Ammoniak die wichtigsten Betriebspunkte

35°C – Kondensationstemperatur Verdunstungsverflüssiger

Die Kondensationstemperatur von 35°C ist die Standardauslegung bei Verdunstungsverflüssigern mit Ammoniak. Entscheidend für die Auslegung dieser Verflüssiger ist die Feuchtkugeltemperatur und nicht die Lufttemperatur, wie es bei luftgekühlten Verflüssigern der Fall ist. In Deutschland liegt die Feuchtkugeltemperatur im Auslegungspunkt (Sommerbetrieb) bei etwa 22°C. Sinkt die Feuchtkugeltemperatur, reduziert sich die Verflüssigungstemperatur proportional.

Mit jedem Grad niedrigerer Verflüssigungstemperatur lassen sich 1–3 % Energie am Verdichtermotor einsparen. Die minimale Verflüssigungstemperatur wird vom Verdichterhersteller vorgegeben und liegt etwa bei 20°C.

• Druck: 13,50 bar
• Dichte (flüssig): 587,59 kg/m³
• Dichte (gasförmig): 10,45 kg/m³

25°C – Die Kondensationstemperatur im Jahresmittel

Bei der Auslegung und Planung von Verdunstungsverflüssigern empfiehlt es sich, die technischen Daten auch bei einer Kondensationstemperatur von 25°C zu betrachten. Diese Temperatur entspricht in etwa dem jährlichen Durchschnitt der Kondensationstemperatur bei Ammoniak-Kälteanlagen mit Verdunstungsverflüssigern.

Wichtig ist dabei, den Unterschied zur maximalen Auslegungstemperatur von 35°C zu verstehen: Bei 25°C Kondensationstemperatur verfügen die Verflüssiger über eine deutlich höhere Leistung, während die Stromaufnahme der Verdichtermotoren spürbar geringer ausfällt. Dies kann zu erheblichen Energieeinsparungen und einer verbesserten Effizienz im Jahresmittel führen.

• Druck: 10,03 bar
• Dichte (flüssig): 602,96 kg/m³
• Dichte (gasförmig): 7,801 kg/m³

20°C – Niedrigste Kondensationtemperatur

Die Energieeinsparung durch eine reduzierte Kondensationstemperatur hat Grenzen. Im Winterbetrieb, nachts, an Wochenenden oder bei geringer Belastung der Kälteanlage sinkt die Kondensationstemperatur. Die Begrenzung nach unten wird vom Verdichterhersteller vorgegeben, nicht vom Verflüssigerhersteller.

Eine ausreichende Druckdifferenz zwischen der Hochdruck- und der Niederdruckseite ist erforderlich, um den Kältekreislauf aufrechtzuerhalten. Diese Druckdifferenzen unterliegen physikalischen Grenzen, die für den reibungslosen Betrieb der Anlage unverzichtbar sind.

• Druck: 8,57 bar
• Dichte (flüssig): 610,39 kg/m³
• Dichte (gasförmig): 6,6698 kg/m³

12°C – Die Abtauung der Verdampfer mit Heißgas 

In industriellen Kälteanlagen mit Ammoniak erfolgt die Abtauung der Verdampfer durch Heißgas. Dabei handelt es sich um das Druckgas der Verdichter, das normalerweise zu den Verflüssigern geleitet wird. Während des Abtauvorgangs wird der Verdampfer im Grunde zum Kondensator umfunktioniert.

In der Ventilstation des Verdampfers wird die Kondensationstemperatur durch ein Anstauventil geregelt. Die Temperatur darf nicht zu hoch sein, da das schmelzende Eis sonst Nebelschwaden erzeugt, die sich im schlimmsten Fall als Schnee an der Decke des Kühlraums absetzen. Ist die Kondensationstemperatur zu niedrig, taut der Verdampfer nicht vollständig oder der Vorgang dauert zu lange.

Ein Wert von 12°C hat sich als optimaler Mittelwert etabliert. Abweichungen nach oben oder unten sollten im Einzelfall geprüft werden.

