Definition

Wärmepumpe

Eine Wärmepumpe ist ein Gerät, das Hitze von einer Quelle aufnimmt und sie mit Hilfe elektrischer oder mechanischer Mittel an einen anderen Ort transportiert. Wärmepumpen können zum Heizen oder zum Kühlen eingesetzt werden.

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Technologien für Wärmepumpen sind Phasenwechsel, Thermoelektrik, Thermoakustische und magnetische Kühler. HVAC (Heating, Ventilation and Air-Conditioning) und andere Phasenwechsel-Kühlmethoden gehören ihrer Natur nach zur mechanischen Kühlung. Phasenwechsel entstehen durch ein flüchtiges Gas (ein Kühlmittel), das mechanisch mit wenig Energie zu einer Flüssigkeit komprimiert wurde und dann in einen Kreislauf gepumpt wird. Das Kühlmittel wird auf einer Wärmequelle verdampft und absorbiert dabei die Wärme. Daraufhin breitet es sich aus, um die Wärme des Systems in eine andere Region abzutransportieren, und wandert danach zurück zum Kompressor.

Kühlung durch Phasenwechsel findet in Kühlschränken und Gebäudekühlungen und -heizungen Einsatz, aber auch bei extremer Kühlung von Elektronik. Aufgrund ihrer vergleichsweise hohen Effizienz werden HVAC-Wärmepumpen oft für größere Lasten wie Rechenzentren und industrielle Zwecke eingesetzt, in denen ihre enorme Größe unproblematisch ist.

Thermoelektrische Kühler sind elektrische Wärmepumpen. Ein thermoelektrisches Kühlsystem setzt in der Regel eine Matrix von Halbleiter-Pellets zwischen zwei großen Elektroden ein. Wird eine Gleichspannungsquelle an den beiden Elektroden angelegt, so kühlt die negativ geladene Seite ab, während die positiv geladene Seite wärmer wird als die Ausgangstemperatur.

Die negative Seite wird in Verbindung mit der zu kühlenden Komponente, dem zu kühlenden Gerät oder dem zu kühlenden Medium gebracht, während die negativ geladene Seite mit einer Kühlkomponente verbunden wird, etwa einem Kühlkörper, der thermische Energie extern in die Umwelt abstrahlt oder verstreut. Thermoelektrik kann in kleineren Größen zur Kühlung von Mikroelektronik und eine Vielzahl wissenschaftlicher Anwendungen eingesetzt werden.

Thermoakustische Wärmepumpen nutzen die Umwandlung von Hitze in akustische Schwingungen. Die hauptsächliche Kraft hinter der Thermoakustik ist die Bewegung der Wärme bei gleichzeitiger Ausbreitung der Wellen. Kühlung durch Thermoakustik wird in der Kryotechnik eingesetzt.

Magnetische Wärmepumpen nutzen die Fähigkeit mehrerer Magneten, Hitze von einer kühlenden zu einer heizenden Seite zu transportieren. Die Hitze wird in eine ferromagnetische Legierung übertragen, die aus dem Kühlbereich heraus in einen externen Bereich verbracht wird, wo sie sich ausbreiten kann. Dieser Bereich ist noch ein eher experimenteller, jedoch erwartet man von magnetischen Wärmepumpen eine Verbesserung der Kühleffizienz um ganze 40 Prozent.

Diese Definition wurde zuletzt im März 2017 aktualisiert

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