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Controlled Atmosphere

Für den Marktpreis von Obst und Gemüse sind vor allem Qualität, Nachfrage und Angebot ausschlaggebend. Doch wie können Sie die beste Qualität Ihrer Produkte bis zum richtigen Moment aufrechterhalten? Ganz einfach: Indem Sie neben der idealen Temperatur und Luftfeuchtigkeit eine Lagerung unter Controlled Atmosphere (CA)-Bedingungen wählen.

Durch den Einsatz von CA werden die physiologischen Prozesse im gelagerten Produkt verzögert, wodurch die Haltbarkeit verlängert wird. Das Produkt wird quasi in einen Schlaf versetzt. Die erforderlichen Bedingungen werden realisiert, indem eine spezielle Schutzatmosphäre erzeugt und aufrechterhalten wird.

Durch eine Senkung des Sauerstoffgehalts wird die Atmung verzögert, wodurch die Verbrennung von wichtigen Nährstoffen abnimmt. Man ist bestrebt, den Sauerstoffgehalt möglichst gering zu halten, um diese Nährstoffe – und somit die Qualität – zu erhalten.

Der restliche Sauerstoff wird in CO2 umgesetzt, welches daraufhin dafür sorgt, dass die Atmung von Obst und Gemüse weiter herabgesetzt wird. Ein Überschuss an CO2 schädigt jedoch Ihr Produkt und muss somit abgeführt werden.

Das vom Obst und Gemüse erzeugte Äthylen fördert den Reifeprozess und damit die Alterung. Um diese Vorgänge zu verzögern, ist es bei der Lagerung einiger Produkte erforderlich, dieses schädliche Äthylengas aus der Luft zu entfernen.

Jede Produktsorte erfordert andere Bedingungen. Je nach Faktoren wie Klima, Wetter, Bodenbeschaffenheit, Wachstumsbedingungen und Erntezeitpunkt sind die optimalen Bedingungen nicht nur von Jahr zu Jahr, sondern auch je nach Produkt und Sorte unterschiedlich. Als Spezialist für die CA-Lagerung bieten wir Lösungen nach Maß und alle Möglichkeiten für eine optimale Überwachung.

Heutzutage gibt es zahlreiche Lagerkonzepte wie ULO, DCA, ILOS, DILOS, DCE usw. Besseling kann sowohl die Protokolle für diese Konzepte als auch die erforderlichen Geräte liefern.

 

Dynamic Controlled Atmosphere

Die Lagerung von Obst und Gemüse ist erwiesenermaßen bei einem möglichst geringen Sauerstoffgehalt besonders effektiv. Denn je geringer der Sauerstoffgehalt ist, desto weniger atmen die Früchte und verlieren so folglich langsamer an Qualität. Darüber hinaus können Erkrankungen wie Schalenbräune (Scald) und Schalenflecken deutlich reduziert werden. Es gibt jedoch eine untere Grenze für den Sauerstoffgehalt, die abhängig von der Sorte, Saison und Qualität der frischen Produkte variiert.

 

Controlled Atmosphere Entseuchung

Insekten sind eine Plage für Rohstoffe. Durch die Verringerung kann das Niveau von Sauerstoff in einem gasdicht, temperaturgesteuerten Speicher eine Mortalitätsrate von 100% erreicht werden. Diese Behandlung ist tödlich, ungiftig und hat keinen negativen Einfluss auf das behandelte Produkt selbst.

Kontrollierte Atmosphäre Entseuchung ist geeignet für;

  • kakao;
  • tabak;
  • soja;
  • reis;
  • korn;
  • und viele andere Rohstoffe.

Die Wirksamkeit der Behandlung wird in Abhängigkeit von physikalischen Faktoren wie Gaskonzentration, die Temperatur und die relative Luftfeuchtigkeit. Es gibt auch biologische Faktoren wie Insektenarten, Dehnung und Entwicklungsstadium. Besseling diese Bedingungen Meister und können Sie in Gestaltung und Umsetzung der wesentlichen Komponenten helfen.

 

Brandschutz

Feuer: der Albtraum eines jeden Unternehmens. Nichts bietet einen solch trübseligen Anblick wie die schwelenden Überreste Ihres Vorrats oder Archivs. Natürlich treffen Sie Vorsorgemaßnahmen. Brennbare Materialien lagern Sie separat und ein Feuerlöscher ist selbstverständlich immer in Reichweite.

Dennoch gibt es keine absolute Sicherheit… außer wenn Sie die wichtigste Entstehungsquelle entfernen: Sauerstoff. Ohne Sauerstoff hat Feuer schlichtweg keine Chance. Es geht darum, den Sauerstoff bis auf ein Niveau, bei dem eine Entzündung auszuschließen ist, zu reduzieren. Eine perfekte und bewährte Alternative für Sprinkleranlagen und/oder Kompartimentierung von großen Lagerhallen. Denken Sie beispielsweise an:

  • Gefrier- oder Kühlhäuser
  • Telekommunikations- und Computerräume
  • Lagerung von gefährlichen Stoffen wie Feuerwerk, Munition, Gasflaschen usw.
  • Archive und Museen

Der PSA-Stickstoffgenerator von Besseling ist in Kombination mit einem Mess- und Regelsystem (ACS) die perfekte Lösung. Das Mess- und Regelsystem sorgt auch für die nötige Sicherheit mittels Alarmierungen aufgrund von einstellbaren Werten.

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Taupunkttemperatur

Die Taupunkttemperatur ist eine Grenztemperatur, in der die Luft zu 100% mit Wasserdampf gesättigt ist. An diesem Punkt tritt weder eine Kondensation ein, noch kann die Luft weiter Wasserdampf aufnehmen.

