cold.wissen - Rohrleitungen in Kälteanlagen

Arten, Strömungsgeschwindigkeiten und Druckverluste von Kältemittel Rohrleitungen.

Rohrleitungen in Kälteanlagen

Rohrleitungen in Kälteanlagen

Rohrleitungen in Kälteanlagen

Das Rohrleitungsnetz einer Kälteanlage ist hermetisch geschlossen und verbindet alle notwendigen Komponenten zu einem System. Das in den Rohrleitungen strömende Kältemittel befindet sich je nach Druck und Temperatur in unterschiedlichen Aggregatzuständen. Als Rohrwerkstoff kommt bei Ammoniak-Kälteanlagen ausschließlich Stahl, bei allen anderen Kältemitteln Kupfer und Stahl zum Einsatz.

Die Rohrleitungen werden nach ihrer Funktion eingeteilt in:

  1. Saugleitung
  2. Druckleitung
  3. Flüssigkeitsleitung
  4. Einspritzleitung
  5. Steuer- und Impulsleitung

 

Dimensionierung von Rohrleitungen

 

Eine sorgfältige Dimensionierung und die fehlerfreie Verlegung ist Voraussetzung für die einwandfreie Funktion einer Kälteanlage und deren wirtschaftliche Betriebsweise. Betriebsstörungen an einer neu installierten Kälteanlage, insbesondere der Ausfall von Verdichter oder wenn die vertraglich vereinbarte Kälteleistung nicht erreicht wird, sind oft auf falsch bemessene oder unsachgemäß verlegte Rohrleitungen zurückzuführen. Für die Dimensionierung und auch die Verlegung der Rohrleitungen ist der Konstrukteur verantwortlich. Kleine Rohrabmessungen führen zu einem günstigen Material- und Montagepreis, aber auch zu höheren Geschwindigkeiten und damit zu größeren Druckverlusten. Die notwendige Rohrabmessung hängt jedoch entscheidend vom zum Einsatz kommenden Kältemittel und deren volumetrische Kälteleistung ab.

Die Dimensionierung der Rohrleitungen ist somit immer eine Optimierungsaufgabe

Hohe Druckverluste können vermieden werden, wenn:

  1. die Geschwindigkeit klein ist
  2. die Rohrleitung kurz ist
  3. wenig Bögen oder Drosselstellen vorhanden sind

 

Als optimale Stömungsgeschwindigkeiten werden abhängig vom Kältemittel empfohlen:

  R717 R134a R290 R744
Sauggasleitung [m/s] 15 - 22  8 - 12 10 - 14  6 - 10
Flüssigkeitsleitung [m/s] 0,3 - 0,6 0,3 - 0,5 0,4 - 0,6 0,3 - 0,5
Druckgasleitung [m/s] 15 - 25  6 - 10  6 - 10  6 - 10

 

Saugleitung

 

Der Druckverlust in der Saugleitung führt zu einem äquivalenten Temperaturabfall, der nicht größer als 0,5K bis max. 1K sein sollte. Dieser Temperaturabfall ist von der Sättigungstemperatur des jeweiligen Kältemittels abhängig. So bedingt z. B. ein Druckverlust in der Saugleitung einer Ammoniakkälteanlage von 0,1bar, abhängig vom anliegenden Saugdruck, unterschiedliche Saugdrucktemperaturabsenkungen:

Druckverlust Saugleitung bar 0,1        
Druck Verdampfung bar a 0,70 1,00 2,00 3,00 5,00
Temparatur Verdampfung °C -40,51 -33,65 -18,91 - 9,28 4,10
Temperaturabfall Saugdampf K -2,83 -2,07 -1,16 -0,84 -0,56
t0 Saugstutzen Verdichter °C -43,33 -35,73 -20,07 -10,12 3,54

 

Um diesen Temperaturabfall der Rohrleitungen auszugleichen, muss der Druck am Saugstutzen des Verdichters um 0,1bar tiefer eingestellt werden. Eine Absenkung des Saugdruckes führt gleichzeitig zum Verlust an Kälteleistung. Durch Absenkung des Saugdruckes verliert jeder Kältemittelverdichter an Kälteleistung und senkt den COP der Kälteanlage!

 

Flüssigkeitsleitung

 

Zum Druckabfall in Flüssigkeitsleitungen, durch Strömungsverluste (dynamische Druckverluste), muss zwingend die statische Druckdifferenz der geodätischen Höhenunterschiede (H in m) berücksichtigt werden!

Bei einer Strömung von oben nach unten (Fallleitung) wird der dynamische Druckverlust um den statischen Druck reduziert! Bedeutet: es kommt praktisch zu einer Druckerhöhung (abhängig vom Höhenunterschied) welche sich eher positiv auswirkt.

Bei einer Strömung von unten nach oben (Steigleitung) addieren sich die Druckverluste. Der Druck ist somit am obersten Punkt in der Steigleitung niedriger als am untersten Punkt (abhängig vom Höhenunterschied). Diese Druckabsenkung führt bei geringer Unterkühlung des Kältemittels zur Vorverdampfung.

Wird aufgrund des Druckabfalls der Sättigungsdruck (Punkt auf der Siedelinie) unterschritten, so kommt es bereits vor dem Drosselorgan zu einer Vorverdampfung des Kältemittels. In einem Schauglas wären dann bereits Blasen (Flashgas) sichtbar. Um diese Teilverdampfung als Folge von unvermeidbaren Druckverlusten zu verhindern, ist eine Unterkühlung der Kältemittelflüssigkeit unbedingt erforderlich.






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