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Gewerbliche Kälteanlagen und Kälteservice – Druck-Enthalpie-Diagramme im Prinzip verstehen

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Gewerbliche Kälteanlagen und Kälteservice – Druck-Enthalpie-Diagramme im Prinzip verstehen

Einleitung

Zustände erkennen. Energieflüsse verstehen. Sicher mit Modellwerten arbeiten.

In diesem aiMOOC lernst Du, das Druck-Enthalpie-Diagramm einer gewerblichen Kälteanlage im Prinzip zu lesen. Du verfolgst das Kältemittel durch vier Bauteile und berechnest einfache Energieflüsse.

Zielgruppe: Ausbildung in der Kälte-, Klima- und Wärmepumpentechnik.

Lernzeit: Etwa 45–60 Minuten einschließlich der Aufgaben.

Lernziele: Du kannst die Achsen, die Zustandsgebiete, vier Prozessschritte und die energetischen Zusammenhänge erklären.

Sicherheitsgrenze: Alle Übungen erfolgen mit Bildern, Papier, digitalen Diagrammen und erfundenen Modellwerten. Du öffnest keinen Kältekreis, schließt keine Messgeräte an und veränderst keine reale Anlage.

Praxisbild: Gewerblicher Kühlraum mit Luftkühlern. Welche Aufgabe haben die sichtbaren Ventilatoren?

Praxisbild: Verflüssigungssatz mit Verdichter und Wärmeübertragern. Das Foto dient ausschließlich der Bauteilerkennung.

Dein Lernpfad

Einheit	Thema	Lernziel
1	Kältekreislauf	Vier Bauteile erkennen
2	Druck-Enthalpie-Diagramm	Achsen und Zustände lesen
3	Kreisprozess	Prozessschritte zuordnen
4	Energiebilanz	Energieflüsse berechnen
5	Kälteservice	Modellfall auswerten
6	Arbeitssicherheit	Gefahren und Fachkunde unterscheiden

Lerneinheit 1: Der Kältekreislauf

Leitfrage: Wie kann eine Kälteanlage einem Kühlraum Wärme entziehen?

Schematischer einstufiger Kompressionskältekreislauf.

Der Kältekreislauf transportiert Wärme aus dem Kühlraum in die wärmere Umgebung. Dafür benötigt er von außen zugeführte Arbeit.

Bauteil	Hauptaufgabe	Energiefluss
Verdampfer	Kältemittel nimmt Wärme auf	Wärme aus dem Kühlraum
Verdichter	Dampf wird verdichtet	Arbeit wird zugeführt
Verflüssiger	Kältemittel gibt Wärme ab	Wärme an die Umgebung
Drosselorgan	Druck wird abgesenkt	Im idealisierten Modell keine äußere Arbeit

Merksatz: Verdampfer nimmt Wärme auf – Verdichter benötigt Arbeit – Verflüssiger gibt Wärme ab – Drosselorgan senkt den Druck.

Fachvideo: R. Paul Singh – Refrigeration: Schematic and a Pressure Enthalpy Chart. Englische Erklärung eines Kältekreislaufs mit zugehörigem Diagramm.

Basisaufgabe: Ordne die vier Bauteile entlang der Strömungsrichtung: Verdampfer → Verdichter → Verflüssiger → Drosselorgan → Verdampfer.

Feedback: Richtig ist die Reihenfolge, wenn das Kältemittel nach der Drosselung wieder zum Verdampfer gelangt. Der Kreislauf ist geschlossen.

Lerneinheit 2: Das Druck-Enthalpie-Diagramm lesen

Leitfrage: Was zeigen die beiden Achsen?

Log-p-h-Diagramm für R134a. Es dient hier zum Lernen der Diagrammsprache, nicht zur Auslegung einer realen Anlage.

Zeichen	Bedeutung	Einheit
h	Spezifische Enthalpie	kJ/kg
p	Absoluter Druck	Häufig bar
T	Temperatur	°C oder K
x	Dampfgehalt im Zweiphasengebiet	dimensionslos

Horizontal: Die spezifische Enthalpie h steigt nach rechts.

