Building Technologies s

Kältetechnik

1.1 Ursprung der Kältetechnik 61.2 Der thermoelektrische Prozess 71.2.1 Temperatur-Enthalpie-Diagramm 71.2.2 Wärmefluss 81.2.3 Schmelzprozess 91.2.4 Verdampfungsprozess 91.2.5 Überhitzung 101.2.6 Verflüssigungsprozess (Kondensation) 111.2.7 Druck-Enthalpie-Diagramm 121.2.8 Kältemittel 121.2.9 Zusammenfassung 13

2.1 Eigenschaften, Geschichtliches 152.2 Bezeichnung der Kältemittel 162.3 Physikalische Eigenschaften 172.4 Aktuell eingesetzte Kältemittel 192.4.1 Verbot von FCKW und HFCKW 192.4.2 Ersatz-Kältemittel für FCKW und HFCKW 202.4.2.1 R134a als Alternative für R12 202.4.2.2 R407C und R290 als Alternativen für R22 resp. R502 21

3.1 Allgemein 223.1.1 Zustandsbereiche und Erklärung der Begriffe 243.1.2 Der Diagrammbereich für Kältemittel 253.2 Der Aufbau des Diagramms 253.2.1 Die Koordinaten h, p 253.2.2 Verhältnislinien x 273.2.3 Isothermen t 273.2.4 Spezifisches Volumen v 283.2.5 Isentropen s 293.3 Zusammenfassung 30

4.1 Einleitung 314.2 Der Verdichter 324.2.1 Hubkolbenverdichter 324.2.1.1 Offene Verdichter 334.2.1.2 Halbhermetische Verdichter 344.2.1.3 Hermetische Verdichter 354.2.1.4 Leistung 364.2.2 Schraubenverdichter 364.2.3 Scrollverdichter 374.2.4 Rollkolbenverdichter 384.2.5 Turboverdichter 384.3 Verflüssiger (Kondensator) 394.3.1 Wassergekühlte Verflüssiger 404.3.2 Luftgekühlte Verflüssiger 404.3.3 Verdunstungsverflüssiger 414.4 Die Expansion 424.4.1 Thermostatische Drosselventile 424.4.2 Elektronische Expanisonsventile 444.5 Verdampfer 444.5.1 Rohrbündelverdampfer 464.5.2 Plattenverdampfer (Plattenwärmeübertrager) 474.5.3 Verdampfer zur Luftkühlung 484.5.4 Eisspeicher 484.6 Sicherheit im Kältekreislauf 49

1.Thermodynamische Grundlagen

2. Kältemittel

3. Das h, log p-Diagramm

4. Mechanischer Aufbau derKompressionsanlage

Inhaltsverzeichnis

3

5.1 Allgemein 505.1.1 Bauelemente und ihre Funktion 505.1.2 Kältemittel und seine Betriebszustände 505.1.3 Die Anlage 515.2 Der Kältekreislauf im h, log p-Diagramm 535.2.1 Der Flüssigkeitssammler 535.2.2 Das Expansionsventil 535.2.3 Der Verteiler und der Verdampfer 545.2.4 Die Saugleitung und der Wärmetauscher 555.2.5 Der Verdichter 565.2.6 Die Heissgasleitungen und der Verflüssiger 585.2.7 Druckhochhaltung im Flüssigkeitssammler 595.3 Weitere Anlagenteile und ihre Probleme 595.3.1 Das Magnetventil vermeidet Schäden 595.3.2 Der Öltransport 595.3.3 Die Sicherheitsorgane 605.4 Die energetische Bilanz 625.5 Bestimmung der umlaufenden Kältemittelmenge 635.6 Zusammenfassung 64

6.1 Einleitung 656.2 Funktionsprinzip der Wärmepumpe 656.3 Die Wärmequellen 676.3.1 Wärmequelle Aussenluft 676.3.2 Wärmequelle Erdreich 676.3.3 Wärmequelle Grundwasser 686.4 Wärmepumpen-Benennung 686.5 Betriebsarten 696.5.1 Monovalenter Betrieb 696.5.1.1 Spezialfall monoenergetischer Betrieb 696.5.2 Bivalenter Betrieb 706.5.2.1 Bivalent-alternativer Betrieb 706.5.2.2 Bivalent-paralleler Betrieb 716.5.2.3 Bivalent-parallel/alternativer Betrieb 726.5.3 Wahl der Betriebsart 726.6 Kennzahlen für Wärmepumpen 726.6.1 Die Leistungszahl ε 726.6.2 Die Jahresarbeitszahl � 736.7 Die Regelbarkeit der Wärmepumpe 746.7.1 Heizleistungsregelung direkt an der Wärmepumpe 746.7.1.1 Heissgas-Bypass oder Saugdrossel 746.7.1.2 Kompressor Ventilabhebung 746.7.1.3 Kompressordrehzahlregelung 746.7.2 Wärmepumpe Ein/Aus-Regelung 74

7.1 Einleitung 767.2 Einsatzgebiete für Eisspeicher 767.2.1 Einsatz in der Klimatechnik 777.2.2 Einsatz in der Gewerbekühlung 777.3 Aufbau und Funktion des Eisspeichers 777.4 Auslegung des Kältespeichers 807.4.1 Kältemaschine und -speicher decken Spitzenbedarf 817.4.2 Teil- und Vollspeicherung 817.5 Hydraulische Schaltungen mit Eisspeichern 827.5.1 Ladebetrieb 827.5.2 Entladebetrieb (Serieschaltung) 837.5.3 Bypass-Betrieb 837.5.4 Hydraulische Schaltung bei Vollspeicherung 837.5.5 Unterschiedliche Betriebspunkte der Kältemaschine 847.6 Regelung und Steuerung des Eisspeichers 84

5. Der Kompressions-Kälte-Kreislaufim h, log p-Diagramm

6. Wärmepumpen-Technik

7. Eisspeicher

4

7.6.1 Regelung der Glykolwasser-Mischtemperatur 847.6.2 Steuerung des Umlenkventils je nach Betriebsart 857.6.3 Steuerung der Eisspeicher-Ladung 857.7 Wirtschaftlichkeitsüberlegungen 85

8.1 Einleitung 868.2 Einsatzbereich der Absorptions-Kältemaschinen 878.3 Arbeitsstoffpaare 888.3.1 Kältemittelkreislauf 898.3.2 Lösungsmittel-Kreislauf 898.4 Der Kreisprozess der Absorptionsmaschine 908.5 Wärmeverhältnis � 918.6 Aufbau und Ausrüstung der Absorptions-Kältemaschine 928.6.1 Die Zweikessel-Bauweise 928.6.1.1 Das Entlüftungs-System 938.6.1.2 Umwälzpumpen 938.6.1.3 Kühlwasser 948.6.2 Die Einkessel-Bauweise 948.6.2.1 Entlüftung 958.6.3 Die zweistufige Absorptions-Kältemaschine 958.7 Leistungsregelung der Absorptions-Kältemaschinen 958.7.1 Leistungsregelung durch Drosselung der Betriebsenergie 968.7.2 Bypassregelung der Lösungsmittelkonzentration 96

A – Z 97

8. Der Absorptions-Kreisprozess

Lexikon

5

Naturgemäss muss sich der Mensch seit Urzeiten mit dem ThemaKühlung beschäftigen und wir kennen auch die unterschiedlichstenMöglichkeiten der Kühlung. In mit nassen Tüchern umwickeltenTonbehältern oder in Feldflaschen, wurde die Flüssigkeit (z.B. derWein) im Behälter gekühlt (Wärmeentzug durch Verdunstung vonWasser).Die uns bekannten anfänglichen Überlegungen zum ThemaKältetechnik stammen aus dem Jahr 1834, als Jacob Perkins in einerPatentschrift eine Kaltdampfmaschine mit geschlossenem Kreislaufund Äthyläther beschrieben hat. Ca. 40 Jahre später (1876) verwendet Carl Linde erstmals Ammoniakals Kältemittel bei einer Kaltdampfmaschine mit Kolbenverdichter.1910 tauchen die ersten Haushaltskühlschränke auf und 1930 werdendie Kältemittel R 11, R 12, R 13, R 22, R 113 und R 114 entwickelt(siehe Kapitel Kältemittel). Die Ursachen für die Forderung nach "Kälte"stammen ursprünglich aus dem Bereich der Lebensmittelversorgung.Für diesen Bereich wurden Grossanlagen für Brauereien,Schlachthöfe, Kühlhäuser und Eisfabriken sowie Kühlschiffe gebaut.Nach dem ersten Weltkrieg wurde der Bedarf wesentlich grösser undman unterteilte die Bereiche in:

• Grosskälte (industrielle Kälte)• Kleinkälte (kommerzielle Kälte)• Kühlschränke und Truhen (Haushalt Kälte)

In der Lebensmittelbranche ist die Anwendung der Kältetechnik diebeste und gesündeste Methode Lebensmittel über längere Zeiträumeund über verschiedene Klimazonen hinweg frisch zu halten und somitunsere Versorgung sicherzustellen.Im Maschinenbau kann durch die Anwendung der Kältetechnikschneller und preisgünstiger produziert werden.In der Klimatechnik wird neben der Heizenergie im Winter, für denSommerzeitraum Kälteenergie zur Kühlung und Entfeuchtung der Luftbenötigt.Früher wurde für diese Zwecke häufig Leitungs- oder Brunnenwasserverwendet. Diese Nutzungsart ist jedoch aus ökonomischen und ener-getischen Gründen nicht empfehlenswert.Der Einsatz der Kältetechnik ist ein wesentlicher Faktor für unserWohlbefinden an Arbeitsplätzen und Aufenthaltsräumen allgemein.Heute wird im Bereich der Kältetechnik überwiegend die"Kompressions-Kältemaschine" zur Erzeugung der benötigtenKälteenergie eingesetzt.

• Kältespeicher• Wärmepumpen• Wärmerückgewinnung in Klimatechnik

Energie- bzw. Wärmerückgewinnung ist ein sehr aktuelles Thema imBereich der Kältetechnik. Einen grossen Aufschwung erlebte dieKältetechnik in den 70 – 80er Jahren, durch den verstärkten Einsatzvon Wärmepumpen, hervorgerufen durch die "Energiekrise".Das theoretische Wissen der Kältetechnik umfasst den gesamtenBereich der Naturwissenschaften (Mathematik, Technik, Physik,Chemie usw.) In kaum einer Branche ist der Beruf so vielseitig wie inder Kältetechnik.

1.1 Ursprung der Kältetechnik

Heutiger Stand:

1.Thermodynamische Grundlagen

6

Für das Verständnis ist es wichtig, die allgemeinen Grundlagen zu kennen, damit für die Beratung des Lüftungs-, Klima- undKälteanlagenbauers oder auch für den Planer, das zum Einsatz derRegeltechnik erforderliche Grundwissen vorhanden ist.Selbstverständlich steht der Bezug zur praktischen Anwendung derRegeltechnik in der Kältetechnik im Vordergrund dieses Seminars.

Aus dem Fachgebiet Thermo-Hydrodynamik kennen wir feste, flüssigeund gasförmige Stoffe. Die Ursache ist in der Struktur und Eigenschaftder Moleküle zu finden. So ist z.B. bei Metallen die Struktur der Moleküle stark zusammen-hängend (grosse Kohäsionskräfte), die Moleküle bilden eine festeGitterstruktur (Fig. 1-1 links).Bei Flüssigkeiten sind diese Kräfte geringer, so dass der Stoff nichtfest ist (Fig. 1-1 Mitte).Gasförmige Stoffe dagegen haben nur einen sehr losen Zusammen-halt, und deshalb sind diese Stoffe sehr flüchtig (Fig. 1-1 rechts).

Fig. 1-1 Gitterstruktur der Molekülefest: die Moleküle sind fest beieinanderflüssig: die Moleküle sind lose beieinandergasförmig: die Moleküle haben ihren Zusammenhalt verloren

und können sich frei bewegen

Die Aggregatzustandsänderung lässt sich mit Hilfe des Temperatur-Enthalpie-Diagramms sehr leicht veranschaulichen. Ausgangspunktdes in Fig. 1-2 gezeigten Beispiels ist ein Kilogramm Wasser bei atmosphärischem Druck und 0 °C:

Fig. 1-2 Temperatur-Enthalpie-Diagramm (t, h-Diagramm) für Wasser

A - B Sensible Wärme ( Erwärmung des flüssigen Stoffes) B - C Latente Wärme (Verdampfung, Übergang flüssig ⇒ gasförmig)C - D Sensible Wärme (Überhitzung des gasförmigen Stoffes)

Wie Fig. 1-2 zeigt, wird für die Enthalpie h die Masseinheit "kJ/kg" ver-wendet. Daraus ist ersichtlich, dass es sich um die in einemKilogramm Masse – im gegebenen Fall ist es Wasser – enthalteneWärmemenge handeln muss.

1.2 Der thermoelektrische ProzessAufbau der Materie

1.2.1 Temperatur-Enthalpie-Diagramm

7

53001DE

B0815

fest(Gitterstruktur)

flüssig(Teilchen bleiben noch beieinander)

gasförmig(Teilchen können sich frei und

unabhängig voneinander bewegen)

Da bei der Enthalpie gewöhnlich nur ihre Änderungen – also Enthalpie-Differenzen – von Interesse sind, kann der Nullpunkt der Enthalpie-Skala beliebig festgelegt werden. In Fig. 1 – 2, aber auch in dengebräuchIichen Dampftabellen für Wasserdampf, ist er identisch mitdem Gefrierpunkt des Wassers, also bei 0 °C. Das bedeutet, dass z.B.die unter "1.2.3 Schmelzprozess" beschriebene Schmelzwärme in denangegebenen Enthalpiewerten nicht enthalten ist.Die Gerade A – B stellt die sensible Wärme dar, die erforderlich ist, umdas Wasser von 0 °C auf 100 °C zu erwärmen. An der Stelle B kannauf der Enthalpie-Skala eine Enthalpie von 419 kJ/kg abgelesen wer-den; die Wärme, die zugeführt wurde, um das Wasser bis zumSiedepunkt zu erhitzen, ist also als Enthalpie des Wassers bei 100 °Cnach wie vor vorhanden.Die Gerade B – C stellt den Verdampfungsprozess dar. Latente Wärmewird entlang dieser Geraden kontinuierlich zugeführt, bis dasKilogramm Wasser bei Punkt C vollständig in Dampf übergegangen ist.Die Enthalpie dieses trocken gesättigten Dampfes beträgt nun 419 +2257 = 2676 kJ/kg, also die Summe aus sensibler und latenterWärme. Wird der Dampf auf 115 °C (Punkt D) überhitzt, beträgt dieEnthalpie bei Punkt D 2676 + 28,3 = 2704,3 kJ/kg.Für Kälteprozesse ist aber nur die Aggregatszustandsänderung desKältemittels, vom flüssigen in den dampfförmigen, bzw. vom dampf-förmigen in den flüssigen Zustand von Interesse.Wie im Modul B01HV "Physikalische Grundlagen" beschrieben, entspricht jede Siedetemperatur einem ganz bestimmten Druck (Fig. 1-3). Hohe Siedepunkte setzen hohe Drücke, tiefe Siedepunktegeringe Drücke voraus.