Wird die Temperatur zu einer tieferen abgesenkt, wird Wasser aus der Luft durch Kondensation ausgeschieden.

Im h,x - Diagramm ist ein Beispiel abgebildet: Kühlt z.B. Luft, mit einem absoluten Wassergehalt von x = 11 g/kg, von 30 °C auf + 15 °C ab, so erreicht man die Sättigungslinie.

Eine weitere Abkühlung der Luft führt also zur Kondensatausscheidung. Man bezeichnet den Schnittpunkt einer vertikalen x-Linie mit der Sättigungslinie als Taupunkt und die entsprechende Temperatur als Taupunkt- oder Sättigungs-Temperatur.

Bei Taupunkttemperaturen unterhalb des Gefrierpunktes von Wasser wird auch von Frost-, oder Gefrierpunkt gesprochen.

 

Im h,x - Diagramm

 

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Feuchtkugeltemperatur

Wird an einem Thermometer die Messspitze befeuchtet, zeigt das Thermometer eine niedrige Temperatur an, als die gemessene Raumtemperatur.

Wie geht das?

Das Thermometer zeigt die sogenannte Feuchtkugeltemperatur an.

Das kann mit jedem Thermometer umgesetzt werden, indem die Messspitze befeuchtet wird. Sobald die Feuchtigkeit die Raumtemperautur angenommen hat, beginnt diese zu verdunsten.

Der Verdunstungsvorgang ist ein Phasenwechsel, wofür latente Wärmemenge benötigt wird. Diese Energie wird der umliegenden Luft entzogen, die dabei abkühlt und das Wasser mit abkühlt. Durch den Verdunstungsvorgang sinkt die sensible Wärme der Luft. In gleichem Maße nimmt aber ihre latente Wärme zu. Der Abkühlvorgang der Luft erfolgt somit adiabat (wärmedicht). Am Thermometer ist je nach relativer Feuchtigkeit der Luft eine tiefere Temperatur abzulesen, die sogenannte Feuchtkugeltemperatur.

Die sich bildende Differenz zwischen der Raumtemperatur und der Feuchtkugeltemperatur ist ein Maß für die relative Luftfeuchte.

Ein Rechenbeispiel:

Bei einer Raumtemperatur von 23°C und einer Feuchtkugeltemperatur von 18°C, ist die ermittelte relative Luftfeuchtigkeit φ = 60%.

 

 

 

Praktische Bedeutung hat die Feuchtkugeltemperatur bei der indirekten Verdunstungskühlung oder bei der Befeuchtung von Raumluft in der Klimatechnik.

 

 

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Luft-Erwärmung

Der einfachste Fall der Zustandsänderung von Luft ist das Erwärmen. Der Luft wird dabei weder Wasser hinzugefügt noch entzogen (x = konstant). Mit dem Anstieg der Temperatur bei gleichbleibender absoluter Feuchtigkeit verringert sich jedoch die relative Feuchtigkeit. Im dargestellten Diagramm Ist zu sehen, dass beim Erwärmen die Linie senkrecht nach oben verläuft. Das Erwärmen der Luft auf eine gewünschte Temperatur erfordert die Wärmemenge Δh.

In unserem Beispiel erhöhen wir die Temperatur von ca. 15°C auf ca. 27°C. Hierfür ist eine Wärmemenge von Δh = (h2 - h1) = (47 - 35) = 12 kJ/kg notwendig

 

 

 

Luft-Abkühlen

Luft wird an Oberflächenkühlern z.B. Luftkühlern oder Verdampfern abgekühlt. Beim Abkühlen von Luft können zwei Fälle eintreten, wobei die Temperatur der Oberfläche entscheidend ist. Die Taupunkttemperatur der Luft ist oberhalb oder unterhalb der Kühlertemperatur.

 

Luft kühlen ohne Tauwasserabscheidung

Ist die Temperatur der Kühleroberfläche oberhalb der Taupunkttemperautur, wird von der zu kühlenden Luft kein Wassser abgeschieden. Der absolute Anteil an Feuchtigkeit bleibt konstant (x = konstant). Demnach erhöht sich die relative Feuchtigkeit der Luft nach dem Abkühlen.

Im h,x - Diagramm verläuft somit die Linie senkrecht nach unten, parallel zur Linie mit konstanten Wasserdampfanteil x.

 

 

 

 

Luft kühlen mit Tauwasserabscheidung

Ist die Temperatur der Kühleroberfläche unterhalb der Taupunkttemperatur, wird von der zu kühlenden Luft Wasser abgeschieden

Im h,x - Diagramm wird dieser Prozess vereinfacht dargestellt. Die Linie verläuft vom Punkt Θ1 entlang der gedachten Linier zur Kühleroberflächentemperatur. Je nach Luftströmumg, Aufbau und Fläche des Oberflächenkühlers stellt sich die Temperatur Θ2 ein. Die Linie verläuft dadurch leicht schräg. Dabei entsteht eine Differenz von Δx. Durch weitere Berechnungen ist es möglich für den Abkühlprozess eine absolute Wassermenge mit dem Δx auf einen bestimmten Zeitraum anzugeben. Dieser Wert ist relevant für die Auslegung von Tauwasserleitungen und Tauwasserpumpen oder Hebeanlagen. Die relative Feuchtigkeit steigt im Abkühlprozess, jedoch nicht so stark, wie im vorherigen Beispiel "Luft kühlen ohne anfallendem Tauwasser".

