Kühl- oder Kältetechnik bedeutet, dass ein Bereich, ein Raum oder eine Zelle kontrolliert auf einer Temperatur gehalten wird, die unterhalb der Umgebungstemperatur liegt. Nach den Regeln der Thermodynamik passiert ein solcher Kühlprozess nicht spontan. Wenn Sie etwas Kaltes (z.B. Eiswürfel) und etwas Warmes (z.B. Limonade) zusammenbringen, dann findet ein Temperaturausgleich statt. Die Eiswürfel schmelzen mit der Zeit und vermischen sich mit der Limonade, am Ende haben Sie ein Gemenge mit einer einheitlichen Temperatur, die zwischen den beiden Ausgangstemperaturen liegt. Kältetechnik möchte das Gegenteil erreichen, das heißt, der Ausgangszustand ist ein Temperaturgleichgewicht und ein Teilbereich soll abgekühlt werden. Wärme muss kontinuierlich dem zu kühlenden Objekt entzogen werden. Dafür wird Energie benötigt, die innerhalb eines Kälteprozesses kontinuierlich zur Verfügung gestellt werden muss.

Die meisten Prozesse der Kältetechnik sind als Kreislaufprozesse angelegt und nutzen sogenannte Kältemittel. Dabei wird mit einem Kompressor gearbeitet. Im Grundsatz werden zwei verschiedene Verfahren oder Maschinen unterschieden:

• Kaltdampfanlagen arbeiten nach dem Prinzip der Verdampfungskühlung. Das Kältemittel wird hierbei immer wiederkehrend einem Phasenübergang von flüssig nach gasförmig und umgekehrt unterworfen, bei dem es zyklisch Wärme aufnimmt beziehungsweise wieder abgibt.
• Joule-Thomson-Anlagen nutzen das Kältemittel nur im gasförmigen Zustand. Dabei wird ausgenutzt, dass Gase sich bei Entspannung abkühlen und bei der Verdichtung erwärmen. Durch kaskadierte Verfahren können hier sehr tiefe Temperaturen erzielt werden.

Am weitesten verbreitet sind Kompressionskältemaschinen, die nach dem ersten Prinzip der Verdampfungskühlung arbeiten. Sie finden sich in den gängigsten Anwendungen der Kältetechnik wieder. Dazu gehören:

• Kühlhäuser
• Kühlzelle
• Kühllager
• Klimaanlagen
• Kunsteisbahnen

Die einzelnen Anwendungen als Kühllager oder Kühlzelle finden sich in Schlachthöfen, Brauereien und vielen Bereichen der chemischen Industrie wieder.

Der Kreisprozess startet mit einem gasförmigen Kältemittel, das mittels eines Kompressors verdichtet wird. Im nachgelagerten Wärmeübertrager verflüssigt sich das Kältemittel. Dabei wird die Kondensationswärme bei hoher Temperatur abgegeben. Dass die Temperatur so hoch ist, liegt an dem hohen Druck, durch den die Kondensationstemperatur heraufgesetzt wurde. Danach fließt das Kältemittel zu einem Drosselorgan, wo es zu einer Absenkung des Drucks kommt. Es befindet sich nun in einem weiteren Wärmeübertrager, in dem das Kältemittel jetzt verdampft. Dieser Prozess erfordert Wärme und findet bei niedriger Temperatur statt. Die benötigte Wärme wird dem Kühlraum des Kühlschranks oder dem zu kühlenden Objekt entzogen. Danach wird das Kältemittel wieder von Kompressor angesaugt und der Prozess startet von Neuem. Bei Prozessen, in denen das Kältemittel die ganze Zeit im gasförmigen Zustand bleibt, läuft das verdichtete Gas nach der Kompression durch eine Turbine und entzieht der Umgebung durch die Entspannung Wärme.

Umgekehrt laufende Kreisprozesse können als Wärmepumpe genutzt werden. So gibt es Anlagen, die sowohl heizen als auch kühlen können.

Was sich beispielsweise beim menschlichen Körper nach schwerwiegenden Problemen anhört, sind beim Kältetechnik-Kreislauf erwünschte beziehungsweise notwendige Effekte. Der erste im Kreisprozess beschriebene Wärmeübertrager wird auch Verflüssiger oder Unterkühler genannt. Die erste Aufgabe ist es, nach der Kompression die Überhitzungswärme des noch gasförmigen Kältemittels abzuführen und es zu verflüssigen. Die Überhitzungswärme lässt sich physikalisch nicht vermeiden. Wenn sie abgeführt ist, muss als zweite Aufgabe die Kondensationswärme abgeführt werden. Im letzten Teil des Verflüssigers wird das Kältemittel noch weiter abgekühlt, hier spricht man von der Unterkühlung. Je besser diese Unterkühlung gelingt, desto effizienter arbeitet die Kältemaschine.

Beim sicheren und normenkonformen Betrieb von Kälteanlagen gibt es viele Dinge zu beachten, von denen hier nur einige beispielhaft genannt werden sollen:

• Die eingesetzten Kältemittel sollen ein möglichst geringes Treibhauspotenzial aufweisen und kein Ozon abbauen. Darüber hinaus sollen sie nicht giftig und nicht entzündlich sein sowie thermodynamische Eigenschaften aufweisen, die zu einer guten Effizienz der Anlagen führen (siehe F-Gase-Verordnung (EU) Nr. 517/2014). Die in den 1980er Jahren eingesetzten FCKW sind mittlerweile größtenteils von vielen ökologischeren Varianten wie Ammoniak, Kohlendioxid oder diversen Kohlenwasserstoffen ersetzt worden.
• Das Inverkehrbringen und der Transport bestimmter Kältemittel ist teilweise auf bestimmte Anwendungen beschränkt und geht einher mit Dichtigkeitsvorschriften für die Anlagen.
• Die Dichtigkeit der Kältetechnik-Anlagen muss regelmäßig überprüft werden (ChemKlimaSchutzVO). Bei Austausch oder Abbau müssen die Kältemittel sicher und verlustfrei abgepumpt und fachgerecht entsorgt werden.
• Bei der Aufstellung der Anlagen und ihrem Betrieb gibt es Sicherheitsvorschriften zu beachten, die Menschen und Umwelt schützen sollen. Beispiele sind persönliche Schutzausrüstungen, Maßnahmen zur Belüftung oder eine Sensorik zur Detektion von austretenden Gasen (DIN EN 378 und Betriebssicherheitsverordnung).
• Es müssen Gefahrenanalysen durchgeführt und kritische Kontrollpunkte festgelegt werden. Dies gilt insbesondere beim Umgang mit Lebensmitteln, damit diese keinen Schaden erleiden. Das dazugehörige Qualitätswerkzeug nennt sich HACCP (englisch: Hazard Analysis and Critical Control Points).

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