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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 abwärtsgerichteter 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-Thermosi­ phon (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. 

 Ammoniak Wasser Absorptionskältemaschine

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 Prozeße ffizienz.

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 niedrigersiedende 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 Auslegungs­ methoden. 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 Ve rteilung , speziell der Flüssigkeit , von unten her sicherzustellen. Aber die Strömung dürfte zumindest bei geringer Leis­ tung 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 Dampfg enerator.

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

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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

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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.

Neben den im Diagramm dargestellten Wärmeübertragern setzt sich ein AKM aus weiteren Wärmetauschern und Komponenten wie Pumpen, Behältern, Rohrleitungen, Ventilen zusammen. Das folgende Bild zeigt beispielhaft die Ausführung 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

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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.

Klimaanlage Innengerät Filter und Wärmetauscher

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

Klimaanlage Aussengerät Verunreinigung

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.

Klimaanlage Innengerät Kondensat Wanne

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.

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Was ist Hybridkühlung?

Die Hybridkühlung kombiniert Trocken- und Verdunstungskühlung, um Kühlleistung zu produzieren und den Wasser- und Energieverbrauch zu senken.

Weltweit wird uns allen mehr unser Wasserverbrauch bewusst, da Trinkwasser als entscheidende natürliche Ressource anerkannt wird; die Verwendung hybrider Kühllösungen, wo anwendbar, kann den jährlichen Wasserverbrauch drastisch reduzieren.

 

Anwendung in Kühltürmen

In der Industriekälte kommen Verdunstungskühler zum Einsatz, die sowohl nass als auch trocken laufen können. In der Hybridkühlung unterscheidet man zwischen zwei Betriebsarten:

  1. Trockenkühler mit nassem Trimm
  2. Nasskühler mit trockenem Trimm

 

Trockenkühler mit nassem Trimm

lights

Die Methode der Wahl für jeden, dessen oberste die Einsparung von Wasser ist: der Trockenkühler mit nassen Trimm setzt das trockene Kühlregister in Serie mit dem Verdunstungskühlung Rohrbündel; das trockene Rohrbündel ist ein integraler Teil des Kühlsystems und soll nicht abwechselnd ein-oder ausgeschaltet werden. Lamellenrohrbündel befinden sich oberhalb der unter Druck Wasserverteilsystemund allein sind fähig, Transport ein erheblicher Teil des Kühlungsleistung. (Prozess-)Medium Pässe von der trockenen Rohrbündel in den nassen Rohrbündel unterhalb der unter Druck stehenden Wasserverteilsystem, wo je nach der aktuellen Einheit Last, abgekühlt wird durch Verdunstungskühlung oder weiter trocken Kühlleistung. Ein zusätzlicher Vorteil dieses Systems ist mit einer signifikant höheren Temperatur der Umstellung auf den Übergang von der Glühbirne, so dass die Einheit für die Mehrzahl des Jahres vollständig trocken laufen kann.

 

Nasskühler mit trockenem Trimm

lights

In einem nassen Kühler mit trockenem Trimm ist das Gerät in der Lage, gleichzeitig im Nass- und Trocken-Modus zu laufen, aufgrund der getrennten Sprühabschnitte oberhalb der Rohrbündel. Die Rohrbündel können entweder zur Verdunstung oder Trockenkühlung verwendet werden, nicht beides gleichzeitig. Je nach Leistungsbedarf muss das Gerät entweder vollständig im Trocken-Modus, 50 % der Einheit im Nass-Modus oder die gesamte Einheit im Nass-Modus laufen. Das Endergebnis ist ein signifikanter Rückgang in Wasserverbrauch verglichen mit reinen Verdunstungskühlungs-Einheiten.

EVAPCO ist stolz darauf,diese Technologie anzubieten. Zwei Hybrid-Lösungen, die in der Branche unerreicht sind. EVAPCO hat ein vorrangiges Augenmerk auf die Entwicklung nachhaltiger Produkte und Technologien.

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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.