 

 

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Der Behaglichkeitszustand am h,x-Diagramm

Absolut trockene Luft kommt in unserer Atmosphäre nicht vor. Ein gewisser Anteil an Wasserdampf ist stets in ihr enthalten. Feuchte Luft ist also eine Mischung aus trockener Luft und einem absoluten Anteil an Wasserdampf. Die trockenen Luft ist in Abhängigkeit von der Temperatur in der Lage einen unterschiedlichen Anteil Wasser aufzunehen. Grundsätzlich hat warme Luft eine größere Aufnahmekapazität als kältere Luft. Aus dem Zusammenspiel Aufnahmekapazität und Temperatur ergibt sich die relative Feuchtigkeit.

Über die Formel :

kann der prozentuale Anteil errechnet oder mit Hilfe des h,x - Diagramms ermitteln werden.

x = Vorhandene Dampfmenge in g/kg

xs = Dampfmenge bei gesättigter Luft in g/kg

φ = Relative Luftfeuchtigkeit

 

Behaglichkeitszustand

Je nach prozentualem Anteil von Dampf in der Luft und der Temperatur der Luft gibt es für jede Anwendung vorgeschriebene Zustände.

Nach der DIN 1946 ist die thermische Behaglichkeit gegeben, wenn die Lufttemperatur, Luftfeuchte, Luftbewegung und Wärmestrahlung in der Umgebung als optimal empfunden wird und weder wärmere noch kältere, trockenere oder feuchtere Raumluft gewünscht wird.

Die DIN EN ISO 7730 definiert die thermische Behaglichkeit als Gefühl, welches die Zufriedenheit mit dem Umgebungsklima ausdrückt.

 

Der Behaglichkeitszustand am h,x-Diagramm

 

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Luft und die enthaltene Feuchtigkeit:

Luftfeuchtigkeit, feuchte oder trockene Luft, warme oder kalte Luft. Jeder kann sich unter diesen Begriffen was vorstellen und kann auch was dazu erzählen. Wir geben euch einen Überblick über diese Thematik, klären eventuelle Irrtümer auf und benutzen dafür das sehr hilfreiche Werkzeug "h-x - Diagramm".

An dieser Stelle bedanken wir uns bei dem Untrernehmen Kaut, die uns das Diagramm zur Verfügung gestellt haben.

 

Was ist das h,x-Diagramm?

h steht für Enthalpie - der Energiegehalt eines Stoffes in 1 kJ / kg

x steht für den Wassergehalt - die absolute Menge an Wasser in g / kg trockenen Luft

Das h,x - Diagramm wurde 1923 von Richard Mollier entwickelt. Es ermöglicht, Zustandsänderungen feuchter Luft durch Erwärmung, Befeuchtung, Entfeuchtung oder Kühlung anschaulich darzustellen. Die Zustandsänderungen können dabei direkt aus dem Diagramm auf grafischem Wege ermittelt werden.

Es ist ein wichtiges Werkzeug für die Kälte - und Klimabranche. Darüber hinaus kann dieses Diagramm ebenso für die eigenen 4 Wände sehr nützlich sein.

 

Der Aufbau

Die X-Achse stellet den Wassergehalt x dar.

Die y-Achse zeigt die Lufttemperatur in °C.

Als zweite x-Achse ist der Partialdruck des Wasserdampfes angegeben.

 

Isenthalpen - Linien gleicher spezifischer Enthalpie

Die Isenthalpen sind Linien der gleichen spezifischer Enthalpie. Die Linien verlaufen stark fallend. Die Skalierung ist unterhalb der Sättigungslinie abgebildet. Die Linien sind parallel zueinander.

Die Enthalpie h wird in 1kJ/kg angegeben.

Im dargestellten Diagramm ist der Wertebereich von 0kJ/kg bis 90kJ/kg

Linien gleicher absoluter Feuchte

Die Linien verlaufen vertikal und parallel zueinander. Der Wert wird direkt an der X-Achse abgelesen.

Absolute Feuchtigkeit x in 1g/kg angegeben.

Im dargestellten Diagramm ist der Wertebereich von 0g/kg bis 25g/kg

Linien gleicher relativer Feuchte

Eine gekrümmte, nicht parallel zuenanader laufende Linien.

Sie werden begrenzt mit der Taulinie (1.0 - 100%).

Die relative Feuchtigkeit sagt aus, wie groß die in der Luft vorhandene Dampfmenge, im Verhältnis zur Sättigungs-Dampfmenge ist.

Die relative Feuchtigkeit φ wird angegeben in 1%.

Im dargestellten Diagramm ist der Wertebereich von 0% bis 100°C.

Linien gleicher Dichte

Die Linien gleicher Dichte verlaufen mit leichtem Gefälle von links nach rechts.

Die Dicht [RHO] ϱ wird angegeben in 1kg/m3.

Im dargestellten Diagramm ist der Wertebereich von 1,09kg/m3 bis 1,38 kg/m3.

Die Isotherme - Linien gleicher Temperaturen

Die Linien gleicher Temperaturen verlaufen bei 0°C parallel zur x-Achse.

Mit steigenden Temperaturen steigen die Linien im Verlauf leicht an. Unterhalb von 0°C fallen die Linien leicht ab.

Die Temperatur T wird angegeben in 1°C.

Im dargestellten Diagramm ist der Wertebereich von -20°C bis +55°C.

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Klimaanlagen für das eigene Heim

Mit Klimaanlagen werden Raumluftzustände verändert. Wir geben einen groben Überblick über die Arten und Funktionen von Klimaanlagen.

Klimaanlagen kommen zum Einsatz, wenn Raumluftzuständen verändert werden sollen. Die zwei wichtigsten Zustandsännderung ist die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit in einem Raum.

