Anwendungen

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.

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 Raumluftzustände verändert werden sollen. Die zwei wichtigsten Zustandsänderungen sind die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit in einem Raum.

Eine Klimaanlage beeinflusst 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 auszutauschen. Dabei wird auf einer Seite Wärme aufgenommen und auf der anderen Seite Wärme abgegeben. Die Aufnahme und Abgabe von Wärme erfolgt über Wärmetauscher. Der Energieaustausch 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

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.

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.

Das H-X-Diagramm von Mollier ist ein wichtiges Werkzeug für die Darstellung der Luftzustände und deren Änderungen. 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 über 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.

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

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.

RI-Schema einer typischen CO2-Wärmepumpe.

Bild 3: 

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):

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.

CO2-Wärmepumpe vom Typ *carboHeat18 von compact Kältetechnik

Bild 4:

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

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.

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

Das Ammoniak/Wasser-System

Ammoniak ist das Kälte- und Wasser das Absorptions­mittel.  An der linken Seite des umrandeten Feldes im Bild ist ein Kreislauf mit einem inneren Wärmeübertrager zur Kondensatunterkühlung/Dampfüberhitzung zu sehen. Er sendet verdampftes Niederdruckkältemittel - in diesem Fall Ammoniak - in das System im umrandeten Feld und erhält unter hohem Druck stehenden Ammoniakdampf zurück. Wenn die im Feld dargestellten Einrichtungen durch einen Verdichter (und einen Enthitzer) ersetzt werden, wird der Prozess zum normalen Kompressionskältemaschinenprozess.

Anstelle mechanischer Energie nutzt das Absorptionssystem hauptsächlich Wärme, um eine Drucksteigerung zu er­ reichen. Ammoniak ist extrem wasserlöslich und wird somit ständig im Absorber auflöst. Da der Prozess exotherm verläuft, muss der Absorber gekühlt werden .Nach dem Absorber erhöht eine Pumpe den Flüssig­keitsdruck bis auf den Kondensationsdruck. Bei diesem höheren Druck werden Ammoniakdampf und flüssiges Was­ser wiedergewonnen. Dies wird dadurch erschwert, daß so­ wohl Ammoniak als auch Wasser flüchtige Substanzen sind. Eine Destillation ist daher notwendig. Ein Chemieingenieur würde die Ausrüstung als eine Destillationssäule mit einem Austreiber, einem Rücklaufverflüssiger und einen Einlauf­ / Sumpf-Wärmeübertrager erkennen - ein sehr gebräuchlicher Aufbau in der chemischen Industrie.

Auf diesem Weg ist es möglich, Ammoniakdampf mit einer Reinheit von mehr als 99,5 % zu erhalten. Wegen der Affinität von Ammoniak zu Wasser ist es praktisch nicht möglich (und auch nicht nötig), reines Wasser als Sumpfprodukt zu gewinnen. Das Sumpfprodukt - die arme Lösung - enthält etwa 20 - 40 % Ammoniak . Nach der Absorption enthält die reiche Lösung 5 - 30 % mehr Ammoniak, etwa 40 bis 50 %. Schließlich sollte die reiche Lösung im Einlaufvorheizer bis zur Destillationstemperatur erhitzt und die arme Lösung gekühlt werden, um die Absorption zu erleichtern.

Alle Aufgaben in einer Ammoniak-Absorptionsanlage können von PHEs erledigt werden. Diese reichen von nickelgelöteten Einheiten in kleinen Heim-Klimageräten bis zu geschweißten oder kassettengeschweißten PHEs in großen industriellen oder kommerziellen Anlagen. Die thermischen Probleme sind fast überall gleich und größenunabhängig.  Die meisten Positionen sind unkritisch und können, einige Besonderheiten ausgenommen, als normale Ein- oder Zwei-Phasen-Wärmeübertrager behandelt werden.

Der Rücklaufverflüssiger

Im Bild ist ein Rücklaufverflüs­siger dargestellt. Dieser verflüssigt einen Teil des Dampfes und führt ihn als Rücklauf in die Kolonne zurück. Ein Rücklauf wird benötigt, um den Teil oberhalb des Einlaufs - die Verstärkungssäule - mit Flüssigkeit zu versorgen. Der Dampf steigt im Verflüssiger auf und trifft im Gegenstrom auf den herabfließenden Kondensatstrom. Dafür wird ein Verflüssiger mit einem sehr geringen Druckverlust benötigt. Hier kann ein Plattenwärmeüber­trager verwendet werden, aber nur, wenn die Dampf­geschwindigkeit / der Druckverlust gering ist, da sonst die Gefahr besteht, den Verflüssiger zu überfluten.

Ein geringer Druckverlust ist fast automatisch sicher­ gestellt, wenn der Verflüssiger mit hoher Wärmerückge­winnung ausgelegt ist, d. h. nur für wenige Grad Tem­peraturdifferenz. Falls der Verflüssiger für Kühlwasser ausgelegt ist  - was normalerweise eine größere Temperaturdifferenz bedeutet - so nimmt die Anzahl der Platten ab und der Druckverlust zu, wodurch Bedingungen für die Über­flutung geschaffen werden.

Es ist schwer, exakte Auslegungsbedingungen anzugeben. Ein berechneter Druckverlust von 0,05 - 0,1 kPa/(m Strömungsweg), was einem Strom von 20 kg/(m h) eines 20 bar Ammoniakdampfes in einem 2 mm Kanal entspricht, scheint sicher zu sein. Es ist ebenfalls möglich, den Rücklaufverflüssiger mit abwärts gerichteter Strömung des Dampfes und des Kondensats zu betreiben. Diese Ausführung ist jedoch kritisch, weil eine Flüssigkeitssäule notwendig wird, um den Druckabfall zu überwinden und das Kondensat zu­rück in die Säule zu zwingen, oder es muss eine zusätz­liche Pumpe eingesetzt werden. Thermodynamisch ist das weniger günstig als ein aufwärtsführender Strom, da dieser Wasser und Ammoniak wirkungsvoller trennt.

Der Ammoniakverdampfer

Er arbeitet wie ein normaler, einfacher Ammoniakverdampfer. Jedoch ist in manchen Fällen, besonders wenn ein Thermosiphon­verdampfer verwendet wird, der Wassergehalt des ver­dampften Gases geringer als im einströmenden Kon­densat. Das Wasser reichert sich dann im Verdampfer­abscheider an und die Verdampfungstemperatur steigt.

Ein zusätzlicher Verdampfer ist dann notwendig - ähnlich dem Ölverdampfer in einem Freon-Thermosiphon (vgl. Abschnitt 16 oder 8. Öle und Kältemittel).