Fig. 1-3 Siedepunkte des Wassers

Wärme ist eine Form der Energie, die von selbst nur von einerSubstanz mit höherer Temperatur auf eine Substanz mit niedrigererTemperatur übergehen kann (Fig. 1-4). Das heisst:

Wärme fliesst "von selbst" stets nur in einer Richtung,

und

ein Wärmefluss setzt eine Temperaturdifferenz voraus.

1.2.2 Wärmefluss

8

100

10

1

0,1

0,01

0,001

-100 100 200 300 400 °C

Log p (bar abs.) B0816

0

1.2.3 Schmelzprozess

1.2.4 Verdampfungsprozess

9

Fig. 1-4 Wärmefluss

Bekanntlich können feste Körper, denen Wärme zugeführt wird, in denflüssigen Zustand übergehen. Diese Wärme, die ein Schmelzen desfesten Körpers verursacht, wird Schmelzwärme genannt. Um z.B. 1 kgEis von 0° C zu schmelzen – oder in Wasser von 0° C zu verflüssigen –ist eine Wärmemenge von 335 kJ (Fig. 1-5) erforderlich. Dabei ist zubeachten, dass sich die Temperatur durch die Wärmezufuhr nicht ver-ändert. Der Schmelzprozess findet bei konstanter Temperatur statt.Aus diesem Grund wird diese Wärme, die eine Aggregatzustands-änderung hervorgerufen hat, als latente Wärme bezeichnet.

Fig. 1-5 Schmelzwärme von Eis

Wenn dem Kilogramm Wasser von 0 °C, Wärme zugeführt wird, steigtdie Temperatur des Wassers stetig an, bis sie schliesslich denSiedepunkt erreicht. Im Gegensatz zur latenten Wärme, die eineAggregatzustandsänderung hervorgerufen hat, ist diese Wärme jedochmessbar, fühlbar, und wird deshalb sensible Wärme genannt.Die Wärmemenge, die zur Erhöhung der Temperatur um 1 K erforder-lich ist, beträgt 4,19 kJ. Daraus folgt, dass eine sensible Wärmemengevon 419 kJ zugeführt werden muss, um die Temperatur des Wassersauf 100 °C zu erhöhen. Vorausgesetzt, dass Normaldruck (atmosphäri-scher Druck auf Meereshöhe, d.h. absoluter Druck von 1,013 bar)herrscht, ist diese Temperatur der Siedepunkt des Wassers. Es ist derPunkt, bei dem das Wasser zu verdampfen beginnt (Fig. 1-6).

B0812

Fig. 1-6 Verdampfungsprozess und Enthalpie von Wasser

Der Dampf, der nun entsteht, hat eine Temperatur von 100 °C und istin der Fachsprache als trocken gesättigter Dampf bekannt. DieUmwandlung von Wasser zu Dampf ist wiederum eineAggregatzustandsänderung, die durch die ununterbrochene Zuführungvon Wärme hervorgerufen wird.Um das Kilogramm Wasser von 100 °C vollständig zu verdampfen, d.h.in ein Kilogramm Dampf von 100 °C zu verwandeln, muss eine latenteWärmemenge von 2257 kJ zugeführt werden. Diese latente Wärme-menge ist die Verdampfungswärme.Addiert man zu dieser Verdampfungswärme von 2257 kJ die 419 kJ,die aufgewendet wurden, um 1 kg Wasser von 0 auf 100 °C zu erwär-men, so erhält man mit 2676 kJ den Wärmeinhalt oder die Enthalpievon 1 kg Dampf von 100° C, bezogen auf 1 kg Wasser von 0 °C (Fig. 1-2).

Wird der nunmehr entstandene, trocken gesättigte Dampf von 100 °Cz.B. in eine offene Rohrschlange geleitet, durch die ihm weiterhinWärme zugeführt wird, erfolgt eine Überhitzung des Dampfes (Fig. 1-7). Bei der Überhitzungswärme handelt es sich wieder um sen-sible Wärme, d.h. es findet eine Temperaturerhöhung des Dampfesstatt.Um z.B. die Temperatur des im Verdampfungsprozess gewonnenenKilogramm Dampfes von 100 °C auf 115 °C zu erhöhen ist eine sensi-ble Wärmemenge von 28,3 kJ erforderlich. Dies folgt aus folgenderFormel:

Q = m • c • (t-ts)

= 1 • 1,88 • (115 - 100)

= 28,3 (kJ)

cp mittlere spezifische Wärme des überhitzten Dampfes (kJ/kg K)m Masse (kg)t Temperatur des überhitzten Dampfes (°C)ts Siedetemperatur des Dampfes (°C)

1.2.5 Überhitzung

10

B0813

11

Fig. 1-7 Überhitzter Dampf und Enthalpie von Wasser

Der Prozess der Aggregatzustandsänderung von flüssigem in dendampfförmigen Zustand ist umkehrbar, d.h. der Dampf kann auch inFlüssigkeit umgewandelt werden. Dieser Prozess, der als Verflüs-sigung bekannt ist, findet statt, wenn dem Dampf dieselbe MengeWärme entzogen wird, die ihm während des Verdampfungsprozesseszugeführt worden ist.In Fig. 1-8 ist der Verflüssigungsprozess ersichtlich.

Fig. 1-8 Verflüssigungsprozess (Kondensation)

Legende1 Dampf, 100 °C2 KühIwasser, kalt3 Kühlwasser, warm4 Wasser, �100 °C

Die Aggregatzustandsänderung von Flüssigkeit zu Dampf und vonDampf zu Flüssigkeit ist für den mechanischen Kälte- bzw.Wärmepumpen-Kreislauf aus folgendem Grund von grössterWichtigkeit:Die Aggregatzustandsänderung erfordert die Übertragung einer relativgrossen Wärmemenge pro Kilogramm Substanz (Kältemittel). Wiegezeigt wird ist es genau diese Wärmeübertragung im Kältemittel-kreislauf (vgl. Fig. 1-2 C - B), die den gewünschten Nutzeffekt (Kühlungbei Kältemaschinen, Heizung bei Wärmepumpen) bewirkt.

1.2.6 Verflüssigungsprozess(Kondensation)

B0814

B0818

12

In der Kälte- bzw. Wärmepumpentechnik benutzt man statt des in Fig.1-2 dargestellten Temperatur-Enthalpie-Diagramms vorzugsweise dasDruck-Enthalpie-Diagramm (Fig. 1-9). In diesem Diagramm ist die Enthalpie nicht mehr inAbhängigkeit der Temperatur bei Normaldruck dargestellt, sondern siekann für verschiedene Drücke und die entsprechenden Temperaturenabgelesen werden. Vor allem aber können sogenannte Kreisprozesse –wie im folgenden gezeigt – mit Hilfe dieses Diagramms leicht veran-schaulicht und berechnet werden.

Fig. 1-9 Druck-Enthalpie-Diagramm für Wasser

1 Flüssigkeitslinie (Verdampfungsbeginn)2 Unterkühlungsgebiet (Flüssigkeit)3 Kritischer Punkt4 Überhitzungsgebiet (Dampf)5 Sattdampflinie6 Nassdampfgebiet (Flüssigkeit/Dampf)

A – B Verdampfungswärme (2257 kJ/kg)

Die vom Nullpunkt zum kritischen Punkt hoch zeigende Linie (1) ist dieLinie gesättigter Flüssigkeit, während die Fortsetzung dieser Linie (5),die vom kritischen Punkt (jener Punkt, bei dem kein Unterschied zwi-schen Flüssigkeit und Dampf mehr besteht) hinunter zur Enthalpie-Skala führt, den Zustand gesättigten Dampfes bestimmt.Zieht man bei einem bestimmten Druck eine Horizontale durch die bei-den Linien, kann bei Punkt A die Enthalpie der gesättigten Flüssigkeitund bei Punkt B die Enthalpie des gesättigten Dampfes abgelesenwerden. Die Differenz der Werte A und B entspricht derVerdampfungswärme.Aus dem Diagramm ist ersichtlich, dass die Verdampfungswärme mitsteigendem Druck und steigender Temperatur immer geringer wird,um schliesslich beim kritischen Punkt einen Zustand zu erreichen, beidem keine Verdampfungswärme mehr vorhanden ist. Bei Wasserdampf beträgt der kritische Druck 221,2 bar und die kriti-sche Temperatur 374,1 °C.

Als Kältemittel bezeichnet man das in einer Kältemaschine bzw.Wärmepumpe umlaufende Arbeitsmedium. Zur Erläuterung derGrundlagen des Kälteprozesses war bisher ausschliesslich von Wasserdie Rede, und tatsächlich besitzt Wasser viele der Eigenschaften, dievon einem Kältemittel verlangt werden. Wasser ist billig, reichlich vor-handen, ungiftig, nicht brennbar und besitzt eine relativ grosseVerdampfungs- bzw. Verflüssigungswärme. Es ist deshalb nichterstaunlich, dass bei Dampfstrahl und Absorptions-Kältemaschinen

1.2.7 Druck-Enthalpie-Diagramm

1.2.8 Kältemittel

B0817

13

bzw. -Wärmepumpen die nachfolgend beschrieben werden, Wasserals Kältemittel verwendet wird. Für den Kompressions-Kreisprozess ist Wasser als Kältemittel nichtgeeignet, da die Drücke und Temperaturen, bei denen die Aggregat-zustandsänderungen erfolgen sollen, ungünstig liegen. Vielmehr wer-den bei diesem Prozess Kältemittel verwendet, die leicht flüchtigersind als Wasser, d.h. Substanzen, die bei relativ niedrigen Tempera-turen und den entsprechenden hohen Drücken verdampfen.Ozonersetzend wirken vor allem die FCKW, die aufgrund ihrer hohenchemischen Stabilität eine lange atmosphärische Verweilzeit aufwei-sen, so dass theoretisch die gesamten freigesetzten Mengen in dieStratosphäre diffundieren und sich dort zersetzen. Das hierbei frei werdende Chlor zerstört die vor gefährlichen UV-Strahlen schützendeOzonschicht. Aus diesem Grund dürfen heute nur noch chlorfreieKältemittel verwendet werden.Weitere Informationen im Kapitel "2 Kältemittel"

Stoffe, in der Kältetechnik die Kältemittel, mit tiefen Siedepunktennennt man Gase, weil diese unter normalem Druck und bei normalenTemperaturen (unsere Umgebungsbedingungen) sofort verdampfen.Hier erkennt man bereits eine kritische Situation für den Transport, das Aufbewahren und die Anwendung von Kältemitteln.Im Kältekreislauf erfährt das Kältemittel die Aggregatzustände

• flüssig• dampfförmig

sowie die Übertragung von

• latenter und• sensibler Wärme.

In einem thermodynamischen Kreisprozess wird durch die Verdampf-ung von Kältemittel dem zu kühlenden Medium Wärme entzogen.Dieser Vorgang erfolgt entweder direkt durch die Kältemaschine, oderindirekt durch einen zwischengeschalteten Kaltwasserkreislauf.Eine Kühlanlage ist eine Maschine, die einem Stoff oder einem RaumWärme entzieht. Die Kälteleistung ist die Fähigkeit, in einem bestimm-ten Zeitraum eine bestimmte Wärmemenge abzuführen.

Q0 = m • c • ∆t

Q0 = Kälteleistung [kJ/h oder kW]m = Massenstrom [kg/s]c = spezifische Wärme [kJ/kgK]∆t = Temperaturdifferenz [K]

Die spezifische Wärme c ist jene Energie (in kJ), welche man benötigt,um 1 kg eines bestimmten Stoffs um 1 K zu erwärmen. Die spezifi-sche Wärme ist vom Aggregatzustand abhängig. In der nachfolgendenTabelle sind einige Werte von typischen, in der Kältetechnik zumEinsatz kommenden Stoffen, zusammengestellt:

Stoff cfest cflüssig cGas

Wasser 2.03 kJ/kgK 4.18 kJ/kgK 2.05 kJ/kgK

Ammoniak NH3 4.44 kJ/kgK 2.18 kJ/kgK

Kältemittel R22 1.09 kJ/kgK 0.16 kJ/kgK

1.2.9 Zusammenfassung

sensible Wärme:

latente Wärme:

14

Man unterscheidet zwischen sensibler (fühlbarer) und latenter(nicht fühlbarer) Wärme.

Wärme, bei der eine Änderung des Energie-Inhalts immer auch miteiner Temperaturänderung verbunden ist.

Wärme, welche zum Wechsel des Aggregatzustandes aufgewendetbzw. abgegeben werden muss. Sie führt zu keiner Änderung derTemperatur, vielmehr wird diese Energie zur Umwandlung derMolekularstruktur eines Stoffs benötigt. Die latente Wärme ist sehrstark druck- und temperaturabhängig.

Der Wärmeinhalt ist die Enthalpie h.

• die Enthalpie der Flüssigkeit bezeichnet man mit h'• die Enthalpie des Dampfes mit h''• die zum Verdampfen benötigte Enthalpie mit r• die Masseinheit ist jeweils kJ/kg

Unterschiedliche Stoffe haben auch unterschiedlichesTemperaturverhalten, d.h. der Temperaturwert für Schmelz- undSiedepunkt ist unterschiedlich.

Schmelz und Siedepunkt sind druckabhängig.

z.B. Wasser bei 1 bar: Schmelzpunkt = 0 °C und Siedepunkt = 100 °C.

Die Abhängigkeit kann im Druck-Enthalpie-Diagramm nachvollzogenwerden. Überträgt man die Werte aus der Wasserdampftafel in ein h, log p-Diagramm, erhält man eine graphische Darstellung der Zu-sammenhänge.Die in der Kältetechnik verwendeten Kältemittel können Siedepunktebis zu -120 °C erreichen.

Im Bereich der Klimatechnik bewegen wir uns beiSiedetemperaturen um +2 bis -20 °C.

15

Auszug aus einer Patentschrift zu Kältemittel, aus dem Jahr 1834:

....."Was ich beanspruche, ist ein Patent für eine Vorrichtung, die es mirermöglicht, ein leichtflüchtiges Medium zu verwenden, dass dasKühlen und Gefrieren eines andern Mediums ermöglicht, und dochgleichzeitig kontinuierlich, leichtflüchtiges Medium kondensiert und inden Kreislauf ohne Verluste weitergeführt werden kann." .....

Grundsätzlich lassen sich alle Stoffe als Kältemittel verwenden, da eslediglich um folgendes geht:

"Siede- und Verflüssigungspunkt müssen bei technisch erreichbarenDrücken liegen".

Im weiteren sind die Anforderungen an ein ideales Kältemittel jedochso gross, dass sich nur wenige Stoffe wirklich eignen.