Vertikal: Der Druck p steigt nach oben und ist im Log-p-h-Diagramm logarithmisch dargestellt.

Wichtig: Die Druckskala zeigt üblicherweise Absolutdruck. Ein Manometer kann Überdruck anzeigen. Beide Angaben dürfen nicht verwechselt werden.

Drei Zustandsgebiete

Ein Log-p-h-Diagramm mit einem beispielhaften R290-Kreisprozess.

Lage im Diagramm	Zustand
Links der Siedelinie	Flüssiges Kältemittel
Zwischen Siede- und Taulinie	Flüssigkeits-Dampf-Gemisch
Rechts der Taulinie	Dampf beziehungsweise überhitzter Dampf

Die Siede- und Taulinie bilden gemeinsam die charakteristische Kuppel. In ihrem Inneren befindet sich das Nassdampfgebiet.

Beim gesättigten Flüssigkeitszustand ist x = 0, beim gesättigten Dampfzustand x = 1.

Achtung: Ein Diagramm gilt für ein bestimmtes Kältemittel. R134a- und R290-Stoffwerte dürfen nicht miteinander vermischt werden.

Fachvideo: R. Paul Singh – Refrigeration: Pressure Enthalpy Chart. Zustände und Diagrammaufbau.

Mini-Aufgabe: Zeige auf dem Diagramm die Enthalpieachse, die Druckachse und das Nassdampfgebiet.

Feedback: h muss auf der waagerechten Achse liegen. Das Nassdampfgebiet liegt zwischen Siede- und Taulinie. Die Kuppel ist keine Darstellung der räumlichen Anlage.

Lerneinheit 3: Vier Zustandsänderungen

Leitfrage: Wie entsteht der geschlossene Prozess im Diagramm?

Beispielhafter Kompressionskälteprozess im p-h-Diagramm für R134a. Die Abbildung besitzt eine eigene Zustandspunktnummerierung; für die folgenden Aufgaben gilt ausschließlich das unten definierte Modell 1–2–3–4.

Fachanimation von Danfoss Climate Solutions: How the log p-h diagram works in HVAC-R refrigeration systems. Englische Darstellung der Zustandsänderungen.

Unser einheitliches Vier-Punkte-Modell

Weg	Bauteil	Veränderung	Richtung im p-h-Diagramm
1 → 2	Verdichter	Druck und Enthalpie steigen	Nach oben und rechts
2 → 3	Verflüssiger	Wärmeabgabe auf hohem Druckniveau	Vereinfacht nach links
3 → 4	Drosselorgan	Druck sinkt, Enthalpie bleibt im idealen Drosselmodell gleich	Senkrecht nach unten
4 → 1	Verdampfer	Wärmeaufnahme auf niedrigem Druckniveau	Nach rechts

Zustand 1: Dampf nach dem Verdampfer, vor dem Verdichter.

Zustand 2: Heißer, verdichteter Dampf nach dem Verdichter.

Zustand 3: Flüssiges Kältemittel nach dem Verflüssiger.

Zustand 4: Flüssigkeits-Dampf-Gemisch nach der Drosselung.

Das ist ein idealisiertes Grundmodell. In realen Anlagen treten unter anderem Druckverluste, zusätzliche Überhitzung und Unterkühlung auf.

Schnittschema eines thermostatischen Expansionsventils. Die Abbildung ist keine Anleitung für Einstellarbeiten.

Detailaufnahme eines Verflüssigungssatzes mit Verdichter und weiteren kältetechnischen Bauteilen.

Vertiefung: Der reale Kreisprozess

Darstellung eines realitätsnäheren Kälteprozesses. Vergleiche ihn mit dem idealisierten Verlauf.

Beobachtungsauftrag: Achte auf die Form der Verdichtungslinie und auf Abweichungen von waagerechten Druckverläufen.