Ein DX-Verdampfer ist dann eine bessere Wahl, besonders wenn er so angeordnet werden kann, daß alle den Verdampfer verlassenden Flüssigkeitströpfchen sich direkt zum Absorber bewegen, ohne auf irgendwelche Taschen zu stoßen, wo sie sich absetzen können. Das beste wäre eine Flüssigkeitseinspritzung am Kopf des NBPHE. Aber bis jetzt haben alle Verdampferausführungen mit oberer Flüssigkeitseinspritzung eindeutig um 25 bis 30 % geringere Leistung gezeigt. 

Bild 1: Der Ammoniak/Wasser-Absorptionskältemaschinenprozess

Der Kälteabschnitt:

1.  Der Verflüssiger kondensiert den Ammoniakdampf .

2.  Der Flüssigkeitssammler gleicht Schwankungen in der effektiven Kältemittelfüllung aus.

3.  Der innere Wärmeübertrager unterkühlt das Kondensat mit Kältemitteldampf; erhöht Prozeßeffizienz.

4.  Das Expansionsventil: thermostatisches DX-Ventil.

5.  Der Verdampfer ist hier ein normaler DX-Verdampfer.

Der Absorptionsteil:

6.  Der Absorber besteht aus zwei Teilen, der lnjektionsstufe, wo die gekühlte arme Lösung in den Ammoniakdampf gesprüht wird, und dem restlichen Kühler. Das Ammoniak löst sich leicht in der armen Lösung, unterstützt durch intensive Verwirbelung in den gekühlten, gewellten Kanälen. Die so entstandene reiche Lösung verläßt den Absorber und tritt ein in:

7.  Die Pumpe, die den Druck vom Verdampfungs- auf den Kondensationsdruck anhebt und Lösung einspeist in:

8.  Den Einlaufvorheizer. Die arme Lösung erwärmt die reiche Lösung bis auf Destillationstemperatur, wobei sie sich abkühlt. Eine kalte arme Lösung erleichtert den Absorptionsprozess in 1.

9.  Die Destlllationssäule kann einfach oder auch komplizierter sein als hier dargestellt. Die reiche Lösung läuft herab und trifft auf den aufsteigenden Dampfstrom. Die höhersiedende Komponente - Wasser - kondensiert und die niedriger siedende Komponente der Flüssigkeit - Ammoniak - verdampft. Das Ergebnis ist eine Flüssigkeit, die auf dem Wege vom Kopf zum Sumpf allmählich an Ammoniak verarmt, und ein Dampf, der vom Boden zum Kopf mit Ammoniak angereichert wird. Der Teil unterhalb des Einlaufs wird genutzt, um die flüchtige Komponente aus der Flüssigkeit zu entfernen (Abtrieb). Im oberen Teil reichert sie sich im Dampf an (Verstärkung).

10.  Der Generator versorgt die Kolonne mit Dampf.

11.  Der Rücklautverflüssiger (Dephlegmator) liefert der Säule den Rücklauf.

12.  Das Ventil reduziert den Druck der reichen Lösung.

Der Absorber

Dieser ist das Herzstück einer Absorp­tionsanlage. Ein PHE kann aufgrund seiner Fähigkeit, Flüssigkeiten gleichzeitig zu mischen und zu kühlen, einen exzellenten Absorber abgeben. Ein Absorber besteht aus zwei Sektionen: In der einen wird die absorbierende Flüssigkeit in den Ammo­niakdampf eingespritzt, und in der anderen wird das Gemisch dann absorbiert und gekühlt.

Das Problem liegt in der Verteilung des Dampfes auf die Kanäle. Jeder Kanal sollte mit einem bestimmten Anteil von Dampf und Flüssigkeit gespeist werden. Unglücklicher­ weise kann es passieren, dass Dampf und Flüssigkeit nach der Einspritzung getrennt werden und die Flüssigkeit über­wiegend in die ersten Kanäle eintritt, während der Dampf in die letzten Kanäle gelangt. Das Problem ist ähnlich der Verteilung eines Zwei-Phasen-Gemisches, das aus einem TEV in einen Verdampfer kommt. Verschiedene Methoden für eine gute Verteilung wurden vorgeschlagen. Die meisten sind rechtlich geschützt. Einige allgemeine Regeln können hier jedoch genannt werden:

Es gibt keine vollständig verlässlichen Auslegungs­methoden. Aber ein PHE kann wie ein Verflüssiger ent­worfen werden, bei dem ein Teil des Dampfes bereits am Einlass verflüssigt wird. Das Ammoniak-Wasser-Gemisch ist ein Kältemittel mit einem sehr großen Gleit. Die Wärmefreisetzung bei der gleichzeitigen Verflüssigung beider Dämpfe wird nicht nur von der latenten Wärme, sondern auch durch die hohe Mischungswärme verursacht. Krümmungen (d. h. Fliehkräfte) und große Distanzen zwischen der Einspritzstelle und dem Eingang zum BPHE sind zu vermeiden. Die Flüssigkeit setzt sich dann ab und wird abgeschieden.

Die arme Lösung wird in das Rohr mit dem Ammoniak­ dampf eingespritzt. Mehrere Einspritzpunkte entlang des Einlassrohres wurden für größere Rohre (2100 mm) mit guten Resultaten erprobt (siehe Bild 2).

Im Bild 2 ist ein Verteilerrohr für kleinere Rohre gezeigt , das mit gutem Resultat erprobt wurde.

Bild 2: lnjektionssystem für den Ammoniakabsorber

Die Einspritzung mit einer Art Ejektor ist vielleicht eine gute Lösung, wurde aber noch nicht erprobt. Die hohe Geschwindigkeit in der Düse zerstäubt die Flüssigkeit in kleine Tröpfchen.

Es ist eine unbeantwortete Frage, ob der Einlaß unten oder oben angeordnet sein sollte. Meist ist er oben an­ gebracht. Es ist allerdings leichter, eine gute Verteilung , speziell der Flüssigkeit , von unten her sicherzustellen. Aber die Strömung dürfte zumindest bei geringer Leistung instabil sein.

Der Generator

Dessen Ausführung ist abhängig von der Art der verfügbaren Wärmequelle. In Industriean­ lagen, wo Dampf verfügbar ist, ist der geschweißte PHE eine gute Wahl. Von den Betriebsbedingungen her ist er unkritisch. Er arbeitet wie ein normaler Dampfgenerator.

Hauswärmepumpen/-klimaanlagen haben normaler­ weise Erdgas als Wärmequelle und der Generator ist mit dem Brenner verbunden.