Eine Klimaanlage beeinflusst somit die Raumluft folgendermaßen:

  1. Luft wird abgekühlt
  2. Luft wird erwärmt
  3. Luft wird befeuchtet
  4. Luft wird entfeuchtet

 

Grundsätzliche Funktion

Das Funktionsprinzip einer Klimaanlage ist das einer klassischen Kälteanlage. Nun gibt es auf diesem Gebiet sehr viele Arten und Unterschiede. Wir werden uns in diesem Beitrag jedoch auf die handelsüblichen Anlagen konzentrieren. Grundsätzlich wird eine Kälte- und Klimaanlage verwendet, um Wärme auszutauchen. Dabei wird auf einer Seite Wärme aufgenommen und auf der anderen Seite Wärme abgegeben. Die Aufnahme und Abgabe von Wärme erfolgt über Wärmetauscher. Der Energiaaustausch im System erfolgt über einen Träger, wie Kältemittel oder Sole. Die antreibene Kraft liefert der Verdichter / Kompressor. Bei der Aufnahme von Wärme, sprechen wir vom Kühlen, bei der Abgabe von Wärme vom Heizen

Die Klimaanlage besteht aus mehreren Kompenenten, die hier erklärt werden:

Link: Hauptkomponenten der Kälteanlage

Wird Luft abgekühlt, kann ab Unterschreitung des Taupunktes der Luft, Feuchtigkeit ausfallen. Es entsteht Tau oder Tauwasser und die Luft wird entfeuchtet. Das anfallende Tauwasser oder auch Kondensat muss abgeführt werden.

Unter dem Artikel Tauwasserleitung finden Sie mehr Informationen dazu.

Link: Tauwasserleitung

Je nachdem wie stark entfeuchtet wird, verändern wir mit dem Entfeuchten die Luftfeuchtigkeit im Raum. Dabei muss ganz klar zwischen relativer und absoluter Feuchte unterschieden werden. Bei der absoluten Feuchte ist der absolute Wasseranteil in g/kg als Dampf in der Luft eine wichtige Größe. Während dessen die relative Luftfeuchtigkeit ein prozentualer Anteil auf eine bestimmte Luftmenge bezogen ist. Möchten Sie hierzu mehr Infos erhalten, schauen Sie mal hier rein.

Link: folgt

Das H-X-Diagramm von Mollier ist ein wichtiges Werkzeug für die Darstellung der Luftzustände und deren Ändrungen. Ebenso wichtig ist es für die Auslegung von Klimaanlagen auf die geforderten Raumsituationen.

 

Teilklimaanlagen für den Privatgebrauch

Klimaanlagen unterscheidet man grob in zwei Klassen. In Vollklimaanlagen und Teilklimaanlagen. Gängige Klimaanlagen aus dem Einzelhandel für das Büro oder das heimische Wohnzimmer sind Teilklimaanlagen.

Der Unterschied liegt in der bedienten Anzahl der Luftzustandsänderung. Herkömmliche Klimaanlagen, die auch im Privatgebrauch im Einsatz sind, bedienen selten die Funktion der Befeuchtung der Luft. Sobald eine Klimaanlage nicht alle vier aufgezählten Zustandsänderungen technisch bedienen kann, spricht man von einer Teilklimaanlagen.

 

Mit Klimaanlagen Heizen durch Kreislaufumkehr

Klimaanlagen bieten die Möglichkeit nicht nur zu kühlen, sondern auch zu heizen. Diese Variante des Heizens erfährt zunehmender Beliebtheit. Technisch wird dabei der Kreislauf der Kälteanlage umgekehrt. Wärme wird aus aus der Umgebung aufgenommen und im zu heizenden Raum abgegeben. Hier gilt es zu beachten, dass physikalische Grenzen gesetzt sind. Ab einer bestimmten Außentemperatur wird der "Heizmodus" unwirtschaftlich bis hin zu unmöglich. Die Grenze der tiefsten Außentemperatur gibt hauptsächlich das eingefüllte Kältemittel vor. Wie wirtschaftlich eine Klimaanlage ist, wird u.a. durch den COP oder EER einer Anlage beschrieben.

Der COP = Nutzleistung / elektrische Antriebsleistung. Ist der COP z.B "4", bedeutet das ganz einfach gesagt, bei 1 kW elektrische Antriebsleistung erhält man eine Heizleistung von 4 kW.

 

Arten der Klimaanlagen

steckerfertige Klimaanlagen

Die einfachste Variante einer Klimaanlage sind kompakte steckerfertige Lösungen. Diese mobilen Klimaanlagen sind schnell installiert, ohne Eingriffe am Gebäude selbst vorzunehmen. Diese Anlagen können kühlen, entfeuchten und lüften. Bei Beachtung der mitgelieferten Installationsanleitung ist jeder in der Lage diese Klimaanlagen selbstständig zu installieren. Über eine handelsübliche Steckdose wird das Gerät mit Strom versorgt.

Wir weisen gern auf die möglichen Fehlbedienungen hin, die unbedingt in der Bedienungsanleitung nachzulesen sind:

  1. Verlegung des Abwärmeschlauches
  2. Verlegung des Tauwasserschlauches
  3. Das richtige Abdichten der Schlauchdurchführung zur Außenluft
  4. Mindestabstände zu Wänden oder Einrichtungsgegenständen einhalten
  5. Einsatzgrenzen beachten
  6. Beachtung der Wartungsintervalle zur Reinigung von Filtern o.ä.

 

Die gebräuchliche Variante von Klimaanlagen im privaten Bereich sind Monosplit - Klimaanlagen für die klimatisierung eines Raumes. Multisplit - Klimaanlagen kommen für die Klimatisierung mehrerer Räume zum Einsatz. Wichtig! Die Installation ist von einem Fachmann umzusetzen. Die Installation beinhaltet das Fachwissen üder die korrekte Verlegung der Kältemittelrohrleitungen und der Tauwasserlitung. Die fachgerechte Installation der Innen und Außengeräte, die korrekte Installation der Elektroverkabelung ist ebenso wichtig, wie die Beachtung von Nevaeus und Geräuschentwicklungen.