Feedback: Das reale Diagramm kann vom einfachen Rechteck-ähnlichen Prozess abweichen. Zusätzliche Druckverluste und nicht ideale Vorgänge beeinflussen die Zustandswerte. Aus der Form allein darfst Du keine konkrete Störung diagnostizieren.

Lerneinheit 4: Energieflüsse verstehen

Leitfrage: Was verrät eine Enthalpiedifferenz?

Im vereinfachten stationären Prozess zeigt die Enthalpiedifferenz, wie viel Energie pro Kilogramm Kältemittel übertragen wird.

Teilprozess	Spezifischer Energiebetrag
Verdampfer	q₀ = h₁ − h₄
Verdichter	w = h₂ − h₁
Verflüssiger	qₐᵦ = h₂ − h₃

Die Größen q₀, w und qₐᵦ haben die Einheit kJ/kg.

Um aus einem spezifischen Energiebetrag eine Leistung zu berechnen, multiplizierst Du ihn mit dem Kältemittelmassenstrom in kg/s.

Kälteleistung: Q̇₀ = ṁ · (h₁ − h₄)

Thermodynamische Verdichterleistung: P = ṁ · (h₂ − h₁)

Abgegebene Wärmeleistung: Q̇ₐᵦ = ṁ · (h₂ − h₃)

Modell-Leistungszahl: COP = (h₁ − h₄) / (h₂ − h₁)

Dabei bedeutet COP „Coefficient of Performance“. Er beschreibt das Verhältnis von nutzbarer Kälteleistung zur zugeführten Verdichterleistung.

Gültigkeitsgrenze: Diese Formeln setzen das vereinfachte stationäre Modell mit vernachlässigten Wärmeverlusten und Druckverlusten voraus. Die Verdichterleistung ist hier die Leistung am Kältemittel; elektrische Aufnahmeleistung, Ventilatoren und andere Verluste sind nicht berücksichtigt.

Lerneinheit 5: Ausbildungsfall Kühlraum

Arbeitsauftrag: Eine Auszubildende soll für einen gewerblichen Kühlraum die energetischen Zusammenhänge anhand vorbereiteter Unterlagen erläutern.

Es werden keine Betriebswerte gemessen und keine Bauteile bedient.

Die folgenden Werte sind frei gewählte Übungswerte. Sie sind keiner konkreten Anlage und keinem bestimmten Kältemittel zugeordnet.

Datenblatt des fiktiven Modells

Zustand	Beschreibung	Druckniveau	h in kJ/kg
1	Verdampferausgang	niedrig	400
2	Verdichterausgang	hoch	440
3	Verflüssigerausgang	hoch	260
4	Drosselausgang	niedrig	260

Modellmassenstrom: ṁ = 0,025 kg/s

Basisaufgabe: Energie pro Kilogramm

Berechne die Kälteaufnahme, die Verdichterarbeit und die Wärmeabgabe je Kilogramm.

Gestufte Hilfen

Hilfe 1 – Orientierung: Finde die Zustände vor und nach jedem Bauteil.

Hilfe 2 – Struktur: Bilde die jeweilige Enthalpiedifferenz.

Hilfe 3 – Einsetzen: Nutze 400 − 260, 440 − 400 und 440 − 260.

Lösung mit Feedback:

Größe	Ergebnis	Begründung
q₀	140 kJ/kg	Im Verdampfer steigt die Enthalpie von 260 auf 400 kJ/kg.
w	40 kJ/kg	Die Verdichtung erhöht die Enthalpie von 400 auf 440 kJ/kg.
qₐᵦ	180 kJ/kg	Im Verflüssiger sinkt die Enthalpie von 440 auf 260 kJ/kg.

Plausibilitätskontrolle: 140 + 40 = 180 kJ/kg. Die Wärmeabgabe entspricht im idealisierten Modell der aufgenommenen Wärme zuzüglich der Verdichterarbeit.

Anwendungsaufgabe: Leistungen berechnen

Multipliziere die drei Energiebeträge mit 0,025 kg/s.