Der innere Wärrneübertrager

In einer Kompres­sionskältemaschine wäre er aufgrund der Verminderung des Ammoniakumlaufs eine fragliche Einheit. Ein Absorber wird durch die Dampfdichte aber wenig be­einflusst. Der geringfügig höhere Kühlbedarf kann leicht im Kühlteil des Absorbers ausgeglichen werden, eventuell durch eine geringfügig größere Kühlfläche und/oder höheren Kühlwasserdurchsatz. Außerdem hilft die größere Ammoniaküberhitzung, das letzte Ammoniak im Dampf zu verdampfen. Wasser führt zu einer deutlichen Erhöhung der Taupunkttemperatur 

 Quelle: Alfa Laval

Die Absorptionsprozesse

Im Kältemaschinenprozeß gibt es einen Schritt, wo das Kältemittel den Verdampfer bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck verläßt und in Dampf mit hoher Temperatur und hohem Druck transformiert wird. Dies ermöglicht Kühlwasser höherer Temperatur einzusetzen.

Bei einer Kompressionskältemaschine wird  dieser Schritt vom Verdichter erledigt. Die Kältemittelverdichtung ist teuer. Betrieb, Installation, Regeleinrichtungen, der Verdichter selbst - alles ist teuer.

Es gibt auch andere Methoden. Beim Absorptions­ prozeß wird der aus dem Verdampfer kommende Dampf in einer Hilfsflüssigkeit - dem Absorptionsmittel - absorbiert (gelöst). Anschließend erhöht eine Pumpe den Druck der flüssigen Lösung. Die Drucksteigerung einer Flüssigkeit durch.eine Pumpe ist ein einfacherer und billigerer Vorgang als die Verdichtung von Dampf. Ein anderer Vorteil des Absoptionsprozesses ist der geräuscharme Betrieb. Eine Pumpe macht beträchtlich weniger Geräusche als ein Verdichter. Bei höherem Druck werden das Kältemittel und das Absorptionsmittel durch Destillation oder eine einfache Verdampfung getrennt. Es entsteht - genau wie beim Kompressionskältemaschinenprozeß - ein Hochdruck-Kältemitteldampf, der anschließend wie bei einem normalen Kreislauf verflüssigt und entspannt wird.

Bei der Destillation wird in einem Generator (Austreiber) geringwertige Wärme zugefügt. Diese Wärme ersetzt die mechanische Energie bei der Dampfverdichtung. Nach dem Austreiben des Hochdruck-Kältemitteldampfes wird das regenerierte Absorptionsmittel wieder zum Absorber zurückgeführt.

Es gibt hauptsächlich zwei Arten von Absorptionssystemen: Ammoniak/Wasser und Wasser/Lithiumbromid.

Ammoniak/Wasser ist ein Hochdrucksystem (˜ 24 bar), geeignet für kompakte Installationen. Ammoniak ist das Kältemittel und Wasser das Absorbent. Es gibt keine besonderen Korrosionsprobleme, außer dass Kupfer und Zink nicht verwendet werden sollten. Normalerweise wird nichtrostender Stahl eingesetzt.

Wasser/Lithiumbromid ist ein Niederdrucksystem (Vakuum - 1 bar). Wasser ist das Kältemittel und Lithiumbromid das Absorbent. Die konzentrierte Lithiumbromidlösung ist unter Umständen korrosiv gegen gebräuchliches Konstuktionsmaterial und es müssen spezielle Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden. Infolge des großen Dampfvolumens wird das System recht voluminös.

Anwendungen

Die Wirtschaftlichkeit der zwei Prozesse hängt von der verfügbaren Energie ab. Falls billige Elektroenergie ver­ fügbar ist, könnte die Kompressionskältemaschine wirt­ schaftlicher sein. Falls niederwertige Abwärme zu ge­ ringem Preis oder kostenlos verfügbar ist, könnte der Absorptionskreislauf die günstigere Lösung darstel len.

Es gibt grundsätzlich drei Arten von Anwendungen für Absorptionsprozesse, wo Plattenwärmeübertrager ver­ wendet werden können. Typisch für die meisten  ist, daß die Wärme für den Generator praktisch kostenlos sein muß und daß die Wärmeübertrager eine entscheidende Rolle in der Wirtschaftlichkeit der Anlage spielen.

◆   Abwärmenutzung

Eine Molkerei, ein Schlachthaus, eine Fischverarbeitungsfabrik usw. benötigen Elektrizi­ tät, Dampf/Wärme und Kaltwasser/Kälte.

Die Elektrizität wird in einem Dieselmotor oder einer Gasturbine erzeugt, das so entstehende Verbrennungs­ gas produziert Dampf. Ein Teil des Dampfes oder mög­ licherweise des Verbrennungsgases wird dann für die Absorptionsanlage genutzt.

Es werden industrielle Plattenwärmeübertrager (alle voll- oder kassettengeschweißt) an allen Stellen der Ab­ sorptionsanlage verwendet.

◆   Chemische Industriebetriebe

erzeugen manchmal große Mengen überschüssiger Wärme, welche für die Erzeugung von Kaltwasser genutzt werden kann . Voll­ oder kassettengeschweißte PHEs werden verwendet.

◆    Wohnraumk limatisierung-/wärmepumpen

Dies ist eine neue Entwicklung. In vielen Ländern, besonders in Ostasien, gibt es eine Nachfrage nach Wohnraum-Heizung während des Winters und Klimatisierung während des Sommers.

Im Gegensatz zu nördlicheren Staaten, die im Winter eine Energieverbrauchsspitze aufweisen, ist dort der Elektroenergieverbrauch während des ganzen Jahres hoch. Das Erdgasnetz hat im Winter eine Verbrauchs­ spitze. Der Zuwachs der letzten Jahre bei Klimageräten hat zu einer Überlastung des Elektrizitätsnetzes im Sommer ge­führt, während das Erdgasnetz kaum ausgelastet ist. Bei allen Wohnraumklimaanlagen werden leise Einheiten benötigt. Absorptions-A/C-Wärmepumpen sind somit eine ausgezeichnete Alternat ive. Auf S&THEs basierende Ein­ heiten werden jedoch zu schwer (~ 250 kg), um von praktischem Nutzen zu sein. Diese werden als Weißware, wie Kühlschränke, Öfen usw. verkauft und mit einem Transporter von zwei Leuten angeliefert. Die Lösung könnten Wärmepumpen/Klimaanlagen sein, die auf mit Nickel (oder anderem ammoniakresistentem Material) gelöteten Wärmeübertragern basieren. Das Gewicht kann dann halbiert werden. Die Weiterentwicklung solcher Systeme ist notwendig.

Quelle: Alfa Laval

Was ist eine Absorptionskältemaschine?