Danfoss ICS Ventil AufbauDanfoss ICS Ventil Aufbau und Funktionen

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.

Danfoss ICS1 Ventil mit EVM

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.

Danfoss ICS VerflüssigungsdruckregelungDanfoss ICS Sammlerdruckregelung

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.

Danfoss ICS Startregler

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.

Danfoss ICS Leistungsregelung Heißgasbypass Regler

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.

Danfoss ICS Sammlerdruckregler CVPP

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.

Danfoss ICS Differenzdruckregelung
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Eine Berechnung des Pumpen-Vordrucks "H" wird empfohlen:

  1. bei hohen Medientemperaturen
  2. wenn der Förderstrom erheblich über dem Nennförderstrom der Pumpe liegt
  3. wenn das Fördermedium aus großer Tiefe gefördert wird
  4. bei Zuführung des Fördermediums über lange Rohrleitungen
  5. bei schlechten Zulaufbedingungen. Zur Vermeidung von Kavitation ist darauf zu achten, dass auf der Saugseite der Pumpe immer ein Mindestdruck herrscht

 

Die maximale Saughöhe "H" in m lässt sich wie folgt berechnen:

  1. H = (Pb x 10,2) - NPSH - Hf - Hv - Hs

 

Legende

Pb

Luftdruck in bar

Der Luftdruck kann auf 1 bar gesetzt werden.

In geschlossenen Systemen ist Pb gleich dem Anlagendruck in bar.

NPSH

NPSH-Wert (Haltedruckhöhe) in m.

Der Wert kann aus der NPSH - Kurve am Punkt des maximal von der Pumpe gelieferten Förderstroms abgelesen werden.

Hf

Reibungsverlust in Saugleitung in m

für den maximal von der Pumpe gelieferten Förderstrom.

Hv

Dampfdruck in m

An der Dampfdruckskala abzulesen.

Hv ist von der Temperatur des Fördermediums "Tm" abhängig)

Hs Sicherheitszuschlag = mindestens 0,5 m.

Wird für "H" ein positiver Wert ermittelt, kann die Pumpe bei einer Saughöhe von höchstens "H" m betrieben werden. Wird für "H" ein negativer Wert ermittelt, ist ein Zulaufdruck von mindestens "H" m erforderlich.

Hinweis: Um das Auftreten von Kavitation zuverhindern, darf niemals eine Pumpe ausgewählt werden, deren Betriebspunkt zu weit rechts auf der NPSH-Kennlinie liegt.

Der NPSH-Wert der Pumpe ist immer für den höchstmöglichen Förderstrom zu ermitteln.

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Vorisolierte Rohrleitungen - Thermische Ausdehnung, Durchbiegung und Korrosionsbeständigkeit

Thermische Ausdehnung von vorisolierten Rohren

Das Ausdehnungsverhalten von vorisolierten Rohren bei thermischer Belastung entspricht dem des unisolierten Rohres. Obwohl es sich hier um ein isoliertes Verbundrohr handelt, überwiegt der Anteil des Mediumrohres am Aufbau des Verbundsystems. Die Bewegung des produktführenden Rohres wird über die hohe Haftkraft des Polyurethanschaumes dem Außenmantel aufgezwungen. Die Stabilität des Außenmantels in Verbindung mit der druckfesten Polyurethan-isolierung führt dazu, dass klassische Gleitlager auf dem Schutzmantel befestigt werden können. Vorteil dieses Systems ist Übertragung der Bewegung des Mediumrohres ohne Unterbrechung der Isolierung auf die Gleitlager. Festpunkte bedürfen einer besonderen Betrachtung, die Erfahrung hat jedoch gezeigt, dass häufig die Scherfestigkeit des vorisolierten Rohres ausreichend ist, um auch Festpunkte am Außenmantel befestigen zu können.

