imported>Peter Gröbner: /* Technische Anwendung */ m. W. üblicherweise so

2026-03-10T07:23:33Z

Technische Anwendung: m. W. üblicherweise so

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{{Dieser Artikel|befasst sich mit technischen Systemen zur Entwärmung; für den Endmoränenbogen Kühlung in Mecklenburg siehe [[Kühlung (Höhenzug)]]; für die Kühlung eines Körperteils nach einer Verletzung siehe [[PECH-Regel]]. Zum preußischen Generalmajor siehe [[Gabriel von Kühlen]].}}

'''Kühlung''' oder '''Abkühlung''' ist ein Vorgang, bei dem einem [[System]] oder Gegenstand [[Wärme]] bzw. [[thermische Energie]] entzogen wird. Kühlung wird deshalb auch als '''Entwärmung''' bezeichnet.

In der Technik bezeichnet ''Kühlung'' alle Maßnahmen, die dem Abführen der entstehenden [[Verlustwärme]] technischer Komponenten an die Umwelt dienen. Erwünschte Kühlung wird genutzt, um vor [[Überhitzung]] zu schützen, bestimmte temperaturabhängige Eigenschaften zu erreichen und zu erhalten oder auch für [[Konservierung]]szwecke bei Biomaterial.

Unerwünschte Temperaturerniedrigung kann durch Isolierung reduziert werden und mit Erwärmung kompensiert werden.

Eine im Alltag wichtige Kühlungsmethode ist die Verdunstung von Wasser ([[Schweiß|Schwitzen]] bzw. Schweißdrüsen, kühlende [[Wasserschläuche]] usw.). Bei manchen Tierarten wie dem [[Watussirind]] kann sie auch über die Hörner erfolgen, oder beim [[Elefant]]en über die Ohren.

== Thermodynamische Grundlagen ==
Der Entzug von Wärme geht bei Feststoffen und Flüssigkeiten durch [[Wärmeübertragung]] entsprechend einem [[Temperaturgradient]]en vonstatten. Die wesentlichen Prozesse sind dabei [[Wärmeleitung]] und [[Wärmestrahlung]], eingeschränkt auch die [[Konvektion]]. Die effektivste Art mit der größten [[Leistungsdichte]] ist die [[Siedekühlung]].

Da all diese Prozesse spontan ablaufen und folglich entsprechend den Grundgesetzen der [[Thermodynamik]] einen Temperaturausgleich zur Folge haben, kann eine künstlich erwünschte Kühlung eines Gegenstandes gegen einen Temperaturgradienten nur unter hohem Energieaufwand erfolgen. Insgesamt wird dies jedoch immer in einer Erhöhung der [[Entropie (Thermodynamik)|Gesamtentropie]] und damit im Regelfall einer Umwandlung von Energieformen höherer Ordnung in thermische Energie resultieren. Eine Kühlung im Sinne einer Reduzierung der thermischen Energie eines abgeschlossenen Systems ist daher nicht möglich, was sich in der Praxis zum Beispiel darin äußert, dass auch Kühlschränke letztlich die Temperatur (der Umgebung) erhöhen und nicht senken, wenn dies auch lokal der Fall sein mag.

Die verschiedenen Prozesse der Wärmeübertragung sind für bestimmte Situationen jeweils charakteristisch. So spielt die Konvektion bei Feststoffen keine Rolle, hier dominieren Wärmeleitung und Wärmestrahlung. Dies zeigt sich zum Beispiel an der [[Ausstrahlung (Atmosphäre)|Ausstrahlung]] der [[Erdoberfläche]]. Die entscheidenden Einflussfaktoren sind dabei durch [[Wärmeleitkoeffizient]], [[Wärmeübergangskoeffizient]] und [[Wärmekapazität]] gegeben.

Bei Flüssigkeiten spielt die Wärmeleitung und Wärmestrahlung ebenfalls eine Rolle, hinzu kommt jedoch die Konvektion als wesentlicher Prozess des Temperaturausgleichs.

Konvektion dominiert hingegen bei Gasen, wobei diese allgemein nur sehr schlecht über Prozesse der Wärmeleitung abkühlen. Sie unterliegen jedoch verschiedenen [[Gasgesetze]]n, wodurch vor allem der [[Adiabatische Zustandsänderung|adiabatischen Abkühlung]] und dem [[Joule-Thomson-Effekt]] eine große Rolle zukommt. Eine besondere Bedeutung besitzen diese in der Atmosphäre, wenn Luftpakete sich bei Vertikalbewegungen entsprechend dem [[Atmosphärischer Temperaturgradient|atmosphärischen Temperaturgradienten]] abkühlen oder erwärmen. Über [[Kondensation]]s- und [[Resublimation]]sprozesse ist die damit verbundene Abkühlung ein wesentlicher Faktor der [[Niederschlag]]sbildung bzw. des [[Wetter]]s im Allgemeinen.

== Kühlleistung ==
Die Kühlleistung ist ähnlich der elektrischen [[Leistung (Physik)|Leistung]] die Angabe, wie viel Wärmeenergie je [[Zeitspanne]] abgeführt wird. Entsprechend ist der ''Wärmefluss'' die je [[Flächenmaß|Fläche]] durchströmende Wärmeleistung.