 

Monosplit - Klimaanlagen

Diese Teilklimaanlagen werden benutzt um einen Raum zu klimatisieren. Es wird nur eine Kühlzone bedient, die gekühlt, entfeuchtet oder beheizt werden kann. Eine Monosplitanlage besteht aus einem Innengerät und einem Außengerät. Je nach Hersteller gibt es Anlagen deren Rohrleitung bereits vorinstalliert und mittels eines Schnellverschlusses verbunden werden Die Anlagen sind bereits mit dem passenden Kältemittel vorgefüllt. Der Zeit- und installationsaufwand ist bei dieser Anlage am geringsten. Ist der Abstand zwischen Innen- und Außengerät größer, müssen die Verbindung der Geräte über Kupferrohrleitungen individuell angepasst werden. Auch hier sind die Anlagen vorgefüllt und die Füllmenge reicht für die gesamte Anlage aus.

 

Multisplit - Klimaanlagen

Diese Teilklimaanlagen kommen zum Einsatz, wenn mehrere Räume in einem Gebäude klimatisiert werden sollen. Dabei können mehrere Innengeräte auf ein Außengerät betrieben werden. Der Aufwand der Installation ist bei dieser Variante erheblich höher.

 

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Allgemeines zu Luftfilter

Luftfilter sind Geräte und Komponenten der Luftaufbereitung, mit denen Teilchen und gasförmige Verunreinigungen aus der Luft gefiltert und abgeschieden werden. Die atmosphärische Luft ist durch verschiedene Stoffe unterschiedlicher Teilchengröße und unterschiedlichen Materials verunreinigt. Die Teilchen bilden ein Gemisch. Der Durchmesser liegt in der Größe zwischen 0,01 und ca. 500 Mikrometer. Für dieses große Teilchenspektrum kommen für die Abscheidung verschiedene physikalische Effekte zum Tragen. Gasförmige Verunreinigungen werden durch chemische und/oder physikalische Sorptionsvorgänge abgeschieden. Die Schadstoffe werden damit an das Sorptionsmaterial gebunden. Die natürliche Luft weist Verunreinigungen auf in der Konzentration zwischen 0,05 und 3,0 mg/m3.

Industriell werden Luftfilter wirtschaftlich eingesetzt für Konzentrationen bis ca. 20 mg/m3. Die Abgrenzung zur Entstaubungstechnik ist fließend. Als Richtwert kann gelten, dass bei der Entstaubungstechnik die Verunreinigungen in Konzentrationen von >100 mg/m3 bis zu einigen g/m3 auftreten.

 

Partikelarten und deren Größe

Partikelart Größe Viren 0,01 - 0,4 µm Aerosole 0,01 - 1 µm Bakterien 0,5 - 5 µm Sporen 5 - 15 µm Fasern 5 - 500 µm Dampf 60 - 20.000 µm Bezeichnung Wert Potenz Einheit Kilometer 0,001 10-3 km Meter 1 100 m Dezimeter 10 101 dm Zentimeter 100 102 cm Millimeter 1.000 103 mm Mikrometer 1.000.000 106 µm Nanometer 1.000.000.000 109 nm

 

Prinzip der Filterung

Die Abscheidung der Teilchen in dem Filter beruht auf verschiedenen physikalischen Effekten, wobei der Diffusions-Effekt, der Trägheits-Effekt, der Sperr-Effekt und der Siebeffekt die wichtigsten Abscheideeffekte darstellen

Der wirksame Abscheidemechanismus an einer Einzelfaser ist abhängig von

  1. Faserdurchmesser
  2. Teilchendurchmesser
  3. Strömungsgeschwindigkeit
  4. Partikelverteilung Vor der Faser

Der Diffusions-Effekt ist eine Folge der Brownschen Molekularbewegung und ist deshalb nur für sehr kleine Teilchen wirksam. Es wird an der Faser abgeschieden, wenn es genügend nah und lange in der Nähe der Faser verweilt.

Der Trägheits-Effekt bewirkt dann eine Abscheidung an der Faser, wenn zum einen das Teilchen eine bestimmte Größe aufweist.

Der Sperr-Effekt tritt immer dann auf, wenn ein Teilchen auf einer Stromlinie liegt, deren Abstand von der Faser bei der Umströmung kleiner ist als der halbe Teilchendurchmesser.

Der Sieb-Effekt tritt nur ein für Partikel, deren Durchmesser größer ist als der freie Querschnitt zwischen den Fasern. Oft ist hier die Porenweite gemeint.

 

Filterklassen nach DIN EN 779

Filterklasse Enddruckdifferenz (PA) Mittlerer Abscheidegrad (Am) des synthetischen Prüfstaubes Mittlerer Wirkungsgrad (Em) bei Partikel von 0,4 µm in % G1 250 50% ≤ Am < 65% - G2 250 65% ≤ Am < 80% - G3 250 80% ≤ Am < 90% - G4 250 90% ≤ Am - F5 450 - 40% ≤ Em < 60% F6 450 - 60% ≤ Em < 80% F7 450 - 80% ≤ Em < 90% F8 450 - 90% ≤ Em < 95% F9 450 - 95% ≤ Em

 

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Wärmepumpen werden überall dort verwendet, wo viel warmes oder weniger sehr heißes Wasser benötigt wird. Bestenfalls stehen eine Erdsonde oder ein Kollektorfeld zur Verfügung. Dies ist zunehmend im öffentlichen Bereich, aber auch in Gewerbe und Industrie der Fall. Typische Einsatzgebiete sind Hotels, Altenheime, Bäder, Schulen, Altgebäudesanierungen, aber auch die Fleisch verarbeitende Industrie und Fertigungsbetriebe mit großer Heizungsunterstützung.