Eine Absorptionskältemaschine kurz AKM ist - im Gegensatz zur elektrisch angetriebenen Kompressionskältemaschine - eine mit Wärmeenergie angetriebene Kältemaschine. In KWKK Anlagen dient die Wärme des Blockheizkraftwerkes (BHKW) bei ca. +90 °C als Wärmequelle. Alternativ könnte die AKM auch mit Solarthermie, Geothermie, Fernwärme und Abwärme betrieben werden.

Die Absorptionskältetechnik unterscheidet in der Praxis zwei Technologien. Die eine arbeitet mit Wasser-Lithiumbromid und wird für Kühlanwendungen über +6 °C z.B. zur Klimatisierung eingesetzt. Die andere verwendet Ammoniak-Wasser und wird überwiegend in der Lebensmittelindustrie eingesetzt. Mit hohen Temperaturen des Heizmediums bis +180 °C sind Kühltemperaturen bis -60 °C möglich. Bei Verwendung von niedrig temperierter BHKW Wärme sind praktisch Kühltemperaturen bis -10 °C erreichbar. In die AKM wird durch das Heiz- und Kühlmedium Wärmeenergie in die Maschine eingetragen, erkennbar an einer sinkenden Temperatur im Bereich von 5 bis 15 Kelvin. Die zugeführte Energie muss technisch wieder abgeführt werden.

Dies geschieht über den dritten Kreislauf. Meist dient hier Kühlwasser, das sich beim Durchströmen der AKM um 3 bis 6 Kelvin aufheizt und die Wärmeenergie bei Temperaturen zwischen +15 °C und +30 °C an die Umgebung mit Hilfe eines Rückkühlwerkes abführt. Grundsätzlich wäre diese Wärmeenergie auch für Heizanwendungen nutzbar. Das folgende Diagramm zeigt beispielhaft die zu- und abgeführten Energieströme in einer AKM.

Zuverlässig.

Während in den vergangenen Jahrzehnten überwiegend Rohrbündelwärmetauscher eingesetzt worden sind, werden heute innovative Plattenwärmeübertrager eingesetzt. Diese bieten wesentliche Vorteile. Die extrem kompakte Bauweise führt zu einem geringen Platzverbrauch. Die Verwendung von Edelstahl vermeidet den Einsatz von umweltschädlichen Korrosionsschutzinhibitoren und bietet Sicherheit für Mensch und Maschine. Mit vollverschweißten Apparaten und bei entsprechender Auslegung führt dies zu thermodynamischen Höchstleistungen bzw. praktisch zu beachtlichen Wirkungsgraden bei der Umwandlung von Wärme in Kälte. Komponenten in Industriequalität sorgen für eine Lebenszeit von Jahrzehnten. Somit kann eine AKM zu einer rationellen Energieversorgung und damit zu hohen Energieeinsparungen beitragen.

Umweltfreundlich.

Das natürliche Kältemittel Ammoniak ist umweltfreundlich, weil es keinen Beitrag zur Erderwärmung leistet: Global Warming Potential GWP = 0 und weil es unschädlich für die Ozonschicht ist: Ozone Depletion Potential ODP = 0.
Angetrieben mit Solarthermie, Geothermie oder der Abwärme von Biomasseprozessen kann eine AKM nachhaltig ohne die Verwendung von fossilen Energieträgern betrieben werden, so dass keine Kohlendioxid bzw. CO2 Emissionen freigesetzt werden.
Die Emissionen von Geräuschen werden mit einer AKM deutlich reduziert, weil eine Pumpe im Vergleich zu einem Verdichter eine drastisch geringere Geräuschquelle darstellt.

Wirtschaftlich.

Eine hier beschriebene Ammoniak AKM ist eine Maschine für die Grundlast Kälteversorgung. Die Kompressionskälte wird dadurch entlastet und nur für die Deckung der Spitzenlasten benötigt. Bei entsprechender Auslegung sorgt die AKM durch die Wärmeabnahme für den Ganzjahresbetrieb des BHKWs und somit für eine kurzfristige Amortisation. Die Reduktion der elektrischen Arbeit und Leistung führt zu hohen Energieeinsparungen. Zusätzlich wird die Wirtschaftlichkeit unterstützt durch die vernachlässigbaren Wartungskosten im Vergleich zu einer Kompressionskältemaschine und der langen Lebenszeit einer AKM.

Anwendung.

Eine AKM wird heute überwiegend bei der Herstellung von Lebensmitteln eingesetzt, z.B. in der Fleischindustrie, in Molkereien, in der Getränkeindustrie bzw. in Brauereien und in der Kühl- und Tiefkühllagerung. Grundsätzlich kann sie überall eingesetzt werden, wo elektrische Energie gebraucht, Wärme verfügbar und Kälte benötigt wird. Beispiele:

• Kühlen von Medikamenten, Produkten und Prozessen auch unter 0 °C
• Klimatisieren von Krankenhäusern, Hotels, Industrie- und Verwaltungs­gebäuden, Produktionshallen und Tierställen mithilfe von Eisspeichern, z.B. in Kombination mit Photovoltaik und Solarthermie als solar angetriebene Kälteanlage. In sonnenreichen abgelegenen Regionen könnten Hotels und Ferienanlagen autark mit Kälte und Kühlung versorgt werden
• Kühlung von Serverräumen und Eissportanlagen
• Kühlung von Flüssigkeitskreisläufen aller Art
• Umwandlung von Biogas in Biomethan als Systembaustein der Gasaufbereitung
• Heißgaskondensation von Kältemittel aus Tiefkühl-Kompressionskältemaschinen
• Kaltdampf-Kältemittelkondensation bei Kälteanlagen mit Abscheidern im Bereich -15 °C bis +5 °C

Autoren: Dr. Wolfgang Stürzebecher und Christoph Heyse, B.Sc., Geschäftsführer der Firma AKM Industrieanlagen GmbH,
www.akm-industrieanlagen.de

Warum kühlt meine Split Klimaanlage nicht richtig?

Eine Klimaanlage hat die Aufgabe Wärme zu transportieren. Im Normalfall soll beim Kühlbetrieb die Wärme aus dem z.B. Wohnraum nach draußen an die Umgebung abgegeben werden. Dieser Wärmetransport funktioniert am optimalsten, wenn die Wärmetauscher Flächen, sichtbar als „Lamellen“ an den Geräten, an den Klimageräten sauber sind, die Ventilatoren in Funktion sind und die Kältemittelfüllmenge in der Klimaanlage wie vom Hersteller vorgebeben vorhanden ist. Wir gehen hier also von einer intakten Klimaanlage aus.

Im Laufe der Nutzungsdauer werden durch die Ventilatoren nicht nur Luft, sondern auch Staub und Dreck zu den Wärmetauschern gefördert. Diese Verunreinigungen führen zu einer immer schlechter funktionierenden Wärmeübertragung an den Wärmetauscher Lamellen („Kühlrippen“).