== Kühlungsart ==
Die Bezeichnung der Kühlungsart ist z. B. in DIN [[EN 60076]]-2/DIN VDE 0532-76-2 zu finden und wird meist aus vier Buchstaben zusammengesetzt. Diese erfolgt nach dem Schema
#Kühlmittel innen
#Kühlmittelbewegung innen
#Kühlmittel außen
#Kühlmittelbewegung außen
Dabei werden folgende Buchstaben verwendet:

{| class=wikitable
|-
! colspan =2 | Kühlmittel
|-
| A || Luft ('''A'''ir)
|-
| G || '''G'''as (meist [[Schwefelhexafluorid|SF6]])
|-
| K || nicht-mineralische Kühlflüssigkeiten mit Brennpunkt > 300 °C (z. B. Silikonöl, synthetische oder natürliche Ester)
|-
| L || Isolierflüssigkeit mit nichtmessbarem Brennpunkt ('''L'''iquid)
|-
| O || mineralisches Öl ('''O'''il) oder synthetische Kühlflüssigkeit mit Brennpunkt ≤ 300 °C
|-
| W || '''W'''asser
|-
! colspan="2" | Kühlmitteltransport
|-
| N || '''n'''atürliche Konvektion
|-
| F || durch Gebläse oder Pumpen erzwungene Konvektion („'''f'''orced“)
|-
| D || gerichtete Konvektion („'''d'''irected“)
|}

Bei ölgefüllten Geräten (z. B. [[Transformator]]en) ergeben sich beispielhaft folgende Kühlungsarten:

{| class="wikitable"
|-
! Kühlungs- variante || colspan=2 | Innerer Kühlkreislauf || colspan=2 | Äußerer Kühlkreislauf
|-
| ONAN || natürliche Konvektion Öl || Oil Natural || natürliche Konvektion Umgebungsluft und Wärmestrahlung der Oberfläche || Air Natural
|-
| ONAF || natürliche Konvektion Öl || Oil Natural || erzwungene Konvektion Umgebungsluft und Wärmestrahlung der Oberfläche || Air Forced
|-
| OFAN || erzwungene Konvektion Öl || Oil Forced || natürliche Konvektion Umgebungsluft und Wärmestrahlung der Oberfläche || Air Natural
|-
| OFAF || erzwungene Konvektion Öl || Oil Forced || erzwungene Konvektion Umgebungsluft und Wärmestrahlung der Oberfläche || Air Forced
|-
| ODAN || gerichteter Öl-Strahl || Oil Directed || natürliche Konvektion Umgebungsluft und Wärmestrahlung der Oberfläche || Air Natural
|-
| ODAF || gerichteter Öl-Strahl || Oil Directed || erzwungene Konvektion Umgebungsluft und Wärmestrahlung der Oberfläche || Air Forced
|-
| ONWN || natürliche Konvektion Öl || Oil Natural || natürliche Konvektion Kühlwasser und Wärmestrahlung der Oberfläche || Water Natural
|-
| ONWF || natürliche Konvektion Öl || Oil Natural || erzwungene Konvektion Kühlwasser und Wärmestrahlung der Oberfläche || Water Forced
|-
| OFWF || erzwungene Konvektion Öl || Oil Forced || erzwungene Konvektion Kühlwasser und Wärmestrahlung der Oberfläche || Water Forced
|-
| ODWF || gerichteter Öl-Strahl || Oil Directed || erzwungene Konvektion Kühlwasser und Wärmestrahlung der Oberfläche || Water Forced
|}

=== Leistungsvergleiche ===
Die folgende Tabelle zeigt am Beispiel von Senderöhren für verschiedene Kühlungsarten den Aufbau der Anode und die maximale spezifische Belastbarkeit.
{| class="wikitable"
|- class="hintergrundfarbe5"
! Kühlungsart || Anodenart || max. spezifische Belastbarkeit
|-
| [[Wärmestrahlung|Strahlung]] || [[Graphit]], [[Molybdän]] || {{0}}10 W / cm²
|-
| [[Konvektion|Druckluft]] || Außenanode aus Cu, mit Kühlrippen || {{0}}50 W / cm²
|-
| Wasser- oder [[Ölkühlung]] || Außenanode aus Cu, von Kühlflüssigkeit umströmt || 100 W / cm²
|-
| [[Siedekühlung]] || Außenanode aus Cu, Wasser wird verdampft || 500 W / cm²
|}

Die mit Abstand größte Belastbarkeit ergibt sich bei der Siedekühlung. Hierbei wird sehr viel Energie beim [[Verdampfen]] des flüssigen Kühlmediums ausgenutzt, um auf diese Weise eine hohe Leistungsdichte an das Kühlmittel (meistens Wasser) abgeben zu können. Dieses Prinzip der Siedekühlung wird zum Beispiel beim wassergekühlten Kfz-[[Ottomotor]] angewendet, um sehr wirksam die Temperatur zu begrenzen.