 

Durchbiegung von vorisolierten Rohren

Das kraftschlüssige Verbundsystem von vorisolierten Rohren führt zu einer Versteifung der Rohrleitung. Das zusätzliche Gewicht der Isolierung und des Außenmantels wird über den Verbund getragen, somit sind die allgemeingültigen Regeln zur Stützweitenberechnung auch bei vorisolierten Rohrsystemen wie gewohnt anwendbar. Besonders schwere Rohre bedürfen einer genaueren Betrachtung.

 

Korrosionsbeständigkeit von vorisolierten Rohren

Die Korrosionsbeständigkeit von vorisolierten Rohren im Vergleich zu konventionellen Systemen ist deutlich verbessert. Ein diffusionsbeständiger Metallmantel, kraftschlüssig verbunden mit einer geschlossenzelligen Polurethanschaum-Isolierung und produziert unter kontrollierten Bedingungen bildet ein äußerst stabiles, langlebiges und trittfestes Rohrleitungssystem. Punkte wie Feuchtigkeit in der Isolierung, Kondensation oder Eisbildung am Außenmantel können bei vorisolierten Rohren ausgeschlossen werden. Unterstützt wird die Korrosionsbeständigkeit durch die Möglichkeit Rohrhalterungen am Außenmantel zu befestigen.

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Tauwasserleitung 

1.  Begriffsklärung Tauwasser bzw. Kondensat 2.  Einbindung in das Abwassernetz3.  Gefälle4.  Wanddurchführung5.  Siphon6.  mehrere Tiefkühl-Luftkühler zusammenfassen7.  Begleitheizung8.  Isolierung (Dämmung)9.  Material10.Dimension (Durchmesser)  

1. Begriffsklärung Tauwasser bzw. Kondensat

Jeder kennt das Phänomen!

Wird ein kaltes Getränk im Sommer auf den Tisch gestellt, entsteht an der Oberfläche des Glases Wasser und läuft daran herunter. Hierbei entsteht Kondenswasser direkt an der kalten Oberfläche des Glases.

Die meisten kennen diesen Vorgang u.a. aus dem Alltag z.B. beim Betrieb der Klimaanlage eines Autos. Am Verdampfer/Kühlregister des Fahrzeuges entsteht Tauwasser, welches nach Abstellen in Form einer Wasserpfütze unterm Fahrzeug wieder zu finden ist.

Ein anderes Beispiel ist das Gefrierfach älterer Kühlschränke. Durch wiederholtes Öffnen und Schließen der Tür, strömt feuchte Außenluft ein. Das in der Luft enthaltende Wasser setzt sich nach und nach an den kalten Wandungen ab und gefriert. Das Gefrierfach vereist zunehmend.

Während bei Fahrzeugen das Tauwasser frei ablaufen kann, muss man den Enteisungsvorgang bei älteren Kühlschränken manuell einleiten und das Gefrierfach enteisen.

Werden Luftkühler oder Verdampfer unter 0°C betrieben, gefriert das kondensierte Wasser an der kalten Oberfläche des Wärmeübertragers. Schaltet der Luftkühler ab oder wird abgetaut, wechselt der Aggregatzustand von fest zu flüssig und es entsteht Tauwasser/Kondensat.

Verdampfer Tauwasserleitung vereist

Dies ist aus folgendem Grund notwendig: Eis isoliert. Umso mehr sich davon am Luftkühler oder Kühlregister aufbaut, desto schlechter wird der Wirkungsgrad des Gerätes bzw. seine Energieeffizienz. Daher müssen regelmäßig Abtauungen durchgeführt werden, teilweise sogar 2-3 mal täglich.

Verdampfer Tauwasserleitung

Das anfallende Kondensat/Tauwasser wird über Tauwasserleitungen kontrolliert abgeführt.

Verdampfer Tauwasserleitung

 

 Alle Verdampfer und Luftkühler haben unterhalb des Lamellenpaketes eine Tauwasserwanne, in welcher das anfallende Kondensat aufgefangen wird. Um bei niedrigen Raumtemperaturen dafür zu sorgen, dass anfallendes Kondensat in der Wanne nicht wieder gefriert, ist diese beheizt. Schlussendlich wird das Wasser über eine fest installierte Rohrleitung vom Luftkühler in den vorgesehenen Abwasseranschluss des Gebäudes abgeführt.