Wenn das Klima Innengerät verdreckt ist, kann keine ausreichende Wärme mehr aufgenommen werden und die Kühlleistung der Klimaanlage nimmt ab. Die Filter an dem Klima Innengerät müssen daher regelmäßig auf Verunreinigungen überprüft werden.

Es ist auch ratsam die Wärmetauscher Lamellen von Zeit zu Zeit mit Wasser und speziellen Reinigern (Desinfektionsmittel) zu reinigen. Somit werden unangenehme Gerüche beseitigt und die Wärmetauscher Flächen sauber gehalten.

ACHTUNG: Die Reinigung darf nur im ausgeschaltetem Zustand der Klimaanlage erfolgen!

Wenn die Lamellen trocken sind, verwendet man am besten erst einmal einen Staubsauger um die groben Staubpartikel abzusaugen (es ist UNBEDINGT darauf zu achten, dass die Lamellen nicht beschädigt oder verbogen werden!) Wenn keine Staubpartikel erkennbar sind, kann man mit einer herkömmlichen Sprühflasche z.B. einer leeren Glasreiniger Flasche o.ä. die Lamellen nass reinigen. Um unangenehme Gerüche aus der Klimaanlage zu entfernen, verwendet man spezielle Reiniger / Desinfektionsmittel für Klimageräte. Diese gibt es im Online Handel für ca. 30€ zu kaufen.

Wenn die Reinigung / Desinfizierung des Innengerätes durchgeführt wurde, sollte man auch das Außengerät der Klimaanlage auf Verunreinigungen prüfen. Durch den Ventilator des Außengerätes werden viele Partikel wie z.B. Staub, Pollen und z.T. auch Papier angesaugt.

Im Laufe der Zeit verstopfen diese Partikel die Lamellen des Klima Außengeräts und es kann keine Luft mehr durch den Wärmetauscher gefordert werden. Die Klimaanlage wird nicht mehr ausreichend gekühlt!

Die Folgen sind: 

1. Erhöhter Stromverbrauch
2. Verlust von Kühlleistung
3. Erhöhter Verschleiß bis hin zum Kompressor Schaden durch Überhitzung
4. Ausfall der Klimaanlage

ACHTUNG: Die Reinigung darf nur in ausgeschalteten und stromlosen Zustand der Klimaanlage erfolgen!

Auch hier sollte man zuerst mit einem Staubsauber die groben Staub- und Schmutzpartikel absaugen. Wenn dies erfolgt ist kann man die Wärmetauscher Flächen mit Wasser nass reinigen. Das kann mittels Sprühflasche oder auch einer handelsüblichen Reinigungsspritze mit feinem Sprühstrahl erfolgen. Es ist darauf zu achten, dass keine elektrischen Geräte wie z.B. der Ventilator oder Elektronik Bauteile mit Wasser beschädigt werden. Nach erfolgter Reinigung und kurzer Abtropfzeit kann die Klimaanlage wie in Betrieb genommen werden.

Warum tropft Wasser aus meiner Klimaanlage?

Klimaanlagen entfeuchten zwangsläufig die Raumluft. Es kommt zur Tropfenbildung an den Lamellen des Klima Innengeräts. Dieses anfallende Kondensat Wasser wird über die Kondensat Wanne unter dem Wärmetauscher Paket aufgefangen und abgeführt.

Im besten Fall kann das Wasser frei ablaufen und abgeführt werden. Wenn das nicht möglich ist, weil z.B. der Abwasseranschluss über dem Klima Innengerät ist, kommt eine Kondensat Pumpe zum Einsatz. Diese Pumpen fangen das anfallende Kondensat Wasser in einem kleinen Gefäß auf und fördern es zum nahegelegensten Abwasseranschluss.

Wenn Kondensat Wasser aus Ihrer intakten Klimaanlage läuft, kann das Kondensat Wasser nicht frei ablaufen oder, wenn vorhanden, ist die Kondensat Pumpe fehlerhaft. Hier sollten man die Kondensat Wanne unter dem Lamellenpaket am Klima Innengerät auf Verunreinigungen prüfen. Wenn eine Verunreinigung durch Staub und Dreck ausgeschlossen werden kann, muss der Ablauf geprüft und ggf. gespült werden. Wenn eine Kondensat Pumpe an Ihrem Klimagerät installiert ist, muss diese auf Verschmutzung und Funktion geprüft werden. Bei Decken Einbauklimageräten ist immer eine Kondensat Pumpe installiert.

Aufbau

„ICS“-Hauptventile gibt es in der „1 Pilot“- und der „3 Pilot“-Version. Bei der „1 Pilot“- Version kann ein Pilotventil direkt auf das Hauptventil aufgeschraubt werden, wohin - gegen bei der „3 Pilot“-Version bis zu drei Pilotventile auf das Hauptventil montiert werden können. Mit der „1 Pilot “- Version kann eine einzige Funktion geregelt werden, wie z.B. der Verdampfungsdruck oder der Verflüssigungsdruck. Das „3 Pilot “- “ICS “ kann sogar noch mehr. es besitzt zwei Pilotanschlüsse, die in Reihe geschaltet sind und noch einen weiteren Pilotanschluss, der zu beiden parallel geschaltet ist. Die in Reihe bzw. in Serie geschalteten Anschlüsse sind mit „S1 “ und „S2 “ für „Serie “ bezeichnet. Der „P“-Anschluss steht für „parallel“ und ist auch parallel zu „S1“ und „S2“ geschaltet. Damit sind Schaltungsvarianten wie beispielsweise Verflüssigungsdruckregelung mit zusätzlichem Zwangsöffnen oder Zwangs- schließen möglich. Sollte die Anzahl der Pilotanschlüsse aufgrund einer besonders komplexen Schaltung nicht ausreichen, dann kann mittels externen Pilotgehäusen sowie darauf montierten Piloten in externen Pilotleitungen eine fast unendliche Anzahl von Schaltungsmöglichkeiten geschaffen werden. Zur Erleichterung der Inbetriebnahme bieten „ICS“Hauptventile die Möglichkeit der manuellen Zwangsöffnung. Mit der mittig am Ventilkopf angebrachten Handspindel kann das Hauptventil von Hand geöffnet werden. Diese Handspindel sollte in jedem Fall für den Regelbetrieb wieder in die Ausgangsposition zurückgedreht werden (gegen den Uhrzeigersinn bis zum Anschlag). Das „ICS “-Hauptventil besteht aus einem Gehäusegrundkörper, der direkt in die Rohrleitung eingelötet (bzw. eingeschweißt, bei Ammoniak als kältemittel) wird. in diesem Grundkörper ist ein Funktionsmodul eingesetzt, welches im Servicefall einfach ausgetauscht werden kann, ohne dass die Rohrleitungsanschlüsse tangiert werden. Bei der Auslegung von Hauptventilen muss darauf geachtet werden, dass es sich hierbei um Servoventile handelt, die einen Mindestdruckabfall benötigen. Dieser ist zwar sehr niedrig, was eine sehr gute Teillastfähigkeit bedeutet, aber dennoch nicht vernachlässigbar. Sollte in einer Anwendung wie z.B. der Tiefkühlung tatsächlich ein Ventil ohne Mindestdruckabfall benötigt werden, dann ist dies mit dem „ICS “ und externer Ansteuerung durch einen höheren Druck möglich. Zu diesem Zweck kann ein externer Pilotanschluss am „ICS“ montiert werden. Das Ventil, welches in der Saugleitung montiert ist, wird durch den heißgas- oder kaltgasdruck, der durch eine Steuerleitung herangeführt wird, geöffnet. Bestückung hierzu: „icS “ „3 Pilot “- Version, externer Anschluss an „S1“, „eVM“ auf „S2 “ und Blindstopfen „ A+B “ auf „P “. Alternativ kann auch ein „PML(X)“ als Spezialhauptventil für exakt diese Anwendung verwendet werden.