• Aggregatzustandsänderung flüssig→gasförmig bei "kleinen" Drücken

• grosse Verdampfungswärme

• beständig• nicht explosiv• unbrennbar• nicht toxisch• nicht ätzend• nicht korrosiv• geruchlich gut feststellbar oder in kleinen Konzentrationen ein-

fach messbar• chemisch stabil, d.h. darf auch in extremen Situationen nicht

in seine atomaren Bestandteile zerfallen.

Vom physikalischen und chemischen Gesichtspunkt gesehen, wäreWasser ein ideales Kältemittel. Für Verdampfungstemperaturen (t0) ab +4 °C oder unter 0 °C ist dessen Einsatz jedoch undenkbar.Aus den Anfängen der Kältetechnik sind hauptsächlich drei Kältemittelbekannt:SO2 SchwefeldioxydCH3Cl ChlormethylNH3 Ammoniak

Diese Kältemittel erfüllen im Wesentlichen den im "Patent" geäusser-ten Wunsch. In Bezug auf Aggressivität, Brennbarkeit und Hygienebleiben jedoch viele Wünsche offen, z.B.:

Toxizität:

SO2 0,5 – 1 Vol % tödlich in 5 min.NH3 0,5 – 1 Vol % tödlich in 60 min.CH3Cl 2 – 2,5 Vol % bleibende Schäden in 120 min.

Durch das FCKW-Verbot kommt heute – trotz toxischem Gefahren-potential – das Kältemittel NH3 (Ammoniak) auch in der Klimatechnikwieder vermehrt zum Einsatz, unter Einhaltung entsprechenderSicherheitsmassnahmen.

2.1 Eigenschaften, Geschichtliches

Patentschrift

physikalische Eigenschaften

chemische Eigenschaften

2. Kältemittel

16

Ein Kältemittel soll bei atmosphärischem Druck einen möglichst tiefliegenden Siedepunkt, ein kleines Dampfvolumen und einen technischleicht zu beherrschenden Verflüssigungsdruck besitzen. Ausserdemdarf es die Bau- und Schmierstoffe der Kälteanlage nicht angreifen undsoll möglich nicht giftig, nicht brennbar und nicht explosiv sein.

Damit diese Eigenschaften erfüllt werden, haben Herstellerfirmen wiez.B. die Fa. Dupont Kältemittel durch Derivationen(*) aus Methan CH4

und Aethan C2H6 entwickelt.

Die Derivat-Moleküle enthalten die Stoffe (mit chem. Zeichen):

Kohlenstoff "C"Fluor "F"Chlor "Cl"Wasserstoff "H"

(*) Derivat = Abkömmling einer chemischen VerbindungDerivation = Ableitung

Name Hersteller OrtFreon Dupont USAFrigen Höchst FrankfurtArcton Imperial chemical Industrie EnglandKaltron Kali Chemi Hannover

Für die gebräuchlichsten Kältemittel wird das Buchstabensymbol R und eine Nummer als Kurzzeichen verwendet. Die Namen sindFirmenbezeichnungen für diese Derivate.Gelegentlich wird anstelle von R auch das Wort Kältemittel und/oderdie Handelsbezeichnung (z.B. Freon) verwendet.

R und max. 3-stellige ZahlZahl der Hunderter +1 = Zahl der C - Atome (Kohlenstoff)Zahl der Zehner - 1 = Zahl der H - Atome (Wasserstoff) Zahl der Einer = Zahl der F - Atome (Fluor)

Dabei wird die Null an der Hunderterstelle nicht geschrieben, so dasssich für die Methan-Derivate (z.B. R22) eine zweistellige Zahl ergibt.Die Wasserstoff (H) Atome werden durch die Halogene Cl (Chlor), F(Fluor), Br (Brom) ersetzt.

R 114 chem. Formel C2Cl2F4 Tetrafluordichloräthan FCKW⇒ 4 Fluor Atome

- 1 ⇒ kein Wasserstoff Atom und somit 2 Chlor Atome+ 1 ⇒ 2 Kohlenstoff Atome

R 134a chemische Formel C2H2F4 Tetrafluorethan H-FKW⇒ 4 Fluor Atome

-1 ⇒ 2 Wasserstoff Atome+1 ⇒ 2 Kohlenstoff Atome

R 22 chemische Formel CHClF2 Difluormonochlormethan H-FCKW⇒ 2 Fluor Atome

- 1 ⇒ 1 Wasserstoff Atom und somit 1 Chlor Atom+ 1 ⇒ 1 Kohlenstoff Atom

Die Anforderungen, welche an ein Kältemittel gestellt werden, könn-ten noch beliebig erweitert werden, z.B. Wärmeübertragungs-,Strömungseigenschaften usw.

2.2 Bezeichnung der Kältemittel

Die Namen

Beispiele:

17

In Kompressions-Kälteanlagen muss für die Verdichter ein geeignetesÖl zur Schmierung verwendet werden. Die spezifischen Eigenschaftender verschiedenen Kältemittel erfordern auf das Kältemittel abge-stimmte Maschinenöle.

Das Öl wird zur Schmierung des Kompressors benötigt und durch denArbeitsprozess (ungewollt) durch den Kältekreislauf mitgerissen. Weilbei hohen Temperaturen chemische Reaktionen wie Korrosion undSäurebildung auftreten, entsteht eine Zusatzgefahr, da die Verdich-tungstemperaturen meist höher als 100 °C liegen.

Aus diesem Grund muss Kältemaschinenöl bestimmten Voraus-setzungen entsprechen.

Im Bereich der Kältetechnik haben sich drei Gruppen von Ölenbewährt:

• Mineral-Öle z.B. für R 12, R 12B1 • Halbsynthetische Öle z.B. für R 22, R 23• Synthetische Öle z.B. für R 134a, R 23

Für die neuen chlorfreien Kältemittel sind weder Mineralöle noch diebisher verwendeten synthetischen Alkyl-Benzole verwendbar, sondernnur synthetische Öle auf Ester-Basis, auch Esteröle genannt.

Die Mischbarkeit von Öl und Kältemittel hat sowohl Vor-, als auchNachteile:

Vorteile• Systemteile können gut geschmiert werden• das Öl kann relativ gut aus dem System in den Verdichter

zurückgeführt werden.Nachteile:• Verdünnung und Erhitzung des Öls im Verdichter• Änderung der Fliessfähigkeit auf der Verdampferseite (kalt)

und damit Probleme der Ölrückführung. Ölrückstände im Verdampfer bringen schlechte Wärmeübertragung und Regelprobleme mit sich.

Es gibt viele Faktoren, welche das Verhalten eines Kältemittels beiUndichtigkeiten bestimmen. Druck, Viskosität und Dichte sind nur einige davon.

Fig. 2-1 Unterschiedliches Verhalten von Kältemitteln bei Undichtigkeiten1 Molekül2 Molmasse = 17,03 g/mol3 Molmasse = 86,48 g/mol

Je höher die Molmasse kg/kmol (früher Molekulargewicht M), destogeringer ist die Neigung des Kältemittels, bei Undichtigkeiten auszu-treten.z.B. R 717 (NH3, Ammoniak) 17,03 kg/kmol

R 407C (23 % R32, 25 % R125, 52 % R134a) 86,20 kg/kmolR 134a (C2H2F4) 102,03 kg/kmol

2.3 Physikalische EigenschaftenÖl als Schmiermittel

im Kältekreislauf

Mischbarkeit

Verhalten bei Undichtigkeiten imSystem

53004DE

NH3

R 22

18

Bei einigen Kältemitteln kann ein leichter Geruch von Vorteil sein, dadadurch jede Undichtigkeit sofort auffällt und Gegenmassnahmengetroffen werden können, bevor die gesamte Füllung verloren gehtoder Schäden an Systemteilen auftreten, z.B.

• Geruch von R 22 ist "leicht ätherisch"• Ammoniak "stechender Geruch"

Fig. 2-2 Geruch

Als "giftige Kältemittel" werden gewöhnliche Kältemittel bezeichnet,die für den Menschen schädlich sind. Alle Kältemittel können natürlicheine Erstickungsgefahr herbeiführen, wenn sie in so starken Mengenauftreten, dass der Sauerstoff der Luft verdrängt wird; manche sindjedoch bereits schädlich, wenn sie nur in ganz kleinen Mengen inErscheinung treten. Der Grad der Schädlichkeit hängt von derKonzentration, der Art des Kältemittels und der Zeitdauer ab, währendwelcher der Mensch dem Kältemittel ausgesetzt war.

Fig. 2-3 Giftigkeit, R-717 Ammoniak (NH3)

Kältemittel sind in bezug auf ihre Brennbarkeit sehr verschieden.Einige, wie z.B. R-170 (Aethan) oder R290 (Propan), verbrennen soleicht und vollständig, dass sie als Brennstoff verwendet werden.Andere Kältemittel sind nicht brennbar, wie z.B. R 22 und R134a

Fig. 2-4 Brennbarkeit, R-170 Aethan, R-178 Wasser

Geruch

Giftigkeit

Brennbarkeit

19

Die Emission von FCKW in die Atmosphäre führt erwiesenermassenzu Umweltschäden. Obwohl der Anteil der dazu noch in einemgeschlossenen Kreislauf verwendeten Kältemittel nur 10% der gesam-ten FCKW-Produktion ausmacht (der überwiegende Teil wird inSpraydosen und Dämmschäumen sowie in Lösungsmitteln verwen-det), muss doch der Umweltschutz beachtet werden.

ca. 3000 t/anno in Europa, 10% gehen beim Transport, Ab- undEinfüllen verloren.

Die Umweltschädigung von FCKW- (Fluorchlorkohlenwasserstoff)Kältemitteln basiert hauptsächlich auf deren Ozon-Zerstörungs- undErderwärmungspotential (Treibhauseffekt).

Ozonzersetzend wirken vor allem die FCKW, die aufgrund ihrerhohen chemischen Stabilität eine lange atmosphärische Verweilzeitaufweisen, so dass theoretisch die gesamten freigesetzten Mengen indie Stratosphäre diffundieren und sich dort zersetzen. Das hierbei frei-werdende Chlor zerstört die vor gefährlichen UV-Strahlen schützendeOzonschicht.

Das empfindliche Gleichgewicht zwischen Sauerstoff und Ozon wirddadurch nachhaltig gestört. Die lange atmosphärische Verweilzeit undder damit verbundene Anreicherungseffekt in der Atmosphäre ist auchfür das hohe Erderwärmungspotential dieser Verbindungen verant-wortlich.

Komponenten Lebensdauer ODP GWPFCKW 11 60 Jahre 1 1FCKW 12 120 Jahre 1 3,1

FCKWs FCKW 113 90 Jahre 0,8 1,4FCKW 114 200 Jahre 0,7 4FCKW 115 400 Jahre 0,4 7H-FCKW 22 15 Jahre 0,05 0,34H-FCKW 123 2 Jahre 0,02 0,02

H-FCKWs H-FCKW 124 7 Jahre 0,02 0,1MP 39 (R 401) 0,03 0,21HP 80 (R402) 0,02 0,63H-FKW 134a 16 Jahre 0 0,26H-FKW 152a 2 Jahre 0 0,03H-FKW 32 7 Jahre 0 0,12

H-FKWs H-FKW 125 41 Jahre 0 0,84H-FKW 23 310 Jahre 0 6HP 62 0 0,94AC 9000 0 0,28

Tabelle 2-1 Umweltdaten verschiedener Kältemittel

OPD: OzonabbaupotentialGWP: Erderwärmungspotential, Treibhauseffekt bezogen auf FCKW 11 = 1FCKW: Fluorchlorkohlenwasserstoffe, vollhalogeniert (kein Wasserstoffatom im

Molekül) Vertreter: R 11, R 12, R 13, R 113, R 114, R 115 (R 500 und R 502 sind

Gemische, welche R 12 bzw. R 115 enthalten)H-FCKW: Fluorchlorkohlenwasserstoffe, teilhalogeniert (eines oder mehrere

Wasserstoffatome im Molekül)Vertreter: R 22, R 123

H-FKW: Fluorkohlenwasserstoffe, teilhalogeniert (enthalten neben Fluor- auch noch Wasserstoffatome im Molekül) Vertreter: R 134a, R 227

2.4 Aktuell eingesetzte Kältemittel2.4.1 Verbot von FCKW und HFCKW

Einfluss auf die Ozonschicht

Leckagen

20

H-FCKW und H-FKW sind teilhalogenierte Verbindungen mit wesent-lich kürzerer atmosphärischer Verweilzeit. Das Ozonabbau-Potential derH-FCKW liegt nur noch bei Bruchteilen dessen der FCKW. H-FKW, z.B. R 134a, sind chlorfrei und weisen kein Ozonabbau-Potential auf. Auch der Erderwärmungseffekt ist bei beiden Verbindungen gering.

Seit 1.1.1995 sind FCKW Kältemittel in Europa und ab 1.1.1996 welt-weit nicht mehr erhältlich.

Spätestens seit 1.1.2000 darf in Europa auch das HFCKW KältemittelR22 nicht mehr für Neuanlagen eingesetzt werden. Weltweit und fürandere HFCKW Kältemittel ist der Ausstieg schrittweise geplant, d.h.Reduktion um 35 % ab 1.1.2004 und bis 2020 auf 50 %.

Für typische R12 Anwendungen hat sich der umweltverträglicheErsatzstoff R 134a in der Praxis bewährt.

Tempe- Druck Spez. Spez. Enthalpie Enthalpie Verdampf-ratur Volumen Volumen der des ungs-

der des Flüssigkeit Dampfes wärmeFlüssigkeit Dampfes

t° p v' v'' h' h'' r

C bar l/kg l/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg

- 50 0,299 0,692 596,88 137,72 366,32 228,60

- 45 0,396 0,699 459,14 143,48 369,55 226,08

- 40 0,516 0,706 357,66 149,34 372,78 223,44

- 35 0,666 0,713 281,87 155,32 375,99 220,67

- 30 0,848 0,720 224,55 161,40 379,18 217,78

- 25 1,067 0,728 180,67 167,59 382,34 214,75

- 20 1,330 0,736 146,71 173,88 385,48 211,59

- 15 1,642 0,744 120,15 180,28 388,57 208,29

-10 2,008 0,753 99,17 186,76 391,62 204,85

-5 2,435 0,762 82,45 193,34 394,62 201,28

0 2,929 0,772 69,01 200,00 397,56 197,56

5 3,497 0,782 58,11 206,74 400,44 193,70

10 4,146 0,793 49,22 213,57 403,26 189,69

15 4,883 0,804 41,89 220,46 406,00 185,54

20 5,716 0,816 35,83 227,44 408,66 181,23

25 6,651 0,828 30,77 234,48 411,24 176,76

30 7,698 0,842 26,52 241,61 413,71 172,11

35 8,865 0,856 22,94 248,81 416,08 167,27

40 10,160 0,871 19,89 256,11 418,33 162,23

45 11,592 0,888 17,29 263,50 420,45 156,94

50 13,171 0,907 15,05 271,02 422,41 151,39

55 14,907 0,927 13,12 278,69 424,19 145,51

60 16,811 0,949 11,44 286,53 425,76 139,24

65 18,894 0,974 9,97 294,59 427,09 132,49

70 21,170 1,003 8,68 302,95 428,10 125,15

75 23,651 1,036 7,53 311,68 428,71 117,03

80 26,353 1,076 6,50 320,93 428,81 107,87

85 29,292 1,127 5,56 330,91 428,17 97,26

90 32,487 1,194 4,68 342,02 426,40 84,38

95 35,958 1,298 3,83 355,20 422,55 67,36

100 39,728 1,544 2,80 374,97 411,79 36,83

Tabelle 2-2 Dampftafel von R134a

Massnahmen

2.4.2 Ersatz-Kältemittel für FCKWund HFCKW

2.4.2.1 R134a als Alternative für R12

21

Fig. 2-5 h, log p -Diagramm für R134a

Für typische R22 Anwendungen und auch für R502 Anwendungen, diebis anhin durch R22 ersetzt wurden, werden hauptsächlich zeotrope 2-oder 3-Stoff-Gemische eingesetzt, wobei man für normaleAnwendungen einen möglichst kleinen Temperaturgleit (siehe zeotropeGemische) anstrebt.