Oft wird das Thema Tauwasserleitung mit ihren Rohrwegen und der Anbindung an das Abwassernetz bei der Planung von Kühlräumen (Gebäudeplanung) vernachlässigt. Die sich daraus ergebenen Folge- und Mehrkosten bis hin zu einer eingeschränkten Funktionalität können vermieden werden, wenn die folgenden Punkte 2-10 schon während der Planung berücksichtigt werden.

 

 

2. Einbindung in das Abwassernetz

Um unnötige Leitungswege oder gegebenenfalls Hebeanlagen zu vermeiden, sind die Tauwasseranschlusspunkte in das Abwassernetz des Gebäudes gleich bei der Abwasserplanung zu berücksichtigen. Idealerweise befinden sich die Einbindungspunkte in unmittelbarer Nähe außerhalb des Kühlraumes auf der Seite des Luftkühlers. Die Zugänglichkeit der Montage, die Möglichkeit der Reinigung und Servicefreundlichkeit ist zu berücksichtigen.

 

Verdampfer Tauwasserleitung

 

 

3. Gefälle

Das anfallende Tauwasser muss aus der Tauwasserwanne und den Rohrleitungen frei ablaufen können und bis zum Eintritt in das Abwassernetz mit einem stetigen Gefälle abgeführt werden.

 

Verdampfer Tauwasserleitung

Ist ein Gefälle bis zum Erreichen des Abwassernetzes nicht umsetzbar, kommen Hebeanlagen und Kondensatpumpen zum Einsatz, um das Tauwasser über Kunststoffrohrleitungen oder Schläuche abzuführen.

 

 

4. Wanddurchführung

Die Einbindung der Tauwasserleitung in das Abwassernetz erfolgt größtenteils und im Idealfall immer außerhalb des Kühlraumes. Die Rohrdurchführung durch die Kühlraumwand muss nach der Montage der Tauwasserleitung unbedingt luftdicht verschlossen werden, um das Einströmen warme Außenluft in den Kühlraum zu verhindern.

 

Verdampfer Tauwasserleitung

 

5. Siphon

Jede Tauwasserleitung bzw. jedes -leitungssystem an sich muss verschlossen sein, damit keinerlei Feuchtigkeit von außen (z.B. aus der Luft) in den Kühlraum bzw. an den Verdampfer gelangen kann. Warum: Durch den Lüfter am Verdampfer entsteht ein geringer Unterdruck am Tauwasseranschluss der Tropfwanne, welcher dazu führen kann, dass sich der Lüfter warme Außenluft und damit auch Luftfeuchtigkeit ansaugt. Das Resultat dieses Vorgangs wäre eine schnellere Vereisung des Verdampfers und dem Deckenbereich unmittelbar vor dem Verdampfer.

Das Verschließen der Tauwasserleitung erfolgt durch einen Siphon (Unterbogen), ähnlich wie bei einem Waschbeckenabfluss. Dieser Siphon wird im Idealfall außerhalb des Kühlraumes platziert und sollte für Reinigungen demontierbar sein.

Verdampfer Tauwasserleitung

 

6. mehrere Tiefkühl-Luftkühler zusammenfassen

Sind in einem Tiefkühlraum mehrere Luftkühler montiert und tauen stets zusammen ab, können sie problemlos in einer gemeinsamen Tauwasserleitung zusammengefasst werden.

Tauen Luftkühler einzeln ab, sollten diese mit separaten Tauwasserleitungen aus dem Raum geführt werden. Ist dies nicht der Fall, kann während des Abtauprozesses die Wärme und Luftfeuchtigkeit des abgeschalteten Verdampfers durch den anliegenden Unterdruck von einem noch laufenden Verdampfer angesaugt werden. Die sich daraus ergebenen Konsequenzen wie Vereisungen wurden schon unter Punkt 5 beschrieben.