Im Zuge der F-Gase Verordnung und den verbundenen Einschränkungen auf dem Kältemittelsektor wird die Auswahl der hierfür verfügbaren Kältemittel sehr eingeschränkt. Soll ein natürliches und umweltfreundliches Kältemittel verwendet werden, welches darüber hinaus auch förderfähig ist, stehen nur Propan (GWP 3) und Kohlendioxid (CO2, GWP 1) zur Verfügung. Propan hat erstklassige Eigenschaften als Kältemittel, ist aber durch seine Brennbarkeit und dem damit einhergehenden Sicherheitskonzept gerade für die Innenaufstellung nicht immer ein mögliches Szenario. CO2 als Hochdruckkältemittel mit sehr guten Wärmeübertragungseigenschaften hingegen kann durch seine Einstufung als A1 Kältemittel ohne größere Einschränkungen eingesetzt werden. Tripelpunkt und kritischer Punkt können im normalen Arbeitsbereich einer Kältemaschine erreicht werden. Musste man diesen Besonderheiten vor etwa 10 Jahren noch große Bedeutung schenken, ist es aufgrund der häufig verwendeten Boosteranlagen in der Gewerbekälte zum Standardkältemittel geworden. Im Wärmepumpenbereich kommt CO2 bislang in Deutschland nur sehr selten zum Einsatz. Das hängt zum einen damit zusammen, dass die Wassereintrittstemperatur auf der warmen Seite eine extrem große Bedeutung für die Effizienz des CO2-Kreisprozesses hat (je niedriger desto besser) und zum anderen, dass der Aufbau und die Regelung dieser Maschinen noch nicht geläufig sind.

CO2-Wärmepumpen werden i. d. R. ganzjährig transkritisch betrieben. Dieser Prozess oberhalb des kritischen Punkts ermöglicht eine gleitende Temperaturabgabe an ein Sekundärmedium (z. B. Wasser) im Gaskühler und das bei deutlich geringeren Exergieverlusten verglichen zu einem subkritischen Prozess mit konstanter Kondensationstemperatur im Verflüssiger.

Bild 1 und Bild 2 zeigen einen transkritischen Wärmepumpenprozess im Temperatur-Enthalpie-Diagramm. Die Temperaturen des jeweiligen Kreislaufs lassen sich hierbei direkt ablesen. Die Länge der Pfeile entspricht auch der entsprechenden Wärmeleistung. Bild 1 zeigt den Wärmepumpenkreislauf bei einer optimal niedrigen Wassereintrittstemperatur und einem CO2-typisch sehr hohen Temperaturhub. Der „Pinch Point“ (minimale Temperaturdifferenz zwischen Kältemittel und Sekundärmedium), welcher v. a. bei überkritischen CO2-Anwendungen für die Auslegung der Wärmerückgewinnung bzw. des Gaskühlers sehr wichtig ist, darf dabei keineswegs unterschritten werden (Empfehlung > 4 K). Bild 2 zeigt den Wärmepumpenprozess bei einer für CO2-Wärmepumpen recht untypisch hohen Rücklauftemperatur. Der Kreisprozess ist hierbei gerade so noch abbildbar, jedoch zu  Kosten der Effizienz. Würde man für beide Varianten einen größeren 4-Zylinder-Hubkolbenverdichter bei den dargestellten Bedingungen und t0=0°C einsetzen, würde man für Bild 1 eine nutzbare Heizleistung von beispielsweise 140 kW bei einem COP von 4,7 erzielen. Bei Bild 2 würde der gleiche Verdichter lediglich eine Heizleistung von 60 kW bei einem COP von 2,1 erreichen. Die Begründung liegt hierbei vorrangig an der Positionierung des kältemittelabhängigen Zweiphasengebiets. Wäre der Dampfanteil nach der Entspannung bei Bild 1 ca. 5%, so wäre er bei Bild 2 bei über 70%!

 

Bild 1

Bild 2

CO2-Wärmepumpenkreisläufe im t,h-Diagramm zur Verdeutlichung des Unterschieds zwischen niedriger und hoher Wasserrücklauftemperatur im Gaskühler.

 

Typischerweise werden CO2-Wärmepumpen  einstufig ohne Flashgasbypass ausgeführt (siehe Bild 3). Flüssigkeitsabscheider und Sauggasüberhitzer sind dabei zwingend notwendig, da das Hochdruckregelventil gleichzeitig das Einspritzventil am Verdampfer ist und dieser quasi-überflutet betrieben wird.

 

Bild 3: RI-Schema einer typischen CO2-Wärmepumpe.2-Wärmepumpe">

 

Für diese Anlagenschaltung hat die compact Kältetechnik GmbH die Baureihe *carboHeat entwickelt. Typische Heizleistungen der *carboHeat bei tg=30°C, t0=-5°C, tWasser=20/70°C, ph=92bar(a):

*carboHeat01 *carboHeat04 *carboHeat07 *carboHeat09 7 kW 22 kW 35 kW 50 kW         *carboHeat12 *carboHeat18 *carboHeat38   70 kW 100 kW 250 kW  

Die *carboHeat ist als kompletter Kältekreis ausgestattet mit je einem transkritischen halbhermetischen Hubkolbenverdichter (wahlweise mit FU), ein bis drei Gaskühlern, Hochdruckventil, Verdampfer, Akkumulator und einem internen Wärmeübertrager in eigensicherer Ausführung mit 120 bar auf der Hochdruckseite und 80 bar auf der Saugdruckseite. Dabei ist im Stillstandsfall keine Notkühlung erforderlich. Mit Schaltschrank komplett verkabelt (Regelungstechnik wahlweise mit Siemens S7, Danfoss oder Wurm) erhält der Kunde ein „Plug and Play“ Gerät. Für eine Unterstützung bei Inbetriebnahme oder Service und Wartung steht Ihnen compact Kältetechnik jederzeit als Ansprechpartner zur Verfügung.