Gestufte Hilfen

Hilfe 1: Die Einheit kJ/kg multipliziert mit kg/s ergibt kJ/s.

Hilfe 2: 1 kJ/s entspricht 1 kW.

Hilfe 3: Beginne mit 0,025 · 140.

Lösung mit Feedback:

Größe	Rechnung	Ergebnis
Kälteleistung	0,025 · 140	3,5 kW
Verdichterleistung im Modell	0,025 · 40	1,0 kW
Wärmeabgabe	0,025 · 180	4,5 kW
COP	3,5 / 1,0	3,5

Feedback: Das Ergebnis ist rechnerisch stimmig, denn 3,5 kW + 1,0 kW = 4,5 kW. Die Leistungszahl ist dimensionslos und beschreibt nicht den gemessenen Stromverbrauch einer realen Kühlanlage.

Transferaufgabe: Was ändert sich?

Betrachte ein zweites fiktives Modell, in dem ausschließlich der Massenstrom auf 0,030 kg/s steigt. Alle vier Enthalpiewerte bleiben unverändert.

Hilfe 1: Vergleiche zuerst die spezifischen Enthalpiedifferenzen.

Hilfe 2: Die Leistungen sind proportional zum Massenstrom.

Hilfe 3: Vergleiche die Verhältnisse 0,030 / 0,025 und 3,5 / 1,0.

Lösung mit Feedback:

Die Kälteleistung steigt auf 4,2 kW, die thermodynamische Verdichterleistung auf 1,2 kW und die abgegebene Wärmeleistung auf 5,4 kW.

Der COP bleibt 3,5, weil sich bei unveränderten spezifischen Enthalpiedifferenzen beide für ihn relevanten Leistungen im gleichen Verhältnis ändern.

Transfergrenze: Bei einer realen Änderung des Massenstroms können sich auch andere Zustandsgrößen und Wirkungsgrade verändern. Deshalb ist das Ergebnis keine Vorhersage für eine reale Anlage.

Lerneinheit 6: Sicherheit, Kältemittel und Fachkunde

Leitfrage: Warum darf ein Diagrammverständnis nicht mit einer Serviceberechtigung verwechselt werden?

Kältemittelrisiken

Verschiedene Kältemittel besitzen unterschiedliche Stoffeigenschaften und Gefährdungen.

Kältemittel	Wesentliche Gefährdung	Folgerung
R290 – Propan	Hoch entzündbar, Sicherheitsgruppe A3	Brand- und Explosionsgefahren müssen fachkundig bewertet werden.
R744 – Kohlendioxid	Hohe Systemdrücke, mögliche Erstickungsgefahr bei Freisetzung	Druck- und Lüftungssicherheit sind zu berücksichtigen.
R717 – Ammoniak	Giftig und unter bestimmten Bedingungen brennbar	Gesundheitsgefahren und besondere Anlagenanforderungen sind zu beachten.

Die Gefährdungen hängen auch von Füllmenge, Anlagenbauart, Aufstellungsort und Betriebsbedingungen ab.

Keine pauschale Aussage: Die Stoffbezeichnung allein erlaubt weder eine vollständige Gefährdungsbeurteilung noch eine Freigabe für Servicearbeiten.

Quelle: DGUV – Sicher arbeiten mit Kältemitteln, Umweltbundesamt – Ammoniak.

Brand- und Explosionsgefahr

Bei entzündbaren Kältemitteln kann austretendes Gas unter ungünstigen Bedingungen eine explosionsfähige Atmosphäre bilden.

Die Beurteilung umfasst insbesondere Stoffeigenschaften, mögliche Freisetzung, Zündquellen und erforderliche Schutzmaßnahmen.

Kursgrenze: Keine Versuche mit brennbaren Kältemitteln, keine Leckageversuche und keine Arbeiten an sicherheitsrelevanten Komponenten.

Druck- und Kältegefahren

Kälteanlagen können unter erheblichem Druck stehen. Austretendes Kältemittel kann außerdem Kälteverletzungen verursachen.