Magnetventilfunktion

Die einfachste Anwendung eines Hauptventils ist die Magnetventilfunktion. Bei dieser Funktion wird die „1 Pilot “- Version des Hauptventils mit einem „EVM “-Pilotventil ausgestattet. Dieses Pilotventil kann direkt auf das Hauptventil aufgeschraubt werden. „nc “ (normally closed) ist die gebräuchlichste Anwendung für Magnetventile und bedeutet, dass das Magnetventil in stromlosem Zustand geschlossen ist. Hierfür eignet sich das Pilotventil „EVM“ in nc-Version. Wird nun die Spule des „EVM“ (nc) bestromt, dann öffnet das Pilotventil. Damit wird der interne Regelkanal im „ICS“ zwischen Ventileintritt und internem Druckraum über dem „ICS“- Leistungskolben geöffnet, so dass der höhere Druck vom Eintritt des Hauptventils in den Druckraum über dem Leistungskolben strömt und diesen nach unten drückt. Damit wird das Hauptventil geöffnet. Beim Schließvorgang wird der Kanal durch das „EVM “ geschlossen und der höhere Druck über dem Leistungskolben wird durch eine kleine Bohrung zum Austritt des Ventils wieder abgebaut. Bei entgegengesetztem Wirksinn ist ein „EVM “ (no) einsetzbar („no “ steht für „normally open“, also „stromlos offen“). „EVM “ (no)-Pilotventile unterscheiden sich von „EVM“ (nc) neben dem Wirksinn dadurch, dass eine etwas stärkere Spule (12 W im Wechselstromeinsatz) verwendet wird und eine zusätzliche nut am unteren Teil des Ankerrohrs eingepresst ist.

Verdampfungsdruckregelung

Verdampfungsdruckregler werden beispielsweise bei Mehrverdampferanlagen hinter dem Verdampfer montiert, der auf einem höheren Druckniveau als die anderen Verdampfer betrieben werden soll. Oft findet man auch in Kaltwassersätzen einen Verdampfungsdruckregler als zusätzliche Sicherheit gegen das Einfrieren des Wassers im Verdampfer. Verdampfungsdruckregler bei größeren Leistungen ist ein Hauptventil mit aufgeschraubtem Pilotventil „CVP 7 “. Zur Einstellung des Sollwerts, unterhalb dessen das Ventil anstaut ( Ventil schließt) und oberhalb dessen es das Kältemittel durchlässt ( Ventil öffnet), sind zwei Niederdruckmanometer ideal. eines wird an den Saug- stutzen des Verdichters angeschlossen und das andere dient zur Anzeige des Drucks zwischen Verdampfer und Verdampfungsdruckregler. Dieses zweite Manometer kann mit dem Serviceanschluss des „ICS“ verbunden werden, da an diesem Bauteil eingangsseitig ein 7/16“ UnF-Messanschluss am Manometeranschluss nachgerüstet werden kann. nun kann der Sollwert direkt am „CVP “ justiert werden. Bei Drehung im Uhrzeigersinn (in „+ “-Richtung) wird der Sollwert erhöht, bei Drehung gegen den Uhrzeigersinn (in „- “-Richtung) wird der Sollwert reduziert. Erhöht sich der Druckabfall durch die Einstellung des Sollwerts bei laufender Anlage, so genügt es, den gewünschten Eingangsdruck am Regler einzustellen. hat man nur ein nD-Manometer zur Messung des Verdampfungsdrucks zur Verfügung und ergibt sich durch die Erhöhung des Sollwerts auf den gewünschten Wert bei laufender Anlage ein entsprechend höherer Verdampfungsdruck, so ist der Regler korrekt eingestellt. Vorsicht bei Verdampfungsdruck-Istwerten, die höher sind als der gewünschte Sollwert: hier ist eine sofortige Einstellung nicht ohne weiteres möglich, da der Regler nun grundsätzlich bei allen Sollwerten, die unter den Istwerten liegen, öffnet. in einem solchen Fall muss zunächst der Verdampfungsdruck gesenkt werden. Dies ist beispielsweise bei einem zwangsbelüfteten Verdampfer möglich durch Abschalten der Lüfter. nach Einstellung des „CVP “ sollte der Lüfter dann wieder gestartet werden. Mit Hauptventilen kann auch eine Umschaltung von zwei verschiedenen Verdampfungstemperaturen realisiert werden. So kann durch An- und Abschalten des „EVM “ und mit Hilfe eines „3 Pilot“-Hauptventils, zwei auf unterschiedliche Verdampfungstemperaturniveaus eingestellter „CVP “ und eines „CVM “-Pilots von einem auf den anderen Verdampfungsdruck umgeschaltet werden.