CO2-Wärmepumpen sind förderfähig nach der BMU Kälte-Klima-Richtlinie. Die Baureihe von compact Kältetechnik ist bei der BAFA gelistet. Die Berechnung der Gesamtjahresarbeitszahl erfolgt in Anlehnung an die VDI 4650 und erzielt beispielsweise für die *carboHeat18, welche auch in Bild 4 abgebildet ist, eine fiktive Gesamtjahresarbeitszahl von 4,3. Aktuell wurde diese CO2-Wärmepumpe an einen namenhaften Maschinenbaubetrieb im Raum Stuttgart zur Heizungsunterstützung des Fertigungsbetriebs geliefert. Ausgelegt als monovalente Wasser/Sole Wärmepumpe, bei Auslegungsbedingungen von Wasser 25/50°C auf der warmen Seite und Ethylenglykol 30% +12/+8°C als Wärmequelle erreicht diese *carboHeat18 eine Heizleistung von ca. 100 kW, bei FU-Betrieb mit 53 Hz. Im Betriebspunkt erreicht diese Wärmepumpe einen COP von 4,54. Gemäß der zuvor beschriebenen BAFA-Förderung wurde für den Betreiber eine Förderung von ca. 8.500 € errechnet. Gemessen an den etwas höheren Investitionskosten bedingt durch das Hochdruckkältemittel CO2 ergeben sich durch die Förderung spürbare Kostenvorteile für den Kunden.

 

Bild 4: CO2-Wärmepumpe vom Typ *carboHeat18 von compact Kältetechnik

 

Kältemaschinen der Firma compact Kältetechnik GmbH kühlen, klimatisieren und gefrieren in verschiedensten Marktsegmenten auf dem gesamten Globus. Seit der Gründung im Jahr 1992 hat sich die Firma als einer der führenden Hersteller für komplexe Kältemaschinen und -systeme etabliert.

Die Fachexperten von compact Kältetechnik sind der kompetente Partner von der Beratung, Planung über Konzeption und Projektierung bis zur Auslieferung und Inbetriebnahme der Kälteanlagen und -systeme. Sowohl erprobte Serienprodukte für verschiedenste Anwendungen als auch individuell nach Kundenbedürfnissen erstellte Lösungen sind erhältlich - unter Einsatz natürlicher Kältemittel als auch aller gängigen und F-Gase konformen synthetischen Kältemittel. So entstehen speziell konzipierte Systeme mit hoher Energieeffizienz, die genau auf den konkreten Einsatzfall ausgerichtet sind. Ob Verbundanlagen, Kaskadensysteme, transkritische Boostersysteme, Verflüssigungssätze, Kaltwassersätze oder Wärmepumpen – alle compact-Produkte sichern mit hochwertigen Komponenten, durchdachter Konstruktion und sorgfältiger Verarbeitung beste Qualität.

Die komplette Planung und Fertigung der Systeme nach ISO 9001 und Maschinen- bzw. Druckgeräterichtlinie bis Kat. IV (H1) „Made in Germany“ kommt aus dem sächsischen Dresden und Scharfenstein.

 

Zusammenfassung:

  1. CO2 ist prädestiniert als Kältemittel für Hochtemperaturwärmepumpen.
  2. Transkritischer Prozess energetisch vorteilhaft für die Wärmerückgewinnung und als Wärmepumpenanwendung (sehr kleine Grädigkeiten zwischen den Medien bei geringeren Exergieverlusten, als mit jedem anderen Kältemittel)
  3. Für CO2-Wärmepumpenprozesse existiert ein anderer „optimaler Hochdruck“, als für Kältemaschinen. Dieser ist direkt abhängig von den sekundärseitigen Temperaturen und dem daraus resultierenden „Pinch Point“ im Gaskühler.
  4. CO2-Wärmepumpen werden typischerweise grundlegend anders aufgebaut, als z. B. CO2-Kaltwassersätze (simpler Aufbau ohne Flashgasbypass bei quasi-überfluteter Verdampfung).
  5. Optimale Voraussetzungen für eine CO2-Wärmepumpen:
    • - stetiger Wasserzulauf bei gleichbleibend niedriger Temperatur am Gaskühler
    • - hoher Bedarf an warmem Wasser (z. B. mind. 50°C) oder geringer Bedarf an sehr heißem Wasser (bis 85…90°C möglich)
    • - Wärmequelle sollte idealerweise eine Erdsonde/-kollektor mit ganzjährig konstanten Bedingungen sein.
  6. Je nach Betriebsbedingungen sind Heiz-COP-Werte von 3 bis 6 erreichbar, was deutlich höher ist, als bei konventionellen Wärmepumpen.
  7. Mit Einsatz des Kältemittels CO2 und seiner enorm hohen volumetrischen Kälteleistung ist es möglich, platzsparend und vergleichsweise kleine Maschinen für große Leistungsanforderungen zu bauen.
  8. CO2-Wärmepumpen erfordern seltenere Serviceintervalle und werden auch in Zukunft keiner Beschränkung durch die F-Gase VO unterliegen.