Die Betriebssicherheitsverordnung enthält Anforderungen an die sichere Verwendung und gegebenenfalls an die Prüfung von Druckanlagen. Ob und welche Prüfpflichten gelten, hängt von der konkreten Anlage ab.

Kursgrenze: Keine Druckprüfung, kein Anschließen von Manometern und kein Eingriff in druckführende Teile.

Quelle: BetrSichV – Anhang 2, insbesondere Abschnitt 4.

Erforderliche Fachkunde und Rechtsstand

Geprüfter Rechtsstand: 11. Oktober 2026, Deutschland und Europäische Union.

Die Verordnung (EU) 2024/573 regelt unter anderem Anforderungen an Tätigkeiten mit fluorierten Treibhausgasen und relevanten Alternativen.

Die Durchführungsverordnung (EU) 2024/2215 konkretisiert Zertifizierungsanforderungen für bestimmte Arbeiten an Kälte-, Klima- und Wärmepumpenanlagen, auch im Zusammenhang mit ausgewählten natürlichen Kältemitteln.

Die neue deutsche Chemikalien-Klimaschutzverordnung vom 14. April 2026 gilt seit dem 17. April 2026. Sie enthält Regelungen zu Sachkundenachweisen, Auffrischungskursen und Unternehmenszertifikaten.

Entscheidend: Erforderliche Qualifikation, Zertifizierung, betriebliche Beauftragung und Gefährdungsbeurteilung müssen zur tatsächlichen Tätigkeit und Anlage passen. Eine Berufsausbildung oder dieser Lernkurs allein berechtigt nicht automatisch zu allen Kältekreisarbeiten.

Für diesen aiMOOC gilt: Ausschließlich theoretisches Lernen, Dokumentenanalyse und ungefährliche Modellrechnungen. Keine eigenständigen Arbeiten am Kältekreis.

Amtliche Rechtsquellen:

Für konkrete Arbeiten müssen die zum Ausführungszeitpunkt geltenden Vorschriften, technischen Regeln, Herstellerinformationen und betrieblichen Freigaben erneut geprüft werden.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Welche Achse zeigt im Druck-Enthalpie-Diagramm die spezifische Enthalpie? (Waagerechte Achse) (!Senkrechte Achse) (!Zeitachse) (!Massenstromachse)

Welche Einheit wird für die spezifische Enthalpie verwendet? (Kilojoule je Kilogramm) (!Kilowatt je Sekunde) (!Bar je Kilogramm) (!Kilogramm je Stunde)

Welches Bauteil erhöht den Druck des Kältemitteldampfs? (Verdichter) (!Verdampfer) (!Drosselorgan) (!Flüssigkeitssammler)

Wo nimmt das Kältemittel im einfachen Kälteprozess Wärme aus dem Kühlraum auf? (Im Verdampfer) (!Im Verdichter) (!Im Verflüssiger) (!Im Elektromotor)

Was geschieht im Verflüssiger hauptsächlich? (Das Kältemittel gibt Wärme an die Umgebung ab) (!Das Kältemittel nimmt Wärme aus dem Kühlraum auf) (!Der Druck wird durch Drosselung abgesenkt) (!Die elektrische Antriebsarbeit wird erzeugt)

Welche Aussage gilt für das idealisierte Drosselorgan? (Die spezifische Enthalpie bleibt annähernd konstant) (!Der Druck steigt stark an) (!Die Enthalpie verdoppelt sich) (!Das Kältemittel verrichtet große äußere Arbeit)

Wo liegt im Diagramm das Nassdampfgebiet? (Zwischen Siedelinie und Taulinie) (!Immer rechts von allen Isothermen) (!Immer oberhalb des kritischen Punktes) (!Außerhalb des Diagramms)

Warum darfst Du nicht ohne Weiteres die Stoffwerte verschiedener Kältemittel austauschen? (Weil sich ihre thermodynamischen Eigenschaften unterscheiden) (!Weil jedes Diagramm dieselben Stoffwerte zeigt) (!Weil die Druckachse immer die Zeit darstellt) (!Weil jedes Kältemittel dieselbe Verdampfungsenthalpie hat)