Verflüssigungsdruckregelung

Verflüssigungsdruckregler werden verwendet, um ein zu tiefes Absinken der Kondensationstemperatur in einer Kälteanlage – besonders in der kalten Jahreszeit – zu verhindern. Für den Einbau eignen sich die Heißgasleitung in Flussrichtung nach dem T-Stückabgang zum Sammlerdruckregler oder die Kondensatleitung. Bei Einbau in der Heißgasleitung darf auf keinen Fall auf das Rückschlagventil in der Kondensatleitung verzichtet werden, da sonst das Kältemittel von hinten in den kalten Veflüssiger einströmen kann und der gewünschte Effekt des schnellen Druckaufbaus vor dem Expansionsventil auch im Winterstart nicht eintritt. Die am häufigsten verwendete Variante ist der Einbau des Verflüssigungsdruckreglers in der Kondensatleitung (zwischen Verflüssiger und Sammler). Der Verflüssigungsdruckregler für größere Leistungen ist fast identisch mit dem Verdampfungsdruckregler. Es handelt sich um ein Hauptventil „ICS“ (oder „PM“) mit aufgeschraubtem Pilotventil „CVP 28 “ oder „CVP 22 “ für R134a. Die Zahl nach dem „CVP “ steht für den maximalen Regeldruck des Pilotventils, hier 28 bar bzw. 22 bar. es ist nicht weiter verwunderlich, dass sich die benötigten Bauteile für die Verdampfungs- und Verdampfungsdruckregelung ähneln, wird doch in beiden Fällen ein bestimmter Mindestdruck definiert, der nicht unterschritten werden soll. Allein die Gesamtdrucklage ist in beiden Anwendungsfällen unterschiedlich. Zur Einstellung sollte mindestens ein Hochdruckmanometer an den eingangsseitigen Manometeranschluss des „ICS “ angeschlossen werden (Manometeranschluss ist für „ICS “ als Zubehör erhältlich und ggf. nachrüstbar). Optimal ist der zusätzliche Anschluss eines Hochdruckmanometers am Sammler. Die weitere Vorgehensweise ist identisch mit dem Verdampfungsdruckregler „CVP “. ideal ist, wenn sich beim Betrieb der Anlage mit „entspanntem “ „CVP “ (sehr niedriger Sollwert) eine deutlich unter dem gewünschten Einstellwert liegende Verflüssigungstemperatur einstellt. Bei Erhöhung des Drucks (Einsatz eines hD-Manometers), bzw. bei deutlicher Erhöhung des Druckabfalls durch die Einstellung eines höheren Sollwerts (Einsatz von zwei HD-Manometern), kann hier direkt der gewünschte Sollwert eingestellt werden. ist das Druckniveau auf der Hochdruckseite zu hoch, kann beispielsweise die Inbetriebnahme von einem besonders heißen Tag auf einen kühleren Moment verlegt werden. eine weitere Möglichkeit besteht darin, z. B. bei einem Verdichterverbund maximal einen Verdichter während der Einstellung des Veflüssigungsdruckreglers zu betreiben. In schwierigen Fällen kann auch eine Absenkung des Druckniveaus auf der ND-Seite – wie im Kapitel „ Verdampfungsdruckregler “ beschrieben – sinnvoll sein. Durch eine solche Maßnahme wird in aller Regel auch auf der Hochdruckseite die Drucklage abgesenkt. Auch hier kann eine Umschaltung – wie beim Verdampfungsdruck – zwischen zwei verschiedenen Verflüssigungstemperaturen realisiert werden. Dies ist mit einem „3 Pilot “-Hauptventil, zwei auf unterschiedliche Verflüssigungstemperaturniveaus eingestellten „CVP“ und einem „EVM“-Piloten machbar.

Startregelung

eine Startregelung ist dann angebracht, wenn der Verdichter der Anlage – oft ein Tiefkühlverdichter – vor zu hohen Drücken geschützt werden soll. Der Einbau erfolgt in der Saugleitung. in letzter Zeit wurde den Startreglern durch individuell und elektronisch einstellbare MOP-Punkte bei elektronischer Einspritzregelung etwas der Rang abgelaufen. Trotzdem behaupten sie sich weiter als Klassiker der Druckregelung. Für größere Leistungen empfehlt sich ein Hauptventil „ICS“ (oder „PM“) mit aufgeschraubtem Pilotventil „CVC “. An den „CVC “-Piloten muss nach dem Hauptventil noch eine Stichleitung in Flussrichtung von der Hauptleitung herangeführt werden. Damit wird der Istwert der zu regelnden Druckgröße zwischen Ventil und Verdichter dem Startregler zugeführt. Die Einjustierung eines Startreglers ist bei laufender Anlage kein Problem, wenn die Verdampfungstemperatur über dem gewünschten Sollwert liegt. Der „CVC “ benötigt keinen gesonderten Messanschluss, da der Verdichtersaugstutzen im Allgemeinen mit einem solchen ausgestattet ist. Dieser Messanschluss dient zur Einstellung. Auch hier gleicht die Vorgehensweise den „CVP “- Varianten – allerdings in umgekehrter Weise. Das heißt, wenn sich der Saugdruck vor dem Verdichter bei laufender Anlage durch Betätigung des „CVC “ direkt absenken und auf den gewünschten Sollwert einstellen lässt, so ist das Gerät bereits betriebsfertig. Dies wird noch deutlicher, wenn ein weiteres Niederdruckmanometer z. B. am Verdampferausgang angeschlossen wird. Hier zeigt sich, dass es ohne „CVC “ nicht zum Druckabfall kommen würde und dass mit dem Einjustierten Wert ein Druckabfall auf den gewünschten Sollwert vorliegt. Problematisch sind nur sehr niedrige Saugdrücke vor der Einstellung des Startreglers, wofür es jedoch eine einfache Lösung gibt. Da es sich in einem solchen Fall meist um Tiefkühlung handelt, kann z. B. die Abtauheizung genutzt werden, um den Saugdruck zu erhöhen. eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass sich der TK-Raum auf höhere Temperaturen als im Betrieb erwärmt. Während der Bauphase ist dies im Normalfall kein Problem. Bei Hauptventilen sind Kombinationen aus verschiedenen Funktionen möglich. Um z.B. Start- und Verdampfungsdruckregelung zu kombinieren reicht es, die Pilotventile „CVP“ und „CVC“ auf den Anschlüssen „S1“ und „S2“ auf dem Hauptventil in Reihe zu schalten. Damit wird sowohl der Verdampfungsdruck konstant gehalten als auch eine Überschreitung des maximalen Saugdrucks verhindert.