 

Verfasst von: Dipl.-Ing. Stephan Leideck, Projektierung | Forschung & Entwicklung bei compact Kältetechnik GmbH

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Wasser/Lithiumbromid-System

Lithiumbromid ist das Sorptionsmittel. Wasser hat die Doppelfunktion des Kälte- und des Lösungsmittels im Absorber. Die untere Temperaturgrenze wird durch die Einfrier­gefahr des Wassers und die Kristallisation des Lithiumbromids gesetzt.

Es kann weder verwendet werden, um Luft direkt in einem Luftkühler zu kühlen, noch kann es zur Wasserdampfkon­densation eingesetzt werden. Die Volumina beider Flüssig­keiten sind zu groß. Das verhindert seine Nutzung in kleinen Wohnungsklimageräten/-wärmepumpen. Es ist also im we­sentlichen ein Wasserkühler für mittlere Leistungen. Die Trennung von Wasser und Lithiumbromid ist einfach. Da Lithiumbromid fest ist, ist eine Destillationskolonne nicht notwendig, um Wasser und Lithiumbromid zu trennen. Das Wasser wird einfach ausgedampft, wobei genügend Wasser übrig bleiben muss, um das Lithiumbromid in Lösung zu halten und Kristallisation zu vermeiden.

Bei diesen Temperaturen hat Wasserdampf eine sehr geringe Dichte und benötigt spezielle Arten von Verdampfern und Verflüssigern. Gelötete oder gedichtete PHE`s sind gewöhnlich nicht für die Handhabung von Dampf geringerer Dichte geeignet. Es gibt jedoch normalerweise ein oder zwei Sole-Sole-Wärmeübertrager, die genutzt werden, um die arme Lösung mit der reichen Lösung zu heizen. Eine gute Regeneration ist entscheidend für die Wirtschaftlichkeit des Prozesses. Aufgrund des langen Tem­peraturprofils sind PHE´s hervorragend geeignet, vor allem solche in zweipässiger Ausführung (siehe Positionen 4 und 5 im Bild).

Eine reine Lithiumbromidlösung ist korrosiv. Sie muss mit Molybdat- oder Chromatlösungen passiviert werden. Der pH­-Wert sollte so hoch wie möglich gehalten werden. Sauerstoff­ und Chlorgehalt sollten so niedrig wie möglich sein.

Es ist interessant zu wissen , dass Lithiumhydroxid, welches zur Steigerung des pH-Wertes verwendet wird, ein besseres Sorptionsmittel als LiBr ist. Aufgrund der korrosiven Natur von LiBr sollten Tests mit der jeweiligen Lösung durchgeführt werden, bevor sie in einem Kupfer­ oder Stahl-Wärmeübetrager eingesetzt wird. Wir haben keine Langzeiterfahrung zur Korrosion bei BPHE´s. Hinsichtlich der Korrosionsmechanismen spielen Lochfraß und Spannungsrißkorrosion eine Rolle. Sie sind alle miteinander verbunden. Wie die Namen vermuten lassen, sind nicht nur die Materialien wichtig, sondern auch die Konstruktion und die Ausführung der Einheit. 

Die für gelötete PHE´s verwendeten rostfreien Stahlplat­ten sind beinahe so glatt wie poliert, was die Lochfraß­gefahr verringert. Das Kupfer füllt alle Risse wirksam aus, somit beschränkt es die Gefahr von Risskorrosion. Das Hartlöten ist eine wirkungsvolle, spannungsmindernde Be­arbeitung, durch die Spannungskorrosion (zumindest der von der Restspannung abhängige Teil) beseitigt wird. Somit werden die meisten Bedingungen erfüllt, um Korrosion zu vermeiden. Zur Verbesserung der Oberflächenbenetzung und somit auch zur Effizienzsteigerung bei der Ausnutzung der Wärmeübertragungsfläche wird eine Art von Reinigungsmittel oder Tensid zugesetzt, z.B. auf Basis von Octyl-Alkohol oder ähnlich.

 

Wasser Lithiumbromid Absoptionskältemaschine

 

Bild 1: Der Wasser/Lithiumbromid Absorptionskühler

1. Verdampfer: Kaltes Wasser verdampft unter Vakuum und kühlt das Kaltwasser. Der Wasserdampf geht weiter in den

2. Absorber, der den Wasserdampf in der armen LiBr­ Lösung absorbiert.

3. Die Pumpe fördert die erzeugte reiche Lösung in die

4 & 5. NT- und HT-Regeneratoren, welche die reiche Lösung in die Nähe des Siedepunktes erwärmen, bevor sie eintritt in den

6. HT-Generator. Ein Teil des Wassers wird aus­ gedampft, gewöhnlich in einem gasbefeuerten Kessel. Die resultierende arme Lösung gibt ihre Wärme in den HT & NT-Regeneratoren ab. Weiteres Wasser verdampft in dem zwischengeschalteten NT-Generator.

7. Abscheider, um anschließend als Heizmedium genutzt zu werden im

8. NT-Generator, wo aus der armen Lösung weiteres Wasser bei niedrigerer Temperatur/Druck als in der HT­ Stufe ausgetrieben wird. Die Verwendung des HT-Dampfes zur Beheizung de NT-Stufe ist in Verdampferanlagen üblich, um die Wirtschaftlichkeit zu verbessern. Die Bedingungen sind hier ähnlich.

9. Verflüssiger: Sowohl der direkt aus der HT-Stufe kommende Dampf als auch der NT-Dampf kondensieren hier. Das resultierende Kondensat wird auf Verdampfungstemperatur entspannt mittels des

10. Expansionsventil und gelangt dann in den Verdampfer.

 

Quelle: Alfa Laval

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