Wie berechnest Du im Modell die Kälteleistung? (Massenstrom mal Enthalpiedifferenz im Verdampfer) (!Massenstrom geteilt durch den Hochdruck) (!Temperatur mal Verdichterdrehzahl) (!Niederdruck plus Hochdruck)

Welche Handlung ist im Rahmen dieses Lernkurses zulässig? (Einen vorgegebenen Modellprozess auf Papier auswerten) (!Ein Expansionsventil eigenständig einstellen) (!Eine Anlage eigenständig mit Kältemittel befüllen) (!Eine Druckleitung zu Übungszwecken öffnen)

Feedback zum Quiz

Wenn Du eine Antwort falsch hattest, überprüfe den zugehörigen Grundgedanken:

Achsen und Einheiten: h ist eine massenbezogene Energiegröße, nicht die Temperatur oder eine elektrische Leistung.
Bauteile: Wärmeaufnahme, Verdichtung, Wärmeabgabe und Drosselung haben unterschiedliche Funktionen.
Zustände: Das Nassdampfgebiet enthält Flüssigkeit und Dampf gleichzeitig.
Rechnung: Erst die Enthalpiedifferenz bilden, dann mit dem Massenstrom multiplizieren.
Sicherheit: Ein theoretisches Diagramm vermittelt keine praktische Berechtigung.

Memory

Finde die passenden Fachbegriffe und Erklärungen.

Abszisse	Horizontale Diagrammachse
Ordinate	Vertikale Diagramachse
Nassdampfgebiet	Gleichzeitiges Vorkommen von Flüssigkeit und Dampf
Isobare	Linie gleichen Drucks
Isenthalpe	Linie gleicher spezifischer Enthalpie
Verdichtung	Druckerhöhung durch zugeführte Arbeit
Verdampfung	Wärmeaufnahme beim Übergang in die Dampfphase

Drag and Drop

Ordne jedem Bauteil die richtige Aufgabe zu.

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Funktion im Kältekreislauf
Verdichter	Druckerhöhung durch Arbeitszufuhr
Verflüssiger	Wärmeabgabe auf hohem Druckniveau
Drosselorgan	Druckabsenkung bei näherungsweise gleicher Enthalpie
Verdampfer	Wärmeaufnahme auf niedrigem Druckniveau
Flüssigkeitssammler	Bevorratung von flüssigem Kältemittel

Feedback: Achte besonders auf den Unterschied zwischen Verdampfer und Verflüssiger: Im Verdampfer wird Wärme aufgenommen, im Verflüssiger wird Wärme abgegeben. Der Flüssigkeitssammler ist ein mögliches Zusatzbauteil und gehört nicht zu den vier grundlegenden Prozessschritten.

Kreuzworträtsel

Enthalpie	Welche thermodynamische Größe wird im p-h-Diagramm auf der waagerechten Achse dargestellt?
Verdichter	Welches Bauteil erhöht den Druck des Kältemitteldampfs?
Verdampfer	Welcher Wärmeübertrager nimmt Wärme aus dem Kühlraum auf?
Isobare	Wie nennt man eine Linie gleichen Drucks?
Drossel	Welches Bauteil senkt den Druck durch eine Drosselung ab?
Nassdampf	Wie heißt das Gemisch aus flüssiger und dampfförmiger Phase?

LearningApps

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Dies ist eine Suchanfrage und keine Zusicherung, dass bereits eine passende externe Lernanwendung vorhanden ist.

Lückentext

Die waagerechte Achse des Diagramms zeigt die spezifische

.

Die senkrechte Achse stellt den

dar.

Im Log-p-h-Diagramm ist die Druckachse

skaliert.

Zwischen der Siedelinie und der Taulinie befindet sich das

.

Im Verdampfer nimmt das Kältemittel

auf.

Der Verdichter führt dem Kältemitteldampf mechanische

zu.