== Technische Anwendung ==
[[Datei:Wasserkuehlung2.png|mini|350px|Beispiel einer einfachen Wasserkühlung]]

Kühlsysteme können nach dem verwendeten Wärmeträgermedium unterteilt werden. Die geläufigsten Arten der Kühlung sind:
* Flüssigkeitskühlung/[[Wasserkühlung]] und
* [[Luftkühlung]] oder Wasserstoffkühlung bei großen [[Elektrischer Generator#Erste großtechnische Kraftwerke|Generatoren]].

Weniger bekannt sind
* [[Ölkühlung]] z. B. im [[Verbrennungsmotor]] und in Hydrauliksystemen (hydraulischen Antrieben),
* Natriumkühlung in Kernkraftwerken (z. B. [[Brutreaktor]]en) oder
* Kühlung durch [[Peltier-Element]]e z. B. für den Einsatz in Kühlboxen für den Campingbereich, seltener zur Kühlung von [[Mikroprozessor|Prozessoren]]. Ihre Nachteile, wie beispielsweise der relativ schlechte Wirkungsgrad, wird in Anwendungen in Kauf genommen, bei denen die Vorteile überwiegen, wie beispielsweise in Messgeräten für Gase oder Flüssigkeiten, die konstante Temperaturen erfordern. Hier kann mit Peltiers sowohl gekühlt als auch beheizt werden.

Zur [[Grundlagenforschung]] bei tiefen Temperaturen wird mit flüssigem [[Stickstoff]] (ca. −196 °C) und für den Temperaturbereich von ca. 1 bis 4 [[Kelvin]] mit flüssigem [[Helium]] gekühlt (meist in einem [[Kryostat]]en, siehe auch bei [[Tieftemperaturphysik]]). Das Heliumisotop [[Helium-3|3He]] ermöglicht Temperaturen bis hinab zu 1 mK, siehe bei [[3He-4He-Mischungskühlung|3He-4He-Mischungskühlung]]. Für noch tiefere Temperaturen kann man die [[Magnetische Kühlung]], die [[Laserkühlung]] sowie die [[Evaporative Kühlung]] einsetzen.

=== Funktionsweisen ===
Eine Kühlung basiert meist auf der [[Wärmeleitung|Übertragung der Wärme]] vom zu kühlendem [[Körper (Physik)|Körper]] zum Kühlstoff (Gas oder Flüssigkeit) und deren Transport ''([[Wärmeströmung]])''.

Bei manchen Anwendungen mit engen Platzverhältnissen (innerhalb eines Computers oder [[Audioverstärker|HiFi-Verstärkers]]) werden zum Abtransport [[Heatpipe]]s verwendet.

Es gibt bei den meisten Motoren eine spezielle Kühlflüssigkeit.

=== Einsatzgebiete ===
Kühlungen werden in vielen technischen Geräten, die sich erwärmen, eingesetzt. Zumeist wird jedoch eine passive Kühlung, das heißt die Abgabe der Wärme über [[Kühlkörper]] an die umgebende Luft, genutzt.

Das bekannteste Beispiel ist der [[Kühlschrank]] zur [[Konservierung]] von Lebensmitteln. In Kraftfahrzeugen wird meist eine Wasserkühlung benutzt, in Computern kommen überwiegend Luftkühlungen zum Einsatz. Ein weiteres großes [[Einsatzgebiet]] ist z. B. die ''[[Klimaanlage]]''.

=== Beispiele ===
* Kühlsysteme von [[Kraftwerk]]en und chemischen Prozessen
* [[Leistungstransformator#Kühlanlage|Kühlung von Leistungstransformatoren]]
* Kühlung in der [[Klimatechnik]]
* [[Kühlung (Verbrennungsmotor)#Kühler|Kühler]] von [[Verbrennungsmotor]]en
* Abgaskühlung in AGR-Systemen (zur Emissionsreduzierung (NOx))
* Luft- oder Wasserkühlung eines [[Prozessor]]s
* zu Versuchszwecken, um Stoffe in die Nähe der [[Absoluter Nullpunkt|0-Kelvin-Marke]] zu bringen
* [[Schiffskühlsystem]]e
* [[Chemische Kühlung]]
* Kühlung der Abgase von Schiffen oder Panzern, um auf gegnerischem [[Infrarot]] ([[Wärmebildkamera]]) möglichst wenig/spät sichtbar zu sein (z. B. [[Stealth-Technologie]] bei Schiffen der [[Fridtjof-Nansen-Klasse#Stealth-Technologie|Fridtjof-Nansen-Klasse]])

== Siehe auch ==
* [[Tiefkühlen]]
* [[Kältemaschine]]
* [[Abkühlung]]
* [[Körpertemperatur]]

== Weblinks ==
{{Wiktionary}}

{{Normdaten|TYP=s|GND=4132435-3}}

{{SORTIERUNG:Kuhlung}}
[[Kategorie:Kältetechnik]]
[[Kategorie:Kühltechnik| ]]
[[Kategorie:Konservierungsverfahren der Speisenherstellung]]

Kühlung - Versionsgeschichte

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