem keine belastbare Aussage.
Wann ist die Peltierkühlung sinnvoll?
- bei konstanten Sollwerten innerhalb eines moderaten Temperaturbereichs,
- bei Langzeit- und Stabilitätsprüfungen,
- bei geringer bis moderater Wärmelast,
- wenn je nach Geräteausführung (bspw. mit Feuchteregelung) ein geräuscharmer und vibrationsarmer Betrieb gefordert ist,
- wenn für das Kühlprinzip kein Kältemittelkreislauf eingesetzt werden soll.
Bei kleinen Temperaturdifferenzen und geringen Wärmelasten kann die Peltierkühlung in einem günstigen Betriebsbereich arbeiten. Mit zunehmender Temperaturdifferenz steigt der Aufwand für den Wärmetransport deutlich.
Eine pauschale Aussage, welche Technologie weniger Energie benötigt, ist daher nicht möglich. Verglichen werden sollten immer die Verbrauchsdaten des konkreten Geräts bei dem vorgesehenen Sollwert, der tatsächlichen Umgebungstemperatur und der geplanten Beladung.
Aufstellbedingungen und Abwärme
Beide Kühltechnologien führen die aus dem Prüfraum aufgenommene Wärme und die eingesetzte elektrische Energie als Abwärme an den Aufstellraum oder an ein Kühlwassersystem ab. Kann diese Wärme nicht zuverlässig abgeführt werden, sinkt die verfügbare Kühlleistung
Bei Peltiergeräten ist die Temperaturdifferenz zwischen Prüfraum und Umgebung besonders wichtig. Je größer diese Differenz wird, desto geringer ist in der Regel die nutzbare Kühlleistung.
Auch kompressorgekühlte Anlagen können bei zu hoher Raumtemperatur, unzureichender Belüftung oder ungeeigneter Kühlwasserversorgung ihre spezifizierten Leistungsdaten nicht erreichen.
Diese Punkte sollten vor der Aufstellung geklärt sein:
- zulässiger Bereich der Raumtemperatur und Luftfeuchte laut Hersteller,
- erforderliche Wandabstände und freie Zu- und Abluftwege,
- Abwärme der Anlage und zusätzliche Wärmelasten im Raum,
- Eigenwärme des Prüflings,
- Häufigkeit und Dauer von Türöffnungen,
- bei wassergekühlten Anlagen: Kühlwasserqualität, Temperatur, Druck und erforderliche Durchflussmenge.
Werden die Aufstellbedingungen nicht eingehalten, können Sollwerte später erreicht werden, Temperaturänderungsraten sinken oder die vorgesehenen Prüfbedingungen außerhalb der Gerätespezifikation liegen.
Auswahlhilfe für die Praxis
Die folgende Übersicht zeigt typische Tendenzen. Sie ersetzt keine gerätespezifische Auslegung, da auch Prüfraumgröße, Beladung, Feuchtebereich, Aufstellbedingungen und Herstellerdaten die Auswahl beeinflussen.
| Anforderung | Tendenz |
|---|---|
| Sehr tiefe Temperaturen oder großer Temperaturbereich | Kompressor |
| Schnelle Temperaturwechsel | Kompressor |
| Hohe Eigenwärme des Prüflings | Kompressor |
| Konstanter Sollwert bei moderatem Temperaturabstand zur Umgebung | Peltier häufig vorteilhaft |
| Langzeit- oder Stabilitätsprüfung mit geringer Wärmelast | Peltier häufig vorteilhaft |
| Kühlprinzip ohne Kältemittel | Peltier |
Kompressorkühlung und F-Gase-Verordnung
Die Verordnung (EU) 2024/573 regelt den Umgang mit fluorierten Treibhausgasen. Enthält eine Anlage fluorierte Kältemittel, können sich für den Betreiber unter anderem Pflichten zur Emissionsvermeidung, Dichtheitskontrolle, Dokumentation und Rückgewinnung ergeben. Bestimmte Arbeiten dürfen nur durch zertifizierte oder entsprechend qualifizierte Personen ausgeführt werden.
Welche Pflichten tatsächlich gelten, hängt unter anderem vom verwendeten Kältemittel, seiner Füllmenge, dem Treibhauspotenzial und der Bauart der Anlage ab. Eine pauschale Aussage allein aufgrund der Kompressortechnologie ist deshalb nicht möglich. Das konkret eingesetzte Gerät und seine Kennzeichnung müssen geprüft werden.