Leistungsregelung (Heißgasbypassregelung)

Leistungsregler werden gerne in Anlagen eingesetzt, bei denen Phasen der Teillast selbsttätig ausgeglichen wer- den sollen. Dies beruht auf dem Prinzip, dass der Saugdruck absinkt, wenn der Wärmeeinfall in den Verdampfer geringer als bei Volllast ausfällt. Das heißt, der Sollwert eines Heißgasbypassreglers wird geringfügig unterhalb des Saugdrucks bei Volllast im Beharrungszustand eingestellt. Fällt nun der Saugdruck, verschiebt sich das Verhältnis von Verdichter- zu Verdampfer Kälteleistung zugunsten des Verdichters, der Leistungsregler öffnet und lässt Heißgas von der hochdruck- auf die Niederdruckseite strömen. So wird ein weiteres Absinken des Saugdrucks verhindert. Die Investitionskosten für eine solche Leistungsregelung sind gering verglichen mit einem Verbundregler plus Druckaufnehmer und Verdichterverbund. So wird bei letzte- rem ein ähnlicher Effekt der Saugdruckstabilisierung durch Zu- und Abschalten von Verdichtern erreicht. ein Nachteil der heißgasbypassregelung ist der energetische Aspekt. Prinzipiell wird zwischen zwei Arten von heißgasbypassregelung unterschieden: Bei Anlagen mit einem Verdampfer handelt es sich um Bypassregelung in der Einspritzleitung (zwischen Expansionsventil und Verdampfer), bei Mehrverdampferanlagen um den Heißgasbypass in der Saugleitung, bei dem meist noch eine Nacheinspritzung zur Enthitzung des Kältemittels vorgesehen wird. Für größere Leistungen ist bei beiden Einsatzfällen ein Hauptventil „ICS “ (oder „PMC “) mit aufgeschraubtem Pilotventil „CVC “ die richtige Wahl. Für die Einstellung des heißgasbypassreglers wird ein nD-Manometer benötigt. ideal für den Einregelvorgang ist ein Verdampfungsdruck unter dem Sollwert. in diesem Fall kann der Bypassregler direkt auf den gewünschten Wert eingestellt werden. Das Strömungsgeräusch ist ein deutlicher Indikator dafür, ob ein Bypass eingesetzt wird oder nicht. Bei zu hohem Verdampfungsdruck gilt dieselbe Maßnahme wie im Abschnitt „Verdampfungsdruckregler“ beschrieben. noch ein kleiner Hinweis zum Nacheinspritzventil, falls der Bypass direkt in die Saugleitung gehen soll. es gibt klassische Nacheinspritzventile, deren Fühler auf der Druckseite des Verdichters montiert wer- den. es können aber auch normale Expansionsventile mit internem Druckausgleich zu Nacheinspritzventilen umfunktioniert werden. Dazu muss nur die Überhitzungseinstellung nach oben angepasst und der Fühler an der Saugseite vor dem Verdichter montiert werden. Als praktikabler Faustwert gilt 15 k. Damit stört das Nachspritzventil das normale Einspritzventil nicht und sorgt trotzdem dafür, dass am Verdichter keine zu hohen Ansaugtemperaturen entstehen. Sehr zweckmäßig bei einem Leistungsregler ist die Zwangsschließfunktion. Diese ist mit einem „EVM“-Pilotventil, welches in Reihe zum „CVC“-Pilotventil geschaltet wird (bei- de Piloten auf „S1“ und „S2“), und einem Blindstopfen auf Anschlussport „P“ mit nur einem „icS“ realisierbar. Den Blindstopfen gibt es in zwei Versionen: Version „A“, bei der er nur einen Abschluss nach außen dar- stellt und Version „A + B“, bei der er auch die internen Kanäle verschließt.

Sammlerdruckregelung

Sammler- Druckregelung wird in der Regel in Kombination mit Veflüssigungsdruckregelung eingesetzt. ein Sammlerdruckregler wird einerseits für den Bypass des Verflüssigers bei Anlagenstart im Winter benötigt und andererseits, um den Bypass bei erreichen des Betriebszustands wieder zu schließen. Mit dieser Maßnahme wird ein zügiger Druckaufbau vor dem Expansionsventil – auch bei kalten Außentemperaturen – sichergestellt, unerwünschte Anlagenabschaltungen über den Niederdruckschalter werden vermieden. Danfoss bietet für größere Leistungen „ICS “ (oder „PM “)-Hauptventile mit Differenzdruckpilotaufsatz „CVPP “ an. Bei „icS“ mit „CVPP“ wird nach dem Differenzdruck geregelt, der nach Wunsch eingestellt werden kann. Die korrekte „CVPP “- Einstellung sollte am besten im Winterbetrieb vorgenommen werden. hierzu wird die Kälteanlage zunächst in Betrieb genommen und dann gewartet, bis sich der Druck auf der Hochdruckseite aufgebaut hat. Der Verflüssigungsdruckregler ist noch geschlossen. Die Differenz zwischen dem hoch- und dem Sammlerdruck ist beim Startvorgang hoch. Damit strömt zunächst das kältemittel über den Bypass zum Sammler. ein praktikabler Faustwert für die Einstellung des „c VPP “ ist 1,5 bar. ein Drehen im Uhrzeigersinn erhöht diesen Wert bei Bedarf.

Differenzdruckregelung

neben der Sammlerdruckregelung gibt es eine weitere Anwendung für die Regelung des Differenzdrucks. Diese betrifft Systeme mit heißgasabtauung, da hier das Heißgas im Abtaufall durch den Verdampfer in Richtung Flüssigkeitsleitung fließen muss. Dabei sollte dieser „künstliche“ Differenzdruck in Betriebsphasen ohne Abtauung abschaltbar sein. Für diesen Fall empfiehlt sich der Einsatz eines „ICS“- (oder „PM“-) Hauptventils mit Differenzdruckpilotaufsatz „CVPP “, wie schon zuvor erwähnt. Um die im Sammlerregelbetrieb nicht benötigte Differenzdruckregelung abzuschalten, ist ein weiterer Pilot erforderlich: ein „EVM “- Magnetventil zur Direktmontage auf „ICS “ (oder „PM “). Werden die beiden Pilotventile „CVPP “ (Stichleitung zur Hauptleitung in Flussrichtung nach dem Ventil nicht vergessen) und „EVM “ parallel auf ein „ICS “ für max. drei Pilotventile montiert, dann ist die Differenzdruckfunktion des „CVPP “ bei geschlossenem „EVM “ aktiv. Bei geöffnetem „EVM “ wird kein (erhöhter) Differenzdruck gefahren. Zur Einregelung eines Hauptventils „icS “ mit „CVPP “ und „EVM “ ist das Magnetventil „EVM “ zu schließen. Vorsicht, denn es gibt diese Pilotventile sowohl stromlos geschlossen (nc), als auch stromlos offen (no). Somit wäre beispielsweise ein stromlos geschlossenes „EVM “ bei nicht erregter Spule geschlossen. Dann kann bei laufender Anlage direkt der Differenzdruck eingestellt werden, nachdem die beiden Hochdruck-Manometer vor und hinter dem Regelventil angeschlossen wurden. Als Mess-Stelle in Flussrichtung vor dem Ventil kann der Verdichterdruckstutzen, oder besser noch, der seitliche Manometeranschluss am „ICS“-Ventil (immer Ventileingangsdruck) genutzt werden. nach dem Ventil kann eine Messstelle am Veflüssiger oder Sammler oder ein entsprechender T-Nippel an der Stichleitung zum „CVPP “ verwendet werden.