• Druck: 6,584 bar
• Dichte (flüssig): 621,95 kg/m³
• Dichte (gasförmig): 5,196 kg/m³

0°C – Verdampfung für Kaltwassererzeugung

Die Verdampfungstemperatur von 0°C eignet sich optimal für Prozesse, die Kaltwasser mit etwa 5°C erfordern, beispielsweise in der Lebensmittelindustrie. Im log(p)-h-Diagramm liegt diese Temperatur im mittleren Druckbereich und stellt einen effizienten Betriebspunkt für viele Anwendungen dar.

• Druck: 4,293 bar
• Dichte (flüssig): 638,64 kg/m³
• Dichte (gasförmig): 3,456 kg/m³

-10°C – Gängige Auslegung für den Mitteldruckbereich

Der -10°C-Kreislauf ist der zentrale Begriff für den Mitteldruckbereich. Ob die tatsächlich erforderliche Verdampfungstemperatur bei -12°C oder -7°C liegt, ist dabei unwesentlich. An diesem Kreislauf sind alle Verbraucher angeschlossen, die im Plus Temperaturbereich arbeiten.

Dazu zählen unter anderem Frischfleisch, Molkereiprodukte sowie Obst und Gemüse. Auch die Erzeugung von Kaltsole (Glykol)  wird über diesen Kreislauf realisiert und sorgt für eine flexible Nutzung in verschiedenen Anwendungen.

• Druck: 2,906 bar 
• Dichte (flüssig): 652,01 kg/m³
• Dichte (gasförmig): 2,391 kg/m³

-33°C – Ab hier geht es ins Vakuum

Ab einer Verdampfungstemperatur von -33,3°C befindet sich die Kälteanlage im Unterdruck im Vergleich zum Atmosphärendruck. Das bedeutet, dass Tiefkühlanwendungen unter diesem Wert stets im Unterdruckbetrieb laufen, wodurch Luft aus der Umgebung in die Kälteanlage gezogen wird. Industrielle Ammoniak-Kälteanlagen haben „offene“ Bereiche, wie die Wellenabdichtung am offenen Verdichter, Flanschverbindungen an Ventilen sowie Manometer- und Sensoranschlüsse. Sobald dieser Betriebspunkt erreicht oder unterschritten wird, ist eine automatische Entlüftungsanlage erforderlich, um die Effizienz der Anlage zu gewährleisten und eine optimale Funktionsweise sicherzustellen.

• Druck: 1,029 bar (Atmosphärendruck)
• Dichte (flüssig): 681,25 kg/m³
• Dichte (gasförmig): 0,903 kg/m³

-40°C – Tiefkühlung auf höchstem Niveau

Mit dem Begriff -40°C Kreislauf werden alle Anwendungen zur Tiefkühlung zusammengefasst. Dabei ist es unerheblich, ob die tatsächliche Verdampfungstemperatur bei -36°C oder -42°C liegt. Für jede Anwendung ist eine individuelle Auslegung der Bauteile erforderlich, die an die spezifischen Anforderungen angepasst wird.

Dieser Kreislauf wird in der Regel als Niederdruckkreislauf bezeichnet und arbeitet nach dem zweistufigen Verdichtungsprinzip in Verbindung mit dem Mitteldruckkreislauf. Das bedeutet, dass die Kondensation des Niederdruckkreislaufs im Mitteldruckkreislauf erfolgt, wobei der Niederdruckkreislauf als Verbraucher des Mitteldruckkreislaufs fungiert.

• Druck: 0,716 bar
• Dichte (flüssig): 689,78 kg/m³
• Dichte (gasförmig): 0,644 kg/m³

Diese Temperaturen, die entsprechenden Drücke und Dichten bilden die Grundlage für die Planung, Optimierung und den Betrieb industrieller Ammoniak-Kälteanlagen. Ihre richtige Einordnung im log(p)-h-Diagramm ist entscheidend für die Effizienz und Langlebigkeit der Systeme.