Im Verflüssiger wird Wärme an die

abgegeben.

Bei der idealisierten Drosselung bleibt die spezifische Enthalpie

.

Die Kälteleistung ergibt sich aus Massenstrom und

.

Die Leistungszahl COP ist eine

Größe.

Ein reales Kältemittelsystem darf nur durch entsprechend qualifiziertes

bearbeitet werden.

Offene Aufgaben

Arbeitsregel: Nutze ausschließlich bereitgestellte Bilder, vorgegebene Modellwerte, Fachtexte oder digitale Lernmedien. Alle Praxisbeobachtungen sind auf sichere, vom Ausbildungsbetrieb freigegebene Situationen begrenzt.

Leicht

Bauteilposter: Erstelle ein beschriftetes Poster mit Verdampfer, Verdichter, Verflüssiger und Drosselorgan. Zeichne den Kältemittelfluss ein.
Achsenkarte: Gestalte eine Lernkarte zu h, p, ihren Einheiten und der logarithmischen Druckachse.
Phasenbild: Zeichne die drei Zustandsgebiete eines p-h-Diagramms und erkläre sie in eigenen Worten.
Bildanalyse: Markiere auf einem bereitgestellten Foto sichtbare Anlagenkomponenten, ohne Bauteile zu berühren oder zu bedienen.

Standard

Rechenkarte: Berechne für den Ausbildungsfall die drei spezifischen Energiebeträge und kontrolliere die Energiebilanz.
Leistungsblatt: Erstelle eine übersichtliche Berechnung von Kälteleistung, Verdichterleistung, Wärmeabgabe und COP.
Erklärvideo: Produziere ein einminütiges Lernvideo mit Zeichnungen, das die Wärmeaufnahme und Wärmeabgabe erklärt.
Medienvergleich: Vergleiche zwei der eingebundenen p-h-Diagramme. Beschreibe Gemeinsamkeiten und Unterschiede der Darstellungen, ohne Stoffwerte zu übertragen.

Schwer

Modellvariation: Erhöhe den Massenstrom im Fallbeispiel um 20 Prozent und begründe die Auswirkungen auf Leistungen und Modell-COP.
Prozessvergleich: Zeichne einen idealisierten und einen qualitativ realitätsnäheren Prozess. Beschreibe, warum sie sich unterscheiden können, ohne konkrete Betriebswerte vorzugeben.
Gefährdungsvergleich: Erstelle aus den offiziellen Quellen eine Sicherheitsmatrix für R290, R744 und R717 mit Gefahren, Grenzen und erforderlicher fachkundiger Beurteilung.
Ausbildungspräsentation: Entwickle eine kurze Präsentation für einen fiktiven Kunden, die Wärmeflüsse, Modellleistung, Annahmen und Grenzen der Aussagekraft erklärt.

Lernkontrolle

Bearbeite mindestens fünf der folgenden Aufgaben. Begründe Deine Antworten.

Fallvergleich: Ein Modell zeigt 4 kW Kälteleistung und 1 kW Verdichterleistung. Erkläre anhand der Energiebilanz, warum die Wärmeabgabe 5 kW beträgt.
Konzeptübertragung: Die Enthalpie ist vor und nach einem Drosselorgan gleich. Erkläre, warum der Zustand des Kältemittels trotzdem nicht gleich bleibt.
Diagrammdeutung: Zwei Zustandspunkte liegen auf derselben Isobaren. Erläutere, welche Eigenschaft gleich bleibt und welche sich unterscheiden kann.
Modelländerung: Bei unverändertem Massenstrom und unverändertem h₁ steigt in einem neuen konsistenten Modell h₃ = h₄ von 260 auf 280 kJ/kg. Berechne die neue Kälteleistung bei ṁ = 0,025 kg/s und h₁ = 400 kJ/kg. Erkläre die Veränderung.
Systemgrenze: Begründe, weshalb der berechnete Modell-COP nicht automatisch dem COP einer realen Anlage entspricht.
Stoffvergleich: Erläutere, warum gleiche Druck- und Enthalpiewerte bei unterschiedlichen Kältemitteln nicht ohne Stoffdatenprüfung als gleicher thermodynamischer Zustand interpretiert werden dürfen.
Berufliche Entscheidung: Ein Auszubildender soll an einem unbekannten Kältekreis ein Ventil betätigen. Erkläre, welche grundlegenden Fragen zu Fachkunde, betrieblicher Freigabe, Kältemittel und Gefährdungsbeurteilung zuvor zu klären sind und warum Du keine eigenständige Handlung ableitest.