Natürliche Kältemittel wie CO₂ oder Kohlenwasserstoffe sind keine fluorierten Treibhausgase und fallen daher nicht aufgrund des Kältemittels unter die F-Gase-Verordnung. Die jeweiligen Sicherheits-, Betriebs- und Herstelleranforderungen bleiben davon unberührt.
Welche Änderungen die Verordnung (EU) 2024/573 für Umweltsimulationsanlagen mit sich bringt, welche Übergangsfristen gelten und was Betreiber beachten sollten, erklären wir ausführlich in unserem Beitrag → Neuer Zeitplan für die F-Gas-Verordnung 2024/573.
Fazit
Keine der beiden Technologien ist grundsätzlich besser. Kompressorgekühlte Systeme bieten vor allem bei tiefen Temperaturen, schnellen Temperaturwechseln und hohen Wärmelasten eine große Leistungsreserve. Peltiergekühlte Systeme spielen ihre Stärken insbesondere bei konstanten Langzeitprüfungen, moderaten Temperaturbereichen und geringen Wärmelasten aus.
Für die Auswahl sollten mindestens Temperatur- und Feuchtebereich, Temperaturänderungsrate, Prüfraumgröße, Eigenwärme des Prüflings, Umgebungstemperatur und geplanter Dauerbetrieb gemeinsam betrachtet werden. Erst daraus ergibt sich, welche Technik die Prüfanforderung zuverlässig und wirtschaftlich erfüllt.
Welche Kühltechnologie passt zu Ihrer Prüfanwendung?
Temperaturbereich, Wärmekompensation, Temperaturänderungsrate und Aufstellbedingungen beeinflussen, welche Prüfanlage für Ihre Anwendung geeignet ist.
Wir unterstützen Sie dabei, Ihre Anforderungen einzuordnen und die passende Anlagen- und Kühltechnologie auszuwählen.
Sprechen Sie uns gerne an.
Häufige Fragen (FAQs)
Keine der beiden Technologien ist grundsätzlich besser. Welche Kühlung geeignet ist, hängt von der jeweiligen Prüfaufgabe ab. Kompressorgekühlte Systeme eignen sich besonders für tiefe Temperaturen, schnelle Temperaturwechsel und hohe Wärmelasten. Peltiergekühlte Systeme spielen ihre Stärken vor allem bei konstanten Sollwerten, Langzeitprüfungen und moderaten Wärmelasten aus.
Für schnelle Temperaturwechsel ist in der Regel eine Kompressorkühlung die passende Lösung. Sie bietet eine höhere Kühlleistung und Leistungsreserve und wird daher häufig bei dynamischen Temperaturprüfungen eingesetzt. Die tatsächlich erreichbaren Temperaturänderungsraten hängen jedoch immer von der jeweiligen Anlage und ihrer Ausführung ab.
Die Eigenwärme des Prüflings ist ein wichtiger Auslegungsfaktor. Wird ein aktiver Prüfling während der Prüfung betrieben und erzeugt dabei selbst Wärme, muss die Anlage diese zusätzliche Wärmelast zuverlässig abführen können. Bei hohen Wärmelasten bietet die Kompressorkühlung in der Regel eine größere Leistungsreserve.
Ja. Beide Kühltechnologien sind auf geeignete Aufstellbedingungen angewiesen. Besonders bei Peltiergeräten wirkt sich die Temperaturdifferenz zwischen Prüfraum und Umgebung auf die nutzbare Kühlleistung aus. Aber auch kompressorgekühlte Anlagen können bei zu hoher Raumtemperatur, unzureichender Belüftung oder ungeeigneter Kühlwasserversorgung ihre spezifizierte Leistung nicht erreichen.
Ja. Je nach Anwendung können Temperaturprüfschränke und Klimaprüfschränke sowie Temperiergeräte auch mit CO₂ als Kältemittel ausgeführt werden. CO₂ ist ein natürliches Kältemittel und zählt nicht zu den fluorierten Treibhausgasen der F-Gase-Verordnung (EU) 2024/573. Damit ist eine CO₂-Kühlung eine mögliche Alternative zu Systemen mit fluorierten Kältemitteln. Welche Ausführung technisch sinnvoll ist, hängt jedoch unter anderem vom benötigten Temperaturbereich, der Kühlleistung und der jeweiligen Anwendung ab.
Downloads
Sie benötigen weitere Unterlagen?
Kontaktieren Sie uns - wir helfen Ihnen gerne weiter.
Das könnte Sie auch interessieren