In Kühlräumen mit Temperaturen über dem Gefrierpunkt können direkt an den Tauwasserwannen angeschlossene Siphons eine Vereinfachung des Rohrleitungssystems bedeuten. Die Tauwasserleitungen können in einem Ablauf zusammengefasst werden.

Die gegenseitige Beeinflussung bei mehreren Luftkühlern kommt hauptsächlich bei industriellen Kälteanlagen mit großen Verdampfern und großen Tauwasserleitungen zum Tragen. Bei gewerblichen Kälteanlagen mit Tauwasserleitungen eines geringeren Querschnittes sind die Beeinflussungen vernachlässigbar.

Verdampfer Tauwasserleitung    

 

7. Begleitheizung

In Kühlräumen kälter als +2°C ist die komplette Tauwasserleitung bis zum Verlassen des Kühlraumes mit einer Begleitheizung zu versehen. Das Einfrieren des mitgeführten Kondensats wird dadurch verhindert. Die Begleitheizung sollte in ihrer Temperatur selbstregulierend sein. Je nach Raumtemperatur und Anwendungsfall können Heizungen in verschiedenen Leistungen (Watt) pro Meter eingesetzt werden. Je nach Philosophie des Anlagenbauers, können die Begleitheizungen von AUSSEN am Tauwasserrohr oder auch IM Rohr installiert werden. Entscheidend ist die Zugänglichkeit im Servicefall. Ist die Heizung defekt, muss diese schnell und kostengünstig getauscht werden können.

 

8. Isolierung (Dämmung)

Beheizte Tauwasserleitungen müssen selbstverständlich isoliert (gedämmt) werden. Wird die Begleitheizung von AUSSEN am Tauwasserrohr montiert, ist im Servicefall die Isolierung komplett zu entfernen.  

Verdampfer Tauwasserleitung   

Innenliegenden Heizungen können z.B. an der Durchführung der Verschraubungen herausgezogen und erneuert werden, ohne die Isolierung der Rohrleitung zu beschädigen.

 

 

9. Material

Grundsätzlich ist die Wahl der Materialien die Sache des Konstrukteurs – egal ob Edelstahl, Kupfer oder Kunststoff, wichtig dabei ist, dass sie nicht korrodieren können. Zu den verschiedenen Materialien hat jeder Anlagenbauer und Betreiber seine persönlichen Vorstellungen und Meinungen. Im Einzelfall geben u.a. Hygienevorschriften die einzusetzenden Materialien vor.

Dennoch gibt es einige Einschränkungen und wichtige Überlegungen, die man beachten bzw. anstellen sollte: Leitungen mit einer Begleitheizung beispielsweise sollten zwingend aus Kupfer oder Edelstahl bestehen. Eine mögliche Brandgefahr kann dabei ausgeschlossen werden.

Des Weiteren ist die Befestigung der Tauwasserleitung zu erwähnen. Die Anzahl und Art der Halterungen ist nicht zu unterschätzen: bei einer Kunststoffleitung sind bei ähnlichen Dimensionen deutlich mehr Halterungspunkte zu setzen als bei einer Edelstahlleitung.

Auch Montage- und Servicefreundlichkeit spielen bei der Verlegung eine Rolle. Edelstahlrohr- Press- oder Stecksysteme haben sich in den letzten Jahren für diesen Einsatzzweck durchgesetzt.

 

Verdampfer Tauwasserleitung

 

10. Dimension (Durchmesser)

Wie bei allen Rohrleitungen gilt auch bei der Tauwasserleitung: sie sollte nicht zu klein sein!

Es ist daher empfehlenswert, die zu erwartende Tauwassermenge überschlägig zu berechnen und dementsprechend die Dimensionierung der Leitung vorzunehmen.

Zu beachten ist, dass Tauwasser im Rohr frei ablaufen kann. Der Füllgrad sowie die Länge der Tauwasserleitung bis zur Einbindung in den Abfluss spielen dabei eine entscheidende Rolle.

Ein grober Anhaltspunkt für den Durchmesser der Leitung ist der Anschluss an der Tauwasserwanne des Luftkühlers. Diese Dimension sollten sie mindestens weiterführen. Schließen sie mehrere Luftkühler zusammen, muss die Sammelleitung entsprechend größer ausgeführt werden.

Verdampfer Tauwasserleitung

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Reinigung von Gewerblichen Kälteanlagen

Reinigung von Gewerblichen Kälteanlagen wie z.B. Supermarkt Kühlregale

Kälteanlagen im Allgemeinen haben die Aufgabe Wärme zu transportieren.

Bei direkt verdampfenden Kälteanlagen wird durch die Verdampfung von flüssigem Kältemittel Wärme am Verdampfer aufgenommen und über den Verflüssiger abgegeben.

Der Verdampfer und der Verflüssiger sind elementar wichtige Bauteile einer Gewerbe Kälteanlage.

Um den Wärmeübergang an diesen beiden Komponenten der Kälteanlage sicherzustellen, ist die Wartung von sehr hoher Bedeutung. Nur bei einer völlig sauberen Wärmeübertrager Fläche ist der verlustfreie Wärmeübergang möglich und ein wirtschaftlicher Betrieb gewährleistet. Denn jede Verschmutzung kostet bares Geld.

 

Der Verdampfer:

Am Verdampfer findet die Wärmeaufnahme in einer Kälteanlage statt. Hier wird mittels Regulierung der Verdampungstemperatur das flüssige Kältemittel, durch die Aufnahme von Umgebungswärme, verdampft > daher auch der Begriff „Verdampfer“.

Der Verdampferlüfter, umgangssprachlich auch „Ventilator“ genannt, sorgt für einen permanenten Luftstrom über die Wärmeübertragerflächen und fördert die warme Luft über den kalten Verdampfer.

Auf Grund äußerer Einflüsse (wie z.B. Staub, Lebensmittelreste, Verpackungsmaterialien u.ä.) kommt es zwangsläufig zur Verschmutzung der Wärmeübertragerflächen (Lamellen). Somit wird der Wärmeübergang von der Luft an die Verdampferoberfläche gestört.

 

Folgen eines verschmutzten Verdampfers:

  1. Störung der Luftführung im Kühlmöbel
  2. Leistungsreduzierung des Kühlmöbels
  3. keine ausreichende Kühlung der Ware
  4. längere Laufzeiten durch verminderte Kälteleistung
  5. erhöhter Stromverbrauch
  6. Vereisungen der Wärmeübertrager die zum Ausfall der Kühlung führen
  7. verstopfen der Tauwasserabflüsse und Abflussrohre
  8. hygienische Mängel durch Schimmelbildung

Bild: LKD Servie Group

 

Der Verflüssiger

Der Verflüssiger hat die Aufgabe die im Kühlmöbel aufgenommene Wärme an die Umgebungsluft, ausserhalb des Gebäudes, abzugeben. Dies funktioniert allerdings auch nur bei gut gewarteten Wärmeübertragerflächen. Auch hier haben die „Ventilatoren“ die Aufgabe die Luft an die Wärmeübertragerfläche zu fördern damit ein besserer Wärmeübergang vom Verflüssiger zur Umgebungsluft stattfinden kann.

Die äußeren Einflüsse wie z.B. Staub und Pflanzenpollen „verstopfen“ die Lamellen des Verflüssigers sehr schnell, die Luftführung wird beeinträchtigt bzw. gänzlich unterbrochen was zur „Überhitzung“ der Kälteanlage führt. Es kommt zur Hochdruckstörung und somit zum Ausfall der Anlage.

 

Folgen eines verschmutzten Verflüssigers:

  1. Minderung der Kälteleistung
  2. erhöhter Stromverbrauch
  3. zwangsläufiger Ausfall der Anlage

 

Eine saubere und gut gewartete Kälteanlage spart bares Geld!

Bild: LKD Servie Group

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