Erwartungshorizont und begründetes Feedback

Aufgabe	Wesentlicher Gedankengang
Fallvergleich	4 kW + 1 kW = 5 kW. Die zugeführte Arbeit gelangt im idealisierten Modell zusätzlich zur aufgenommenen Kältewärme in die Wärmeabgabe.
Drosselprozess	Der Druck fällt, während die Enthalpie näherungsweise gleich bleibt. Dadurch kann sich der Dampfgehalt ändern.
Diagrammdeutung	Gleich ist der Druck. Die Enthalpie, Temperatur oder der Phasenzustand können sich je nach Gebiet unterscheiden.
Modelländerung	Q̇₀ = 0,025 · (400 − 280) = 3,0 kW. Die Kälteleistung ist um 0,5 kW geringer, weil die nutzbare Enthalpiedifferenz sinkt.
Systemgrenze	Zusätzliche elektrische Verbraucher, Verdichterverluste, Druckverluste und veränderte Betriebsbedingungen sind im einfachen Modell nicht enthalten.
Stoffvergleich	Verschiedene Kältemittel besitzen unterschiedliche Stoffkennlinien und Phasengrenzen; auch unterschiedliche Enthalpiebezugspunkte sind möglich.
Berufliche Entscheidung	Vor jeder realen Tätigkeit sind die konkrete Anlage, die Tätigkeit, Gefährdungen, Qualifikationsnachweise und betriebliche Zuständigkeiten zu klären. Der Lernkurs begründet keine Eingriffsberechtigung.

Lernnachweis

Als Lernnachweis erstellst Du eine kompakte Dokumentation zum fiktiven Kühlraum.

Deine Dokumentation enthält:

Eine selbst beschriftete Skizze des vierstufigen Kältekreislaufs.
Ein p-h-Prinzipschema mit Achsen, Zustandsgebieten und eindeutig definierten Zustandspunkten.
Die Berechnung der drei spezifischen Energiebeträge und der drei Leistungen mit Einheiten.
Die Berechnung und Interpretation des Modell-COP.
Eine nachvollziehbare Energiebilanz und eine Plausibilitätsprüfung.
Einen Vergleich zwischen vereinfachtem und realitätsnäherem Prozess.
Eine begründete Abgrenzung zwischen theoretischer Auswertung und fachkundepflichtiger Praxis.
Eine kurze Quellen- und Medienübersicht.

Bewertungsmaßstab: Fachliche Richtigkeit, verständliche Darstellung, passende Einheiten, begründete Zusammenhänge, transparent benannte Modellannahmen und sichere berufliche Entscheidungen.

OERs zum Thema

Wikipedia: Druck-Enthalpie-Diagramm

Fachlich geprüfte Lernquellen

Wikipedia – Druck-Enthalpie-Diagramm: Achsen, Zustandsgebiete und Anwendung.
TLK Energy – Log-p-h-Diagramm: Interaktives Stoffdiagramm und Erklärung des Kältekreislaufs.
TLK Energy – Interaktiver Diagrammrechner: Digitale Vertiefung mit verschiedenen Kältemitteln.
Danfoss – Pressure/Enthalpy Diagram: Technische Grundlagen des Druck-Enthalpie-Diagramms.
Danfoss Learning: Berufliche Lernangebote zur Kältetechnik.
DGUV – Sicher arbeiten mit Kältemitteln: Gefahren, Schutz und Fachkunde.

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