Diese haben einen neuen gemeinsamen Siedepunkt, welcher in derRegel zwischen den Siedepunkten der einzelnen Komponenten liegt.

Gemisch aus zwei oder mehr Komponenten. Die Eigenart zeotroperGemische besteht darin, dass jede Komponente ihren eigenenSiedepunkt beibehält und damit die Verdampfung resp. Verflüssigungmit gleitender Temperatur geschieht. Die Temperaturdifferenz zwischenAnfang und Ende des jeweiligen Vorganges wird als "Temperaturgleit"bezeichnet. Daraus ergibt sich auch, dass bei einer Undichtigkeit unter-schiedliche Anteile des Gemischs austreten und dieseKältemittelgemische flüssig eingefüllt werden müssen.Als Ersatz für R22 wird oft R407C eingesetzt, ein 3-Stoff-Gemisch mitfolgender Zusammensetzung:

- 23 % R32- 25 % R125- 52 % R134a

R407C wird von den Herstellern unter verschiedenen Namen angebo-ten, die teilweise nicht mehr einen direkten Bezug zurKältemittelkennzeichnung aufweisen, z.B.:

DuPont AC 9000Hoechst Reclin 407C (vormals HX3)ICI KLEA 66

Beim Einsatz von R407C ist zu beachten, dass die Füllmenge aufGrund der unterschiedlichen Dichte nur etwa 90 % der R22-Füllmengebeträgt. Die Leistungszahl reduziert sich um ca. 3 – 5 %.Speziell in Wärmepumpenanlagen kommt das Kältemittel R290(Propan) zum Einsatz. Auf Grund der Brennbarkeit undExplosionsgefahr, wird dieses jedoch nur bis zu einer bestimmtenBaugrösse der Wärmepumpe verwendet.

2.4.2.2 R407C und R290 als Alternativenfür R22 resp. R502

Azeotrope Gemische

Zeotrope Gemische

3. Das h, log p-Diagramm

22

Die zur Kältetechnik gehörenden thermodynamischen Vorgänge sindrecht komplex. Sie lassen sich nur mit einem erheblichen Aufwand anFormeln und Tabellen berechnen.

In Dampftafeln werden in Abhängigkeit der Siedetemperatur t oderdes Siededruckes p die dem Medium eigenen Grössen, wie spezifi-sches Volumen v, Dichte p, Enthalpie h und Entropie s für das sieden-de und das gesättigte Medium tabellarisch festgehalten.

Ein Beispiel (siehe Tabelle 3-1):

Bei einer Siedetemperatur t = 0 °C steht das Kältemittel unter einemDruck p von 2.929 bar. Dies ist der Siededruck für die entsprechendeTemperatur t. Sein Volumen beträgt im siedenden Zustand 0,772 l/kg(dm3/kg)Kältemittel. Die Dichte p, als Kehrwert des spez. Volumens (p = 1/v), beträgt in diesem Punkt 1,29 kg/l (kg/dm3). Die relativeEnthalpie h' wurde mit 200 kJ/kg angesetzt (t = 0 °C ist derBezugspunkt dieses Kältemittels für das besprochene h, log p-Diagramm).

Mit der Enthalpie h" wird der relative Wärmeinhalt des bei gleichemDruck gesättigten Kältemitteldampfes angegeben. Er beträgt für dasgewählte Beispiel 397,56 kJ/kg. Die Differenz h" - h' bestimmt dieabsolute Verdampfungs- oder Kondensationswärme r bei einem gege-benen Druck p. Allgemein beziehen sich Werte mit einem Strich, z.B.v', h', s' etc. auf den siedenden Zustand des Mediums und Werte mitzwei Strichen (v", h", r" etc.) auf den gesättigten, gasförmigen Zustand.

Tempe- Druck Spez. Spez. Enthalpie Enthalpie Verdampf-

ratur Volumen Volumen der des ungs-

der des Flüssigkeit Dampfes wärme

Flüssigkeit Dampfes

t° p v' v'' h' h'' r

C bar l/kg l/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg

- 50 0,299 0,692 596,88 137,72 366,32 228,60

- 45 0,396 0,699 459,14 143,48 369,55 226,08

- 40 0,516 0,706 357,66 149,34 372,78 223,44

- 35 0,666 0,713 281,87 155,32 375,99 220,67

- 30 0,848 0,720 224,55 161,40 379,18 217,78

- 25 1,067 0,728 180,67 167,59 382,34 214,75

- 20 1,330 0,736 146,71 173,88 385,48 211,59

- 15 1,642 0,744 120,15 180,28 388,57 208,29

-10 2,008 0,753 99,17 186,76 391,62 204,85

-5 2,435 0,762 82,45 193,34 394,62 201,28

0 2,929 0,772 69,01 200,00 397,56 197,56

5 3,497 0,782 58,11 206,74 400,44 193,70

10 4,146 0,793 49,22 213,57 403,26 189,69

15 4,883 0,804 41,89 220,46 406,00 185,54

20 5,716 0,816 35,83 227,44 408,66 181,23

25 6,651 0,828 30,77 234,48 411,24 176,76

30 7,698 0,842 26,52 241,61 413,71 172,11

35 8,865 0,856 22,94 248,81 416,08 167,27

40 10,160 0,871 19,89 256,11 418,33 162,23

45 11,592 0,888 17,29 263,50 420,45 156,94

50 13,171 0,907 15,05 271,02 422,41 151,39

55 14,907 0,927 13,12 278,69 424,19 145,51

60 16,811 0,949 11,44 286,53 425,76 139,24

65 18,894 0,974 9,97 294,59 427,09 132,49

70 21,170 1,003 8,68 302,95 428,10 125,15

75 23,651 1,036 7,53 311,68 428,71 117,03

80 26,353 1,076 6,50 320,93 428,81 107,87

85 29,292 1,127 5,56 330,91 428,17 97,26

90 32,487 1,194 4,68 342,02 426,40 84,38

95 35,958 1,298 3,83 355,20 422,55 67,36

100 39,728 1,544 2,80 374,97 411,79 36,83

Tabelle 3-1 Auszug aus einer Dampftafel für R134a

3.1 Allgemein

Dampftafeln

23

Der deutsche Ingenieur Richard Mollier (1863-1935) entwickelte einZustandsdiagramm. Es erlaubt die für den Kältefachmann wichtigenphysikalischen Grössen von Kältemedien und die entsprechendenProzesse grafisch darzustellen. Wärmemengen, Arbeit, Druckdifferen-zen erscheinen als abmessbare Strecken, was die Berechnung derProzessgrössen und damit die Dimensionierung der kältetechnischenBauteile wesentlich vereinfacht. Aufgrund dieser Eigenschaften habendie Enthalpie-Druck-Diagramme in der Kältetechnik eine weite Ver-breitung gefunden. Die Anwendung des Diagramms auf den Kälte-kreislauf einer Kompressions-Kältemaschine wird gesondert ausführ-lich geschildert.

Allgemein zeigt das Enthalpie-Druckdiagramm die Aggregatszuständeeines Stoffes in Abhängigkeit der Wärmezufuhr und des Druckes aufEnthalpie ist gleichbedeutend wie Wärmeinhalt und wird mit hbezeichnet, und da der Druck p meist logarithmisch aufgezeichnetwird, spricht man unter Fachleuten vom h, log p-Diagramm.

Fig. 3-1 Schematische Darstellung des h, log p-Diagramms

Legende:1 Festkörper-Gebiet2 Schmelzkörper-Gebiet3 Gebiet unterkühlter Flüssigkeit4 Nassdampf-Gebiet5 Gebiet überhitzter Dampf

a Schmelzlinieb Erstarrungsliniec Siedelinied Sattdampfliniee Tripellinief Desublimationslinieg Sublimationsliniei Schmelz- bzw Erstarrungswärmer Verdampfungs- bzw. VerflüssigungswärmeK Kritischer PunktL Festkörper / Gasgemisch ("Rauch")

Das Diagramm zeigt folgende Zustandsbereiche:

• Festkörpergebiet eine Phase: fest• Schmelzkörpergebiet zwei Phasen: fest und flüssig• Gebiet unterkühlter eine Phase: flüssig

Flüssigkeit• Nassdampfgebiet zwei Phasen: flüssig und gasförmig• Gebiet des überhitzten eine Phase: gasförmig

Dampfes• Sublimationsgebiet zwei Phasen: fest und gasförmig

Enthalpie-Druckdiagramm

➄�

➁ ➂

➃

24

Die Schmelzlinie a und die Schmelzwärme i:Zum Schmelzen eines festen Körpers ist eine bestimmteWärmemenge i erforderlich (Schmelzenthalpie). Ist dieSchmelztemperatur erreicht, kann dem Körper weiterhin Wärme zuge-führt werden, ohne dass die Temperatur ansteigt, bis der ganze Körperin den flüssigen Zustand überführt ist. Man spricht von latenter oderverborgener Wärme, wenn trotz Wärmezufuhr oder -abfuhr keineTemperaturänderung eintritt. Die Schmelzlinie a ist die Verbindung der Schmelzpunkte. Sie werdenbestimmt durch den Druck p und den Wärmeinhalt h.

Die Erstarrungslinie b und die Erstarrungswärme i:Wird umgekehrt der Flüssigkeit Wärme entzogen, bleibt dieTemperatur solange konstant, bis der ganze Körper erstarrt ist. Dieabgeführte Erstarrungswärme i entspricht der Schmelzwärme i. DieVerbindung der Erstarrungspunkte ist die Erstarrungslinie b.

Das Gebiet der unterkühlten Flüssigkeit und die Siedelinie c:Erwärmt man eine Flüssigkeit, so nennt man sie unterkühlt, bis sieden Siedepunkt erreicht. Dieser Punkt ist abhängig von derSiedetemperatur und dem Siededruck. Die Siedepunkte werden durch die Siedelinie c verbunden.

Das Nassdampfgebiet und die Verdampfungswärme r:Um eine Flüssigkeit in den gasförmigen Zustand zu bringen, ist weite-re Wärmezufuhr erforderlich. Ist der Siedepunkt bei gleichbleibendemDruck erreicht, steigt die Temperatur trotz zugeführter Wärme nichtweiter an, bis die ganze Flüssigkeit verdampft ist. Die zugeführteWärme bewirkt das Verdampfen der Flüssigkeit. Das während derVerdampfung vorhandene Gemisch aus siedender Flüssigkeit undDampf nennt man Nassdampf. Die zur Erzeugung von 1 kg Dampf beieinem bestimmten Druck erforderliche Wärme ist die spezifischeVerdampfungsenthalpie (Verdampfungswärme) r .

Die Sattdampflinie d und überhitzter Dampf:Ist die Flüssigkeit restlos verdampft, ist der Dampf trocken und gesät-tigt. Für jeden Sättigungsdruck gibt es eine bestimmteSättigungstemperatur; sie bilden zusammen die Sattdampflinie d .Wird Sattdampf weiter erwärmt, steigt seine Temperatur rasch. Manspricht dann von überhitztem Dampf oder Heissgas.

Die Verflüssigungswärme:Wird überhitztem Dampf durch Abkühlung Wärme entzogen, sinktseine Temperatur. Er wird erst zu Sattdampf und verflüssigt sich anschliessend, ohnejedoch seine Temperatur zu ändern. Dem Dampf ist die gleiche Wärmewieder zu entziehen, wenn er in den flüssigen Zustand überführt wer-den soll (Verflüssigung-Kondensation). Die spezifische Verdampfungs-und Verflüssigungswärme r ist bei gegebenem Druck gleich gross.Der kritische Punkt K:Die spezifische Verdampfungswärme r wird mit steigendem Druck(und steigender Temperatur) immer geringer, um schliesslich beieinem bestimmten Zustand des Dampfes ganz zu verschwinden. Mannennt den Punkt, bei dem kein Unterschied mehr zwischen siedenderFlüssigkeit und Sattdampf besteht, den kritischen Punkt. Er trennt dieSiedelinie von der Sattdampflinie. Oberhalb des kritischen Punktesbesteht kein Unterschied mehr zwischen Flüssigkeit und Dampf. DasMedium befindet sich im kritischen Zustand.

3.1.1 Zustandsbereiche und Erklärungder Begriffe

25

Die Sublimationslinie g und die Desublimationslinie f:Feste Körper können bei Temperaturen, die unterhalb desSchmelzpunktes liegen, auch unmittelbar in dampfförmigen Zustandübergehen (Sublimation) oder umgekehrt (Desublimation).Beispiel ein Schneekristall verdampft: Im Winter kann beobachtet wer-den, dass dünne Eisschichten bei Temperaturen unterhalb von 0 °Cund bei trockener Luft auch ohne Einwirkung der Sonnenstrahlen nachwenigen Tagen verschwunden sind. Desublimation kann beobachtetwerden, wenn feuchte Luft bei Temperaturen unter 0 °C ohne vorgän-gige Kondensation "Reif" bildet. Auch Schneekristalle entstehen durchDesublimation.

Für die Praxis der Kältetechnik wurde ein geeigneter Bereich desMollier-Diagrammes ausgewählt. Darin erscheinen nur noch dieZustandsarten "flüssig" und "gasförmig", sowie ihre Mischformen.

Fig. 3-2 Diagrammbereich für Kältemittel

Legende:a Schmelzlinieb Erstarrungsliniec Siedelinied Sattdampfliniee Tripellinief Desublimationslinieg Sublimationslinie K Kritischer Punkt

Anhand des in der Praxis häufig verwendeten Kältemittels R134a wer-den die Zustandsgrössen und Zustandsänderungen schrittweise ent-wickelt und erläutert.

Auf der waagerechten Achse, der Abszisse, wird der Wärmeinhalt(Enthalpie h) mit einer linearen Skala abgetragen. Die Enthalpie drücktaus, wieviel Wärme (in kJ) pro kg Masse in einem Stoff enthalten ist.Da der Diagrammbereich je nach Problemstellung gewählt wird, han-delt es sich nicht um die absolute, sondern um die relative Enthalpie.Sie ist deshalb immer auf einen bestimmten Punkt bezogen, z.B. aufsiedende Flüssigkeit bei 0 °C. Der Ursprung des Koordinationssystemswird meist mit einer ganzen, runden Zahl, wie 0, 100, 200 kJ/kggewählt. Der zahlenmässige Bereich der Skala ändert je nachKältemittel. Die vertikalen Linien sind die Isenthalpen, Linien gleichenWärmeinhaltes.

3.1.2 Der Diagrammbereich fürKältemittel

3.2 Der Aufbau des Diagramms

3.2.1 Die Koordinaten h, p

�

26

Fig. 3-3 Grundraster

Legende:1 Isobaren2 Isenthalpen

Auf der senkrechten Achse, der Ordinate, wird der Druck p aufgetra-gen. Um in den meistbenutzten Bereichen die Diagramme übersicht-licher zu gestalten, wird der Druck in logarithmischem Massstab dar-gestellt. Logarithmisch bedeutet, dass zeichnerisch gleiche Abständezwischen den Potenzen bestehen. Die horizontalen Linien sind dieIsobaren, Linien gleichen Druckes.

Im h, log p-Diagramm lässt sich die Fülle von Werten aus derDampftafel auf eine einfache Art abbilden. Für jeden Druck p wird derDampftafel der entsprechende Wärmeinhalt der siedenden Flüssigkeith' und des Sattdampfes h" entnommen und auf das Diagramm über-tragen. Beispiel: p = 2,929 bar, Enthalpie der siedenden Flüssigkeit h'= 200 kJ/kg, Enthalpie des gesättigten Dampfes h" = 397,56 kJ/ kg.Die Verdampfungswärme h"-h' kann als Strecke r direkt auf demDiagramm abgemessen werden.

Fig. 3-4 Siedelinie und Sattdampflinie

Legende:1 Flüssigkeit2 Nassdampf3 Heissgas

➀

➁

3.2.2 Verhältnislinien x

3.2.3 Isothermen t

27

Die Werte für h' und h" bilden die jeweiligen Grenzkurven für dieSiedelinie links und der Sattdampflinie rechts vom kritischen Punkt K.Durch die Grenzkurven sind die Bereiche "flüssig", "Nassdampf" und"Heissgas" klar getrennt. Man stellt weiter fest, dass dieVerdampfungswärme r mit steigendem Druck abnimmt, um im kritischen Punkt K ganz zu verschwinden.

Nassdampf ist ein Gemisch aus siedender Flüssigkeit und Sattdampf.Mit den Verhältnislinien x können die Gas- bzw. Flüssigkeitsanteile imNassdampfgebiet bestimmt werden. x drückt den Anteil Gas imNassdampfgebiet aus, 1-x den Flüssigkeitsanteil. Entlang der Linie x =0,4 liegt also ein Gemisch aus 40 % Gas und 60 % siedendemKältemittel vor. x wird tabellarisch nicht aufgeführt, weil es sich umreine Verhältniszahlen handelt.

Fig. 3-5 Verhältnislinien x = konstant

Isothermen sind Linien gleicher Temperatur. Sie ändern ihreVerlaufsform sprungartig beim Wechsel des Aggregatszustandes. Inrealen Kältemitteldiagrammen sind die Isothermen im Flüssigkeits-und Nassdampfgebiet aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht ausge-zogen. Deren Verlauf ist aber durch kleine Winkel auf der Siedelinieangedeutet.

Im Nassdampfbereich verlaufen die Isothermen waagrecht, parallel zuden Isobaren. Eine Zufuhr von Wärme wird ausschliesslich für dieVerdampfung des Mediums gebraucht (latente Wärme).

Beispiel: Beim Druck p = 2,929 bar wird siedendes Kältemittel von 0 °C durch die Wärmezufuhr r = 197,56 kJ/kg in Sattdampf von 0 °C umgewandelt.

Im Heissgasbereich fallen die Isothermen steil ab. Eine geringeWärmemenge genügt hier, um die Temperatur rasch ansteigen zu las-sen (sensible Wärme). In diesem Bereich liegen die Isothermen des-halb merklich näher beieinander. Ein Ansteigen der Temperatur bewirktein Durchschneiden der Isothermen von links nach rechts. WirdSattdampf von 0 °C durch eine Wärmezufuhr von 80 kJ/kg überhitzt,steigt die Temperatur auf ca 80 °C.

10.009.008.007.00

6.00

5.00

4.00

3.00

2.00

Pre

ssur

e [B

ar]

50.00

40.00

30.00

20.00

1.000.900.800.70

0.60

0.50

Enthalpy [kJ/kg]

140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560

9Q165nR134a

x = 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90

28

Fig. 3-6 Linien gleicher Temperatur (Isothermen, t = konstant)

Im Flüssigkeitsbereich fallen die Isothermen mit zunehmenderEntfernung vom kritischen Punkt von oben nach unten steiler ab. Dasheisst wiederum, dass eine Änderung des sensiblen Wärmeinhaltssich auf die Temperatur unmittelbar auswirkt.

Beispiel:

Wird siedendem Kältemittel von 0 °C, Wärme von 40 kJ/kg entzogen,so kühlt es sich auf - 32 °C ab.

Die kritische Temperatur durchschneidet das Nassdampfgebiet nichtmehr. Sie berührt lediglich den kritischen Punkt. Isothermen, derenTemperatur über kritisch liegen, verlaufen ausschliesslich im überhitz-ten Gasbereich.

Eine weitere wichtige Grösse im Diagramm ist das spezifischeVolumen v. Es wird üblicherweise in m3/kg angegeben und zeigt, wiegross das Volumen von einem Kilogramm Masse bei einem gegebe-nen Druck p tatsächlich ist. In der Dampftafel werden zwei grundver-schiedene spezifische Volumina angegeben, nämlich das von sieden-der Flüssigkeit mit v' und dasjenige von Sattdampf mit v". Wie starkdiese Werte vom Aggregatszustand abhängen, zeigt ein Vergleich aufder Dampftafel für R134a Tabelle 3-1.

Bei einem Druck p von 2,929 bar und einer Temperatur t von 0 °Cbeträgt v' = 0,772 dm3/kg, (= 0,000772 m3/kg, Punkt A), während beigleichem Druck Sattdampf ein Volumen von 0,0691 m3/kg einnimmt(Punkt B). Das Volumen von Dampf vergrössert sich also um etwa das89-fache. Weil das Gasvolumen pro kg bei gewissen Drücken wesent-lich grösser als dasjenige der Flüssigkeit ist, wird die Einheit für v" vondm3/kg vielfach auf m3/kg gewechselt (1'000 dm3 = 1 m3).

3.2.4 Spezifisches Volumen v

10.009.008.007.00

6.00

5.00

4.00

3.00

2.00

Pre

ssur

e [B

ar]

50.00

40.00

30.00

20.00

1.000.900.800.70

0.60

0.50

Enthalpy [kJ/kg]

50 °C

0 °C

–32 °C

9Q166n

140 180 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560397,56

160 200

R134a

80

90

100

70

60

50

40

30

20

10

0

-10

-20

-30

-40

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

-10

-20

-30

-40

x = 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160

50 °C

0 °C

29

Fig. 3-7 Linien gleichen spezifischen Volumens. (Isochoren, v = konstant)

Dem spezifischen Volumen kommt in der Kältetechnik grosseBedeutung zu. Allgemein stellt man fest, dass das spezifischeVolumen von Kältemittel möglichst klein sein soll, um mit kleinemVolumen eine möglichst grosse Kältemittelmenge m zu transportieren.Es besteht zwischen der Kältemittelmenge m und dem spez. Volumenv folgender Zusammenhang:

V: Volumenstrom in m3/h

m = V m: Kältemittelmenge in kg/hv

v: spez. Volumen in m3/kg

Angenommen, ein Verdichter mit konstantem Fördervolumen V trans-portiert bei einem bestimmten Druck p1 eine gewisse Kältemittel-menge m. Eine Druckänderung auf p2 würde das spez. Volumen v undsomit die transportierte Kältemittelmenge nachhaltig beeinflussen.

Beispiel: v1 = 0,08 m3/kg, p1 = 2,929 bar (Punkt C),v2 = 0,10 m3/kg, p2 = 2,5 bar (Punkt D).

Die geförderte Kältemittelmenge m sinkt um 20%.

Im Nassdampfbereich und im Gebiet des überhitzten Dampfes befin-den sich die Isentropen. Es sind dies Linien gleicher Entropie s. DieEntropiezunahme ist ein Mass für die bei technischen Prozessen ent-stehenden Wärmeverluste. Sie ist eine kalorische Grösse wie dieEnthalpie und hat in jedem Zustand einen bestimmten Wert. Die absolute Grösse der Entropie ist unbestimmt. Sie wird von einemwillkürlichen Punkt, meist dem Normzustand (bei R134a: 0 °C) gerech-net.

Die Einheit der Entropie s ist kJ .kgK

3.2.5 Isentropen s

10.009.008.007.00

6.00

5.00

4.00

3.00

2.00

Pre

ssur

e [B

ar]

50.00

40.00

30.00

20.00

1.000.900.800.70

0.60

0.50

Enthalpy [kJ/kg]

140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560

9Q167nR134a

80

90

100

70

60

50

40

30

20

10

0

-10

-20

-30

-40

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

-10

-20

-30

-40

x = 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160

0.00

15

0.00200.0030

0.00400.0050

ν = 0,0020

ν = 0,0030

ν = 0,0040

ν = 0,0060

ν = 0,0080

ν = 0,010

ν = 0,015

ν = 0,020

ν = 0,030

ν = 0,060

ν = 0,080

ν = 0,10

ν = 0,150

ν = 0,20

ν = 0,040 A B C D

3.3 Zusammenfassung

30

Fig. 3-8 Linien gleicher Entropie (Isentropen, s = konstant)

Die Isentropen sind für den Kältefachmann vor allem im Gebiet desüberhitzten Dampfes von Nutzen. Entlang einer solchen Linie gleicherEntropie folgt die Verdichtung in einem idealen, d.h. verlustfreienVerdichter. Die lsentropen erlauben somit, die ideale (theoretische)Verdichtungsarbeit P pro kg Kältemittel durch den Vergleich derAnfangs- und der Endenthalpie (nach der Kompression) zu bestimmen.Dies wiederum ermöglicht es, auf den tatsächlichen Leistungsbedarfeines Verdichters zu schliessen.

Beispiel:

Ein Verdichter saugt Kältemittel im Zustand h1/p1 an und verdichtet esauf h2/p2. Die technische Arbeit P entspricht dabei derEnthalpiedifferenz h2 - h1. Ein realer Verdichtungsvorgang wäre miteiner Zunahme der Entropie verbunden (Verluste). Die Arbeitskurvekäme daher rechts vom Punkt h2/p2 zu liegen (gestrichelte Linie ---).

Der Aufbau des h, log p-Diagramms ist nun abgeschlossen. Mit seinerHilfe lassen sich die Zustände des Kältemittels in seinen verschiede-nen Phasen genau beschreiben. Dazu stehen die sechs Grössen zurVerfügung:

Bezeichnung Symbol Dimension

1. Druck p bar

2. Enthalpie h kJ/kg

3. Dichte r kg/dm3

4. Spezifisches Volumen v dm3/kg

5. Flüssig- Dampfanteil x * 100 in %

6. Temperatur t °C

7. Entropie s kJ/kg K

Mit dem h, log p-Diagramm kann man insbesondere Kälteprozessemit den Betriebspunkten der Kältemaschine übersichtlich darstellenund die Wirkung von Regeleingriffen auf die Maschine klar aufzeigen.

10.009.008.007.00

6.00

5.00

4.00

3.00

2.00

Pre

ssur

e [B

ar]

50.00

40.00

30.00

20.00

1.000.900.800.70

0.60

0.50

Enthalpy [kJ/kg]

140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560

R134a

80

90

100

70

60

50

40

30

20

10

0

-10

-20

-30

-40

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

-10

-20

-30

-40

x = 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160

ς =

1,75

ς =

1,70

ς =

1,80

ς =

1,85

ς =

1,90

ς =

1,95

ς =

2,00

ς =

2,05

ς =

2,10

ς =

2,15

ς =

2,20

ς =

2,25

s = 1,00 1,20 1,40 1,60

p2

p1

h2h1P

9Q168n

4. Mechanischer Aufbau der Kompressionsanlage

31

In der Kälte und Klimatechnik kommt heute zu mehr als 90% derKompressions-Kälteprozess zur Anwendung. Wesentliches Merkmalfür diesen Prozess ist die Verwendung von Kältemitteln, welche beider Verdampfungstemperatur t0 dem zu kühlenden Medium eine möglichst grosse Verdampfungswärme entziehen, dabei verdampfenund bei der Kondensationstemperatur tc unter beherrschbarenDrücken wieder verflüssigt werden können.

Der Verdichter erbringt die Arbeitsleistung und sorgt für denKältemitteltransport. Es handelt sich hier um den sogenanntenKaltdampf-Kälteprozess.

Eine andere Art der Kälteerzeugung ist mit dem Absorptions-Kälteprozess möglich. Hier wird das Kältemittel mit einem Lösungs-mittel im Absorber absorbiert und unter Zufuhr von Wärme imGenerator (Austreiber) wieder ausgetrieben. Die Funktionsweise derAbsorbtionskältemaschine wird im Kapitel "Der Absorptions-Kreis-prozess" erläutert.

Fig. 4-1 Möglichkeiten des Wärmeentzugs, Luft und Wasser, Verdunstung

4.1 Einleitung

32

Der Zweck des Verdichters besteht darin, das dampfförmigeKältemittel bei niedrigem Druck und niedriger Temperatur aus demVerdampfer abzusaugen, es zu verdichten und durch diesen Vorgangauf einen höheren Druck und eine höhere Temperatur zu bringen, beiwelcher das Kältemittel wieder verflüssigt werden kann.

Bei den Verdichtern unterscheidet man zwischen:

Hubkolbenverdichter

• offene• halbhermetische• vollhermetische

RotationskolbenverdichterSchrauben-,Scroll-,Zellenrad,-Wankel-,Turboverdichter

In der Klimatechnik ist die häufigste Anwendung derHubkolbenverdichter.

Fig. 4-2 Schnitt offener Tauchkolbenverdichter, Baureihe D, Firma Linde AG mit 2 Zylindern

Legende:1 Zahnrad-Ölpumpe2 Saugseite3 Zylinderbuchse4 Kolben5 Arbeitsventile6 Druckseite7 Überströmventil8 Gleitringdichtung9 Kurbelwelle10 Ölfilter11 Pleuelstange12 Kurbelgehäuseheizung13 Ölschauglas

4.2 Der VerdichterZweck der Verdichtung

Verdichter Bauarten

4.2.1 Hubkolbenverdichter

Arbeitsweise Zylinder desHubkolbenverdichters

4.2.1.1 Offene Verdichter

33

Der Verdichter besteht aus einem Zylinder mit Ventilen, in welchemein Kolben durch Motorantrieb hin und her bewegt wird. Beim Vergrössern des Zylinderholraums schliesst das obere Ventil. Bei angehobenem Ventil wird durch die untere Öffnung das Kälte-mittel angesaugt. Der Kolben komprimiert das Gas beim Verkleinerndes Zylindervolumens und drückt es in den oberen Raum, zugleichwird durch diesen Vorgang das Kältemittel im Kältekreislauf bewegt(siehe Fig. 4-3 und Fig. 4-4).

Fig. 4-3 Schnittzeichnung Fig. 4-4 Schematische Darstellung derZylinderkopf Funktionsweise

Legende:1 Einlassventil2 Dichtungen3 Zylinderkopf4 Ventilplatte5 Auslassventil6 schädlicher Raum7 Kolben8 Zylinderwand9 Zylinder

Den Komprimierungsvorgang kann man sehr leicht durch den Vergleichmit dem Aufpumpen eines Fahrradreifens erklären:

Beim Einpumpen der Luft in den Reifen wird die Luft komprimiert undüber das Ventil in den Reifen gepresst.

Das untere Ende der Luftpumpe wird warm, der Druck im Reifenerhöht.

Die für diesen Vorgang benötigte Arbeit wird durch den Menschenerbracht.

Durch mechanische Arbeit wird eine Druck- undTemperaturerhöhung erzielt.Die vom Verdichter erbrachte Leistung muss bezahlt werden.

Die Unterscheidung zwischen offenen, hermetischen und halbhermeti-schen Verdichtern hat nichts mit der Art der Kolben oder ähnliches zutun. Vielmehr bezieht sich diese Ausdrucksweise nur auf das VerhältnisVerdichter /Antriebsmaschine.Der offene Verdichter hat ein geschlossenes, unter Kältemitteldruckstehendes Gehäuse. Der Antrieb erfolgt ausserhalb vom Gehäuse ander Antriebswelle.

Fig. 4-5 offener Verdichter mit Keilriemen- Fig. 4-6 offener Verdichter mit antrieb Direktantrieb

Antriebe: alle möglichen Kraftmaschinen (Elektro-, Gasmotoren und ähnliches), entweder direkt auf der Welle oder mitRiementrieb.

Vorteil: Motor leicht austauschbar, bessere Möglichkeit der Reparatur.

Nachteil: Abdichtung der Wellendurchführung, Reibungs- und Antriebsverluste.

Anwendung: Für Leistungen von 0 – 1 MW geeignet, in der Klimatechnik eher weniger angewendet.

Beim halbhermetischen Verdichter ist der elektrische Antriebsmotorzusammen mit dem Verdichter im gleichen Gehäuse untergebracht.

Fig. 4-7 Halbhermetischer Verdichter (R22-Motorverdichter, Carrier)

Legende:1 Druckabsperrventil 9 Kurbelgehäuse 17 Ölstand2 Kolben 10 Motorgehäuse 18 Öldruck-Rückflussventil3 Kurbelwelle 11 Hauptlager 19 Motor4 Ölpumpe 12 Ansaugfilter 20 Druckausgleichrohr5 Lager 13 Gasdruckausgleich 21 Gaseintritt6 Ölsaugleitung 14 Saugabsperrventil7 Ölfilter 15 Ölwannen-Anschluss8 Zylinderkopf 16 Öldruckregulierungsventil

4.2.1.2 Halbhermetische Verdichter

34

Das Gehäuse mit dem Antriebsmotor und dem Verdichter ist zusam-mengeschraubt (gekapselt), der Motor ist mit einer Spezialisolierungzum Betrieb im Kältemittel versehen und wird durch den (kalten)Kältemitteldampf gekühlt. Da mit steigender Kälteleistung die Kühl-wirkung besser wird, können die Antriebsmotoren auch klein dimensioniert werden.

Vorteil: Trotz der gekapselten Bauweise ist eine Reparatur am Motor leicht möglich. Die Nachteile der Welle-abdichtung entfallen.

Nachteil: Empfindlich gegen Verunreinigungen, es darf keinerleiFeuchtigkeit oder Schmutz im Kältesystem sein. Das gesamte Kältesystem muss vor der Inbetriebnahme evakuiert werden.

Anwendung: Für Leistungen von etwa 3 – 500 kW geeignet. Grosses Anwendungsgebiet in der Klimatechnik.

Motor und Verdichter sind in einem verschweissten, dicht geschlosse-nen Gehäuse untergebracht.

Fig. 4-8 Hermetischer Verdichter

Legende:1) Gehäuse geschweisst A RotorB StatorC ZylinderD KolbenE PleuelF KurbelschleifeG KapselgehäuseH elektrische Anschlüsse

Der Name sagt bereits alles über die Bauart aus, das heisst es handeltsich um ein von aussen nicht mehr zugängliches, vollständig verkap-seltes Gerät.

4.2.1.3 Hermetische Verdichter

35

Vorteil: Durch die kompakte Bauweise preiswert. Häufig wer-den diese Verdichter bereits im Herstellwerk komplettmit Verdampfer und Verflüssiger zusammengebaut.Schutz gegen Verunreinigungen, Grossserienbau-weise; die hohe Präzision bei der Fertigung ermöglichteine lange Lebensdauer.

Nachteil: Keine Reparaturmöglichkeit, Ölkontrolle und Auswechseln der Ventile nicht möglich.

Anwendung: Im unteren Leistungsbereich, Kühlmöbel, kleine Klimageräte.

WichtigBei allen Verdichterarten muss für eine ausreichende Kühlung undSchmierung der beweglichen Teile gesorgt werden. Die Kühlung erfolgt meist durch den im Kreislauf vorhandenen kalten Kältemittel-dampf oder durch Kühlrippen und Umgebungsluft (ausgenommenbeim offenen Verdichter). Die Schmierung erfolgt meist durch ent-sprechendes Öl, wobei das Kriterium der Ölrückführung im Kälte-kreislauf durch geeignete Massnahmen beachtet werden muss.

Die Leistung des Verdichters Q0 wird durch den vom Verdichter geför-derten Kältemittelmassenstrom mk und die Zunahme der spezifischenEnthalpiedifferenz des Kältemittels im Verdampfer h1 - h3 bestimmt. h3

ist die Enthalpie des flüssigen Kältemittels vor dem Expansionsventil,h1 die Enthalpie des verdampften Kältemittels am Verdampferaustritt.

Q0 = mk • (h1 - h3)

Hauptfaktoren, welche die Leistung des Verdichters beeinflussen,sind:

- Hubvolumen, Funktion von Bohrung, Hub und Zylinderzahl- Toter Raum, verbleibender Raum zwischen Kolben und

Zylinder- Saug- und Druckventile, Form und Grösse sind

Auslegungsfaktoren

- Drehzahl- Saugdruck- Verdichtungsdruck- Kältemittel

Man unterscheidet zwei verschiedene Arten:

Eine mit Nuten versehene Walze wird angetrieben. Die Verdichtungerfolgt durch eine oder mehrere in die Nuten eingreifendeZahnscheibe.

Die Verdichtung erfolgt durch ineinanderkämmende Walzen, von denendie Antriebsseite schraubenförmig angeordnete Vorsprünge, die ande-re schraubenförmige Nuten hat. Durch unterschiedliche Gangzahl, mei-stens Antrieb = 4, Nuten = 6, entstehen in axialer Richtung wandern-de Verdichtungsräume.

Nur drehende Bewegung, keine Ventile, stufenlose Drehzahlregelung.

4.2.1.4 Leistung

a. mechanische Konstruktion

b. die Anwendung

4.2.2 Schraubenverdichter

a. Einrotoriger Schraubenverdichter

b. ZweirotorigerSchraubenverdichter

Vorteile gegenüber Hubkolben

36

Arbeitsweise:

Fig. 4-9 Schraubenverdichter

Legende:1 Zylinder2 Steuerschieber3 Ansaug4 Ausschub

Der Scrollverdichter oder auch Spiralverdichter genannt, zählt wie derSchrauben- und der Rollkolbenverdichter zur Gruppe der Rotations-verdichter.Die Verdichtung erfolgt durch eine fixe und eine rotierende Spirale. Die Spiralen rollen ineinander und erzeugen durch die spiralförmigeRotation die Verdichtung. Das verdichtete Gas wird im Zentrum ausge-stossen (Fig. 4-10, H). Da sich die Spirale fortlaufend dreht, befindetsich zu jedem Zeitpunkt Kältemittel mit unterschiedlichstem Druck imVerdichter. Daher läuft der nachfolgend gezeigte Prozess nicht schritt-weise sondern "endlos" (Fig. 4-10 A - H).

Fig. 4-10 Funktionsprinzip der Verdichtung mit einer Fig. 4-11 Typischer Scrollver-rotierenden und einer fixen Spirale dichter in vertikaler

Bauweise

4.2.3 Scrollverdichter

37

Der Scrollverdichter dürfte zurzeit die fortschrittlichste Verdichterbauartsein und wird zukünftig den Hubkolbenverdichter im Kleinstleistungs-bereich (1 – 50 kW) immer mehr verdrängen. Die Rotationsverdichtereignen sich für kontinuierliche Drehzahlsteuerung mittels Frequenz-Umformer, und dies verspricht einen noch effizienteren Energieein-satz.

Die Verdichtung erfolgt durch an der Innenwand eines Kreiszylindersabrollenden, auf der Welle exzentrisch gelagerten Kolbens.Anwendung nur im Bereich hermetischer Verdichter.

Verdichtungshub beginnt, Saug- Ansaugen von Kältemittel-und Druckseite sind geschlossen dampf und Verdichten

Fig. 4-12 Rollkolbenverdichter

Legende:1 Druckleitung2 Trennschieber3 Saugleitung

Die Verdichtung erfolgt durch Beschleunigung des Gasstroms imLaufrad und anschliessender Umsetzung der kinetischenStrömungsenergie in Druckerhöhung im Diffusor. Der Aufbau und dasBetriebsverhalten ist mit dem Radialventilator vergleichbar.Wegen der grossen Volumen ist der Anwendungsbereich eher beigrossen Kälteleistungen anzutreffen.

Vorteile: Dynamische Laufeigenschaften, geringer Verschleiss, gute Regelbarkeit.

Fig.4-13 Turboverdichter

4.2.4 Rollkolbenverdichter

4.2.5 Turboverdichter

38

Legende:Turbo-Motorverdichter mit Direktantrieb (Trane. Typ Cen Tra Vac). Rotor des Elektro-motors (6) und die beiden Laufräder (37 = erste Stufe, 18 = zweite Stufe) sitzen aufgemeinsamer Welle (33), von zwei Gleitlagern (12) mit axialem Bund getragen. AxialerSchubausgleich durch Gegeneinanderrichtung der Laufräder. Beide Lager durch Deckel(5) und Dichtringe (17) gegen Ölaustritt gedichtet. Druckölzufluss von Ölpumpe (21) überLeitung (3), Abfluss über Leitung (32) zum Ölbehälter. Motorgehäuse mit Spiralgehäusen(10 und 31) zusammengeflanscht, abgedichtet durch Labyrinthdichtung (13).Motorkühlung durch Kältemitteldampf, der aus Verdampfer über Kanal (8) mittels Venti-latoren (9) durch Motorgehäuse gesaugt und über (nicht sichtbare) Verbindungsrohrewieder in den Verdampfer zurückgefördert wird. Bei Motorkühlung mit Wasser nur Zirku-lation im geschlossenen Mantelraum. Dralldrosseln (14) an beiden Stufen. Kälteleistungim Klimabereich 0,8 bis 2,5 MW.

Leistungsbereiche von Kompressions- und Absorptionsmaschinenfür den Einsatz in der Kälte-, Klima- und Wärmepumpentechnik

Kompressions- und Absorptionsmaschinen Leistungsbereiche bei t0 ø 0 °Cfür den Einsatz in Kälte-, Klima- und Wärmepumpen-AnlagenVollhermetische Verdichter > 0 – 50.000 W(meist in Hubkolbenbauart, aber auch als Roll- oder Drehkolbenverdichter einschl. Sonderbauarten)Halbhermetische Hubkolben-Verdichter > 0 – 300.000 WOffene Hubkolben-Verdichter > 0 – 1 MWSchrauben-Verdichter 0,2 – 5 MWAbsorptions-Maschinen 0,35 – 6 MW(mit indirekter Beheizung:Dampf oder Heisswasser)Hermetische Turbo-Verdichter 0,35 – 6 MWOffene Turbo-Verdichter 0,35 – 30 MW

Fig. 4-14 Leistungsbereiche von Kompressions- und Absorptionsmaschinen

Durch den Verdichtungsprozess im Kältekreislauf hat das Kältemitteleine Druck- und Temperaturerhöhung erfahren.

Vorteil des höheren Druckniveaus:

Das Kältemittel hat eine höhere Verdampfungstemperatur. Betrachtetman den Verflüssigungsvorgang, so stellt man fest, das Kältemittel beihohem Druck durch Wärmeentzug kondensieren kann.

Wärmeentzug der zum Verdampfen und durch Verdichten desKältemittels zugeführten Energie (Abwärme)

Wärmeabgabe an ein Heizsystem (Wärmepumpe) oderWärmerückgewinnung der zum Verdampfen und durch Verdichten desKältemittels zugeführten Energie

In beiden Fällen geht es immer darum, dem dampfförmigenKältemittel soviel Wärme wie möglich zu entziehen und es vom gas-förmigen in den flüssigen Zustand zurückzuführen.

Verflüssiger Bauarten:

• Wassergekühlte Verflüssiger• Luftgekühlte Verflüssiger• Verdunstungsverflüssiger

4.3 Verflüssiger (Kondensator)

Zweck

39

4.3.1 Wassergekühlte Verflüssiger

Kühlmedien:

4.3.2 Luftgekühlte Verflüssiger

Arbeitsweise: Bei den wassergekühlten Verflüssigern sind in derKlimatechnik die Rohrbündel- oder Röhrenkesselverflüssiger diegebräuchlichsten.

Fig. 4-15 Schnittzeichnung durch einen Rohrbündelverflüssiger

Legende:1 Kühlmittel aus2 Kühlmittel ein3 Innenrohre4 überhitzter Kältemitteldampf tritt ein5 zur Flüssigkeitsleitung

Die Arbeitsweise ist bei diesen Bauarten sehr ähnlich: Das kalteKühlmittel durchströmt die Innenrohre, während sich das heisseKältemittel im Mantelraum oder in der Kältemittelleitung zunächstabkühlt und dann verflüssigt.

• Stadtwasser (Leitungswasser); teuer, unwirtschaftlich• Brunnen-, Flusswasser; nicht überall erlaubt• Seewasser; Salzgehalt• Kreislaufverbundene Systeme; Wärmerückgewinnung

Bei den luftgekühlten Verflüssigern wird das durch eine Rohrleitungströmende Kältemittel mittels der Umgebungsluft abgekühlt undändert dabei auch seinen Aggregatzustand.Wird die Umgebungsluft nicht mechanisch bewegt, spricht man vonstatisch belüftetem Verflüssiger, z.B. Kühlschrank-Rückseite.Anwendung bei kleineren Kühlleistungen.In der Klimatechnik werden jedoch Lamellenverflüssiger angewen-det, welche direkt in einem Luftkanal zur Wärmerückgewinnung mon-tiert sein können oder, mit einem Ventilator versehen, häufig auf demDach eines Gebäudes montiert sind.

Fig. 4-16 Luftgekühlte Verflüssiger

40

Legende:1 Axialventilator2 Anschluss für Druckleitung3 Anschluss zum Kältemittelsammler

Vorteile gegenüber wassergekühlten Veflüssigern:

• Wartungsfreier Betrieb, leichte Reinigung möglich• Wasser zu teuer, aggressiv, unrein• keine Vereisungsgefahr

Beim Verdunstungsverflüssiger wird meist zusätzlich zur Luftkühlungein Wasserstrom umgewälzt und über die Oberfläche derKühlschlangen mit dem Kältemittel geführt.

Fig. 4-17 Verdunstungsverflüssiger

Legende:

1 Radiallüfter 9 Drosselklappe 17 Fundamentstreifen2 Riemenschutzgitter 10 Druckausgleichsanschluss 18 Ansauggitter3 Elektromotor 11 Kältemittelaustritt4 Luftaustritt 12 Schwimmerventil5 Sprühdüsen 13 Entleerung6 Wassertropfenabscheider 14 Saugsieb7 Sprüheinrichtung 15 Autom. Abschlämmeinrichtung8 Kältemitteleintritt 16 Verflüssigerschlangen

In diesem Kreislauf wird nur der Wasserstrom umgepumpt, welcherzum Benetzen der Verflüssigerrohre erforderlich ist. Das verdunsteteWasser wird über eine Schwimmerregelung nachgeführt. Im Winter ist wegen der Frostgefahr das System zu entleeren und derVerflüssiger nur mit Luftkühlung zu betreiben.

Damit eine Kälteanlage richtig arbeiten kann, muss dieVerflüssigungstemperatur bzw. der Verflüssigungsdruck innerhalbbestimmter Grenzen gehalten werden.Hohe Verflüssigungsdrücke verursachen einen höherenLeistungsbedarf am Verdichter, was zur Überlastung desAntriebsmotors führen kann. Aus diesem Grund wird dieHochdruckseite mit entsprechenden Begrenzungs- undSicherheitsgeräten abgesichert.Niedrige Verflüssigungsdrücke ergeben am Expansionsventil einen zugeringen Druck der Kältemittelflüssigkeit, was zur unregelmässigenund instabilen Versorgung des Verdampfers und somit der eigentlichenKälteleistung führen kann.

4.3.3 Verdunstungsverflüssiger

Verflüssigerleistung

41

Die Leistung einer Kälteanlage steigt, wenn derVerflüssigungsdruck in zulässigen Grenzen = Arbeitsbereich desExpansionsventils sinkt. Die Leistung des Expansionsventils ist,wie beim Ventil im Wasserkreislauf, vom Druckabfall über demVentil abhängig.

Nachdem das Kältemittel nun wieder im flüssigen Zustand am Austrittdes Verflüssigers zur Verfügung steht, kann es wieder demVerdampfer zugeführt werden. Dieser Vorgang erfolgt über dasDrosselorgan.

Das Drosselorgan, Regler oder meist Expansionsventil genannt, hat imKälteprozess die Aufgabe, das flüssige Kältemittel von einem höherenDruck und einer hohen Temperatur auf einen niederen Druck und eineniedere Temperatur zu bringen. Das Kältemittel wird entspannt.Eine weitere Aufgabe besteht darin, dem Verdampfer nur soviel flüssi-ges Kältemittel zuzuführen, wie bei dem jeweiligen Betriebszustandder Anlage verdampfen kann.

• Kapillarrohr• handgesteuerte Drosselorgane• automatische Drosselorgane• thermostatische Drosselorgane• elektronische Drosselorgane

Die Entspannung beginnt im Drosselventil sofort nach der engstenStelle, z.B. am Ventilsitz. Bei diesem Vorgang verdampft bereits ein Teil des Kältemittels und entzieht dem flüssigen Anteil die Ver-dampfungsenthalpie. Dadurch sinkt die Kältemitteltemperatur auf die Verdampfungstemperatur (Druck) t0, ohne dass Wärme an dieUmgebung abgegeben wird – h = konstant.

Nachfolgend wird die Funktion des thermostatischen Expansions-ventils erklärt, da diese in der Lüftungs-/Klima-Technik die häufigsteAnwendung findet.

Mit den Ventilen wird nicht der Verdampferdruck sondern die Überhit-zungstemperatur nach dem Verdampfer geregelt. Die Ventilauswahl wird durch das verwendete Kältemittel bestimmt.

Fig. 4-18 Hauptbestandteile eines thermostatischen Ventils

4.4 Die Expansion

Zweck der Expansion

Bauarten der Expansionsorgane

Arbeitsweise der Expansionsorgane

4.4.1 Thermostatische Drosselventile

42

Legende:1 Kapillarrohr2 Regelorgan3 Regelfeder4 Sitz5 Ventilkegel6 Gehäuse7 Einstellschraube8 Temperaturfühler

Die Funktion des Ventils wird durch den Verdampferdruck p0 unddurch den Fühlerdruck p1 bestimmt.

Fig. 4-19 Schematischer Aufbau eines thermostatischen Ventils

Legende:1 Flüssigkeitsleitung2 Raum 23 Verdampfer4 Temperaturfühler5 Saugleitung6 Druckstift7 Regelfeder

Im Raum 2 herrscht der Fühlerdruck p1. Die Kraft F1 aus Fühlerdruckund Membranfläche wirkt immer als Öffnungskraft. Durch denDruckstift wird die Bewegung der Membrane auf den Ventilkegel über-tragen.Im Raum unter der Membrane steht der Verdampferdruck p0 und dieKraft F0 an und bewirkt die Schliessrichtung. Mit der Regelfeder kannman nun genau bestimmen, bei welcher Differenz zwischen Fühler-und Verdampfungsdruck das Ventil zu öffnen beginnen soll. Durch die-sen Zusammenhang wird auch die Füllung des Verdampfers bestimmt.

Fig. 4-20 Druckverhältnisse und Füllung des Verdampfers p1 = p0 + p3

43

Der Kältemitteleintritt ist bei A. Bei B soll das Kältemittel verdampftsein, um es zwischen B und C zu überhitzen.An C höhere Temperatur als an B, durch Regelfeder eingestellt. Durchdie Einstellschraube wird also die Arbeitsüberhitzung vorgewählt.

Je kleiner die Überhitzung, desto vollständiger die Füllung derVerdampferoberfläche. Punkt B wandert nach rechts.

Die Überhitzung kann nicht willkürlich gewählt werden, sondern istvon der Verdampferbauart, der Temperaturdifferenz zwischen dem zukühlenden Medium und Verdampfungstemperatur sowie von derKonstruktion des Drosselventils abhängig. Ausserdem schützt dieÜberhitzung den Verdichter gegen nicht ganz verdampftes Kältemittel.

Ein elektronisches Expansionsventil ist im Gegensatz zum thermostati-schen Expansionsventil ein Regelsystem, das Hilfsenergie benötigtund das normalerweise aus folgenden Komponenten besteht:

• dem eigentlichen Überhitzungsregler• dem elektronischen Stellglied Drosselventil• Sensorik ( Temperaturfühler, Druckfühler)

Im Gegensatz zum thermostatischen Expansionsventil welches als rei-ner P-Regler zu betrachten ist, verhält sich der Regelkreis mit elektro-nischem Expansionsventil als PID-Regelkreis, mit den entsprechendenVorteilen.

Fig. 4-21 Regelkreis mit elektronischem Expansionsventil

Der Überhitzungsregler kontrolliert (berechnet) die Temperaturdifferenzzwischen der Sauggas- und der berechneten Verdampfungstemperatur(TOH-TO), vergleicht diesen mit dem eingestellten Sollwert ∆T undregelt das elektronische Einspritzventil entsprechend (stetig). DerSollwert ∆T ist einstellbar zwischen 4 und 10 K.Das Kälteventil besteht aus einer in sich geschlossenen Armatur, dierobust und wartungsfrei und nach aussen hermetisch dicht ist. Durchdie präzise Stellungsregelung besitzt das Ventil eine hohe Auflösung.Die elektronische Schnittstelle ist für AC 24 V Betriebsspannung undein Stellsignal DC 0...10 V oder DC 4 ... 20 mA ausgelegt und hat eineStellungsrückmeldung von DC 0...10 V. Stromlos ist das Ventilgeschlossen.

Je nach Betrachtungsweise oder Anwendung der Kältemaschine liegtder Hauptverwendungszweck entweder beim Verdampfer (Wärme-Entzug) oder beim Verflüssiger (Wärmeabgabe). Bei einemWärmerückgewinnungssystem sind beide Aggregate gleichwertig ein-gebunden.

4.4.2 Elektronische Expanisonsventile

Regelkreis

Funktion

4.5 Verdampfer

44

ÜberhitzungsreglerDruckfühler

3371S05a

FilterKälteventil

TemperaturfühlerVerdampfer

Der Verdampfer hat die Aufgabe, einem zu kühlenden Medium Wärmezu entziehen. Die Temperatur im Verdampfer muss also immer tiefersein als das zu kühlende Medium.Der Verdampfer hat also nur den Zweck eine nicht gewünschteWärmemenge aufzunehmen und ihn an das im Verdampfer befindlicheKältemittel abzugeben. Bei diesem Vorgang verdampft das Kältemittel.

Verdampfer zur Flüssigkeitskühlung Verdampfer zur LuftkühlungDirekte VerdampfungIndirekte Verdampfung

Direkte VerdampfungBei der direkten Verdampfung wird das zu kühlende Medium direktdurch das verdampfende Kältemittel gekühlt.

Fig. 4-22 Direktverdampfer

Legende:1 Flüssigkeit, Verdampfereintritt2 zu kühlende Luft3 Gas Verdampferaustritt

Indirekte VerdampfungDer einzige Unterschied zur direkten Verdampfung besteht darin, dasszwischen Verdampfer und dem zu kühlenden Medium ein zweitesMedium (meist Wasser oder Wasser-Glykolgemisch) zwischengeschal-tet ist.

Direkte Verdampfung Indirekte Verdampfung

• niedrigere Anschaffungskosten • einfache Planung, Installationund Betrieb

• höhere Kältemitteltemperaturen • einfache Regelung an den Ver-brauchern

• kleinere Kälteverdichter • besserer Teillastbetrieb• geringere Energiekosten • Undichtigkeiten sind weniger

kritisch• Einsatz nur in Verbindung mit • keine Ölrückführungsprobleme

Einzelverdampfern oder wenigenVerdampfern zweckmässig

• Kältemaschinen und Zubehörliegen wartungstechnisch günstig im zentralen Maschinenraum

• Kühlen und Heizen ist möglich• beste Lösung bei weit verzweigten

Anlagen

Tabelle 4-1 Vor- und Nachteile der direkten und indirekten Verdampfung

Zweck der Verdampfung

Verdampfer Bauarten

Arbeitsweise der Verdampfer

45

Die am meisten verwendete Art ist der Rohrbündelverdampfer zurFlüssigkeitskühlung. Bei dieser Ausführung verdampft das flüssigeKältemittel in den Verdampferrohren und das Kühlmittel umströmt dieRohre.

Diese Art von Verdampfung nennt man auch trockene Verdampfung.Die Verdampferleistungen können zwischen 4 und 3500 kW liegen.Der Einsatz erfolgt in der Klimatechnik meist bei grossen und ver-zweigten Lüftungsanlagen zur Kühlung von Kaltwasser. Die Regel-grösse für den Kältekreislauf ist die Kaltwassertemperatur, meist 6/12°C ∆t = 6K. An dem kleinen ∆t kann man erkennen, dass Luftkühlergrosse Oberflächen haben.

Fig. 4-23 Schnitt durch einen Rohrbündelverdampfer

Legende1 flüssiges Kältemittel Ein2 Kühlmittel-Eintritt3 Kühlmittel-Austritt4 Kältemittelrohre5 Rohrboden6 gasförmiges Kältemittel Aus

Die Bauart unterscheidet sich unwesentlich von einem Rohrbündel-Verflüssiger.

Fig. 4-24 Schema einer Kaltwasser-Kühlanlage im Klimabereich

1 Ausdehnungsgefäss 9 Verflüssiger2 3-Weg-Ventil 10 Kaltwasserrücklaufleitung3 Luftkühler 11 Bypass-Leitung4 Magnetventil 12 Kaltwasservorlaufleitung5 thermostatisches Regelventil 13 Flüssigkeitsleitung6 Kaltwasserumwälzpumpe 14 Saugleitung7 Bündelrohrverdampfer 15 Druckleitung8 Kolbenverdichter

4.5.1 Rohrbündelverdampfer

Der trockene Verdampfer

46

TC

53035b

Plattenwärmeübertrager sind kompakte Apparate aus Edelstahlplatten.Sie werden in der gesamten Verfahrenstechnik und energieerzeugen-den Industrie eingesetzt. Ihre hauptsächlichen Vorteile gegenüberanderen Wärmetauschern sind:

• hohe Wärmeübertragungsleistung bei kleinem Bauvolumen, damit hoher Wärmerückgewinn und minimale Wärmeverluste

• geringer Flüssigkeitsinhalt, damit kurze Aufheiz- und Abkühlzeiten, hohe Dynamik bzgl. Temperaturänderungen bei Steuer- und Regelvorgängen

• modularer Aufbau, damit verbunden leichte und preisgünstige Anpassung an veränderte Leistungsanforderungen sowie leicht wartbares Bauprinzip

• geringeres Verschmutzungsrisiko und einfache chemische Reinigung durch stark turbulente Strömung und fehlende Toträume, einfache Demontage

• Die Prägung der Platten erzeugt einen hochturbulenten Durchfluss. Dies ermöglicht eine sehr effektive Wärmeübertragung schon bei geringen Volumenströmen.

Fig.4-25 Plattenwärmeübertrager in verschiedenen Bauformen und profilierte Platten

Bauteile eines Plattenwärmeübertragers:

• Das Plattenpaket, bestehend aus einer definierten Anzahl von einzelnen profilierten Platten (Fig. 4-25).

• Bei einem Einsatz von Plattenwärmetauschern in Kälteanlagenmüssen diese Kältemittel beständig sein. Um das Austreten von Kältemittel zu verhindern, werden die einzelnen Platten kältemittelseitig miteinander verlötet. Wasserseitig kommen meistens die üblichen Dichtungen zum Einsatz.

• Durch die Anschlüsse werden die am Wärmetausch beteilig-ten Medien hinein- und herausgeführt.

Aneinandergereihte, profilierte Platten mit Durchlassöffnungen bildenein Paket von Fliessspalten. Diese werden wechselseitig von den amWärmetausch beteiligten Medien durchströmt.Üblicherweise werden einwegige Plattenwärmeübertrager eingesetzt.Sie zeichnen sich durch 100%igen Gegenstrom der beiden Medienaus. Die zu- und abgeführten Rohrleitungen sind an der Festplatteangeschlossen.Mehrwegige Plattenwärmetauscher erreichen ebenfalls einen100%igen Gegenstrom beider Medien, wenn die Wegezahl für beideProdukte gleich ist. Das hat den Vorteil, dass die Temperaturdifferenzder zwei am Wärmetausch beteiligten Medien voll genutzt wird.

4.5.2 Plattenverdampfer(Plattenwärmeübertrager)

Aufbau

Funktion und Stromführung

47

Die luftgekühlten Verdampfer (und die Verflüssiger) haben gleicheBauformen. Wichtig ist die mechanische Konstruktion und Anordnungder Rohrreihen, damit eine gute Wärmeübertragung stattfinden kann.Die Zuleitung des flüssigen Kältemittels in den Verdampfer erfolgt übereinen Verteiler (Spinne), damit die Oberfläche des Verdampfers gleich-mässig beströmt wird.

Fig. 4-26 Verteilerdüse Fig. 4-27 Verteilung am Verdampfer

p1-p3 = Gesamtdruckabfall im VerteilerE = Prall- und Staustrecke mit momen-

taner Umlenkung der StrömungF = Drosselplatte (Staublende)G = stärkste Einschnürung der StrömungH = Turbulenzzone infolge unkontrollierter

Expansion

In der Klimatechnik kommen überwiegend Verdampfer für den An-wendungsbereich "T0 > 0 °C und zu kühlende Luft > 0 °C" vor. Bei der Lebensmittelkühlung liegen diese Werte häufig unter 0 °C. DieProblematik des Arbeitspunktes um 0 °C ist in der Möglichkeit derBetauung zu erklären, d.h., es müssen geeignete Massnahmen er-griffen werden, dass die Oberfläche des Verdampfers nicht betaut,bzw. dass sie bei Betauung enteist werden muss.

Die am häufigsten angewendeten Abtau-Methoden sind:

• Abtauen durch Ventilatornachlauf• Abtauen mit elektrischer Heizung (eher bei Kühlräumen)• Abtauen mit heissem Kältemitteldampf

Eine andere Art von Kühlmittelkühlung ist der Eisspeicher. Die An-wendung erfolgt häufig dort, wo kurzfristige Lasten auftreten oder zur Überbrückung von Stillstandszeiten des Verdampfers. Also immerdort, wo Kältereserven erforderlich sind.

Fig. 4-28 Schnitt durch einen Eiswassertank

4.5.3 Verdampfer zur Luftkühlung

4.5.4 Eisspeicher

48

Legende:1 Kühlmittelschlange2 Wasserstand3 Eis-Reserve

Der Verdampfer ist in einem mit Wasser gefüllten Behälter eingebaut.Durch den Verdampfungsprozess entsteht an der Oberfläche desVerdampfers eine Eisschicht, wodurch das Wasser länger kühl bleibt.Weitere Erklärungen und Beispiele folgen im Kapitel "Kältespeicher".

Wie wir spätestens jetzt erkannt haben, handelt es sich beimKältekreislauf um ein kritisches Gebilde. Warum?

• Medium kann flüssig und gasförmig sein• es herrschen unterschiedliche Drücke im System• Medium ändert bei unterschiedlichen Drücken seinen

Aggregatszustand• es muss sichergestellt sein, dass das Medium an bestimmten

Stellen im Kreislauf definierte Zustände hat• ausreichende Kühlung und Schmierung der Aggregate muss

gewährleistet sein

Damit diese Bedingungen erfüllt sind, befinden sich im Kältekreis wei-tere Bauelemente:

• Sicherheitsventile• Absperrventile• Überdrucksicherheitsschalter• Unterdrucksicherheitsschalter• Differenzdruck-Pressostate• Niederdruck, Hochdruck-Pressostate• Trockner• Sammler• Schaugläser• Überhitzer• Eine Einrichtung, welche die Schalthäufigkeit begrenzt (z.B.

max. 6 mal pro Stunde)• Schaltung für maximalen Arbeitsdruck (Maximal Operating

Pressure MOP)

Diese Bauteile und Funktionen sind eher für den Kälteanlagenbauervon besonderer Wichtigkeit und werden in diesem Kapitel nurerwähnt.

Fig. 4-29 Möglichkeiten der Kälteregulierung

4.6 Sicherheit im Kältekreislauf

49

53016

Mit über 90 % aller installierten Anlagen hat die Kompressions-Kälte-maschine zurzeit die grösste Bedeutung erlangt. Besonderes Gewichtfindet die Abbildung der jeweiligen Prozesszustände im h, log p-Dia-gramm. Die Möglichkeit der Sauggasregelung wurde ebenfalls mit indie Erläuterungen eingebunden. Weitere Möglichkeiten der Leistungs-regelung von Kältemaschinen werden in der Broschüre "StetigeLeistungsregelung im Kältekreislauf" behandelt.

Eine Kältemaschine besteht im wesentlichen aus vier Elementen:

Verdampfer (Fig. 5-1, 1): In ihm verdampft flüssiges Kältemittel beiniedrigem Druck und niedriger Temperatur. Die für die Verdampfungerforderliche Wärme wird dem zu kühlenden Medium (Luft, Wasser)entzogen.

Verdichter (Fig. 5-1, 2): Er saugt den Kältemitteldampf über dieSaugleitung aus dem Verdampfer weg. Das Gas wird verdichtet undüber die Druckleitung in den Verflüssiger ausgestossen. DasKältemittel verlässt den Verdichter mit hohem Druck und in stark über-hitztem Zustand (ca. 60 - 120 °C), immer noch gasförmig.

Verflüssiger (Fig. 5-1, 3): In ihm gibt das heisse Gas seine Wärme andas Kühlmedium (Luft, Wasser usw.) ab und kondensiert. DieVerdampfungswärme und die in Wärme umgewandelte Arbeit desVerdichters muss hier abgeführt werden. Das flüssige Kältemittel wirdanschliessend meistens in einen Flüssigkeitssammler geführt.

Expansionsventil (Fig. 5-1, 4): Es hat die Aufgabe, den hohen Druckder Kältemittel-Flüssigkeit auf den im Verdampfer herrschendenNiederdruck zu reduzieren. Im weiteren regelt das Expansionsventildie Füllung des Verdampfers unter den verschiedenenLastbedingungen. Dies erfolgt durch die Regelung der Gasüberhitzungam Verdampferausgang.

Fig. 5-1 Kältekreislauf mit wichtigsten Komponenten im h, log p - Diagram

Legende1 Verdampfer2 Verdichter3 Verflüssiger (Kondensator)4 Expansionsventil

Der eigentliche Wärmeträger ist das Kältemittel. Es übernimmt denTransport der Wärme im Kältekreislauf. Grundsätzlich kann jeder Stoffals Kältemittel verwendet werden, welcher sich bei technisch erreich-baren Drücken und bei den gewünschten Temperaturen verflüssigenund verdampfen lässt.

5.1 Allgemein

5.1.1 Bauelemente und ihre Funktion

5.1.2 Kältemittel und seineBetriebszustände

5. Der Kompressions-Kälte-Kreislauf im h, log p-Diagramm

50

p[bar]

h [kJ/kg]p

1

3

4

2

9Q169a

Wenn sich aber nur wenige Stoffe als Kältemittel einführen undbehaupten konnten, so liegt das an den mannigfaltigenAnforderungen, die an die physikalische und chemischenEigenschaften zu stellen sind und welche durch die Konstruktion undArbeitsweise der Kältemaschine bestimmt werden. Die Wahl desKältemittels hängt vom Anwendungsbereich der Kältemaschine ab. Inder Klimatechnik sind heute die Kältemittel R134a, R407C, R404A,R507 die gebräuchlichsten.

Die Zustände des Kältemittels in einer Kältemaschine lassen sich allge-mein darstellen:

Fig. 5-2 Kältekreislauf (Prinzip)

Legende:1 Verdampfer2 Verdichter3 Verflüssiger (Kondensator)4 Expansionsventil

Grundsätzlich unterscheidet man die verschiedenen Bereiche nach

5 Temperatur: 5a tiefe, 5b hohe Temperatur6 Zustand: 6a flüssig, 6b gasförmig7 Druck: 7a Niederdruck, 7b Hochdruck

An einer konkreten Kälteanlage werden im folgenden die physikali-schen Vorgänge in der Reihenfolge des Kälteprozesses erklärt und imh, log p-Diagramm dargestellt.

Die im Text verwendeten Buchstaben beziehen sich auf die Prinzip-zeichnung der Anlage (Fig. 5-3), wie auch auf alle weiteren Zeichnun-gen und dienen der Identifikation der Arbeitspunkte.

Es handelt sich um eine Luftkühlanlage für ein Rechenzentrum. Siebesteht aus einem einstufigen, sauggasgekühlten Verdichter, einemLamellenrohrverdampfer, einem thermostatisch geregelten Expan-sionsventil und einem zweistufig geregelten, luftgekühlten Verflüs-siger. Der Verflüssiger ist auf dem Dach des Gebäudes angeordnet,während Verdichter und Flüssigkeitssammler ein Stockwerk tiefer lie-gen. Der Verdampfer ist zwei Stockwerke tiefer in einer Klimaanlageeingebaut.

5.1.3 Die Anlage

51

1

3

4 2

7b

7a

6a 6b

5a

5b

9Q170a6

57

Leistungsdaten der AnlageKühlleistung: Q0: 25 kWVerdichterleistung: P: 8,75 kWBetriebsdatenKältemittel: R134aVerdampfungstemperatur: to : +5 °CVerdampfungsdruck (pabs): po : 3,5 bar (3,497)Kondensationstemperatur: tc : +45 °CKondensationsdruck (pabs): pc : 11,6 bar (11,592)

Fig. 5-3 Prinzip-Darstellung der Anlage

Legende1 Verdampfer 7 Steigleitung2 Verdichter 8 Saugleitung3 Verflüssiger 9 Wärmetauscher4 Expansionsventil 10 Magnetventil5 Differenzdruckventil 11 Isolationspacken

Druckausgleichsleitung 12 Kältemittelverteiler6 Flüssigkeitssammler

Fig. 5-4 Der Prozess im h, log p-Diagramm

52

10.009.008.007.00

6.00

5.00

4.00

3.00

2.00

11.60

3.50

Pre

ssur

e [B

ar]

50.00

40.00

30.00

20.00

1.000.900.800.70

0.60

0.50

Enthalpy [kJ/kg]

140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560

R134a

80

90

100

70

60

50

40

30

20

10

0

-10

-20

-30

-40

x = 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

-10

-20

-30

-40

ν = 0,040

0.00

15

0.00200.0030

0.00400.0050

ν = 0,0020

ν = 0,0030

ν = 0,0040

ν = 0,0060

ν = 0,0080

ν = 0,010

ν = 0,015

ν = 0,020

ν = 0,030

ν = 0,060

ν = 0,080

ν = 0,10

ν = 0,150

ν = 0,20

s =

1,75

s =

1,7

0

s =

1,80

s =

1,85

s =

1,90

s =

1,95

s =

2,0

0 s

= 2,

05 s

= 2,

10 s

= 2,

15 s

= 2,

20 s

= 2,

25

s = 1,00 1,20 1,40 1,60

C B

O

A

DD'

E F G

HK

N M

9Q173a

to = 15°C

Der Flüssigkeitssammler ist unmittelbar nach dem Verflüssiger ange-ordnet. In ihm staut sich das kondensierte Kältemittel. Sein Fassungs-vermögen ist so bemessen, dass die im Betrieb durch Temperatur-bzw. Laständerungen und Regeleingriffe entstehenden Füllungs-schwankungen ausgeglichen werden können. (Fig. 5-3)

Bei stillstehendem Verdichter befindet sich im Innern des Flüssigkeits-sammlers flüssiges und gasförmiges Kältemittel. Für jede Temperaturim Sammler stellt sich ein bestimmter Druck ein. Es ist der Siede-druck, auf dem h, log p-Diagramm mit Punkt A dargestellt (Fig. 5-4).Mit der sich ändernden Temperatur ändert sich auch der Druck: PunktA wandert bei stillstehender Anlage auf der Siedelinie.

Springt der Verdichter an, steigt der Druck im Verflüssiger und imFlüssigkeitssammler, bis der Betriebsdruck (in unserem Beispiel ca.11,6 bar) erreicht ist. Das Heissgas kondensiert bei 45 °C (Siedepunktvon R134a bei 11,6 bar). Im Verflüssiger wird dem Kältemittel mehrWärme entzogen als zur Kondensation nötig ist, weshalb diesesMedium eine Unterkühlung erfährt. Die Flüssigkeitstemperatur liegt in der Regel etwa 5 K unter der Kondensationstemperatur. Der PunktB liegt also links von der Siedelinie, in unserem Beispiel bei 11,6 barund 40 °C.

Durch die Flüssigkeitsleitung verlässt das Kältemittel den Sammlerund strömt zum Wärmetauscher. Hier kühlt sich das warme Konden-sat um einige Grad ab. Die Wärme geht an das kühle Sauggas über. In Fig. 5-5 verschiebt sich der Zustandspunkt bei gleichbleibendemDruck von B nach C. Die Temperatur beträgt dort 35 °C, die Enthalpie249 kJ/kg.

Fig. 5-5 Verlauf des Siededrucks (A) für das Kältemittel im Flüssigkeitssammler

Legende:1 flüssig2 Nassdampf

Es regelt die in den Verdampfer einströmende Kältemittelmenge undreduziert gleichzeitig den Druck. So bildet dieses Ventil den einenGrenzpunkt zwischen der Hoch- und der Niederdruckseite des Sys-tems. Im hier besprochenen Fall beträgt die Verdampfungstemperaturto = 5 °C, was einem Verdampfungsdruck von 3,5 bar entspricht. Der Verflüssigungsdruck von 11,6 bar muss also auf 3,5 bar reduziertwerden.

Das Expansionsventil baut den Druck zunächst auf ca. 4,4 bar ab(Strecke C-D in Fig. 5-6), während der nachfolgende Kältemittel-Verteiler einen weiteren Druckabfall von etwa 0,9 bar bewirkt (StreckeD-D').

5.2 Der Kältekreislauf im h, log p-Diagramm

5.2.1Der Flüssigkeitssammler

5.2.2 Das Expansionsventil

53

10.009.008.007.00

6.00

5.00

4.00

3.00

2.00

11.60

3.50

9Q171a

249

� ➁

p

[Bar]

0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 -10 0 20 40 60 80

50

40

30

20

10

0

-10

50

40

30

20

10

0

-10

200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480180 h [kJ/kg]

B

A

h1

C

35 °C 40 °C

Auf dem h, log p-Diagramm verschiebt sich der Betriebszustand nachdem Expansionsventil senkrecht nach unten, entlang der Isenthalpedurch C. Punkt D beschreibt den Zustand nach dem Expansionsventilund Punkt D' nach dem Verteiler, am Verdampfereintritt. