Innen kulde og varmepumpeteknikk utnyttes temperaturforskjeller for transport av varme.
Hvordan er menneskers oppfattelse av varme?
I et rom eller ute vil temperaturer over ca. 25 grader oppfattes som varmt, avhengig av bekledning. Hvis temperaturen utendørs kryper ned mot 0 grader vil nok de fleste nordmenn oppfatte dette som kaldt. Våre oppfatninger av kulde og varme refereres gjerne til vår kroppstemperatur, og det vi kan føle. Men innen varmepumpeteknikk og kuldeteknikk (to sider av samme sak) er kulde og varme mer enn som så.
Termodynamikk
I termodynamikken er varme definert som energi i transport over systemgrensene, drevet av temperaturforskjeller. For at varme skal kunne tilføres et system, må temperaturen utenfor systemet, der varmen kommer fra, være høyere enn inne i systemet. Sagt litt enklere vil varme naturlig strømme fra høy til lavere temperatur.
Et kjøle- eller kuldeanleggs oppgave er å skape og opprettholde temperatur som er lavere enn omgivelsene. Hvordan skapes så kulden, hvordan kan man klare å skape varmetransport fra et sted med lav temperatur til et sted med høyere temperatur?
Det er viktig å forstå at også en elv med temperatur 4 grader eller et rom med temperatur på -20 grader inneholder mye energi som for mennesker ikke føles varm, men som ved hjelp av maskineri og teknikk kan omformes og avgis på et temperaturnivå som er følbart for mennesker.
Kuldeprosessen
Et viktig poeng ved kuldeprosessen er kuldemediets kokepunkt: Det essensielle ved et kuldemedium er dets lave kokepunkt, sammenlignet med for eksempel kokepunket til vann. De fleste kuldemedium har normalkokepunkt på -30 grader eller lavere, dvs. ved atmosfæretrykk. Dette kokepunktet er avhengig av det omgivende trykket. Som de fleste vet kan man ved å skape vakuum senke kokepunktet til vann til for eksempel 5 grader, eller ved å øke trykket heve det til langt over 100 grader. Slik er det også med kuldemedium, trykket bestemmer kokepunktet.
Ved å lage et kuldeanlegg med fordampertrykk slik at kuldemediet inne i fordamperen koker ved for eksempel -30 grader, vil det hvis romtemperaturen er høyere der hvor fordamperen er plassert, for eksempel -20 grader, strømme varme fra den 10 grader varmere romluften inn i fordamperen og kuldemediumet koker.
Typisk for fordampnings- og kondenseringsprosesser er at disse prosessene krever mye energi tilført eller avgitt, altså en energitransport. Vi har alle erfart at det tar en stund før vannet i en kasserolle på komfyren begynner å koke, selv med plata skrudd på 2000 Watt. Man må tilføre mye energi. Det samme gjelder kondensering. For å klare å få et stoff til å endres fra gass- til væskefase må det fjernes mye varme. For at denne prosessen skal kunne skje av seg selv, må kondenseringstemperaturen være høyere enn omgivelsestemperaturen.
I disse prosessene ligger svaret på hva som får et kuldeanlegg eller en varmepumpe til å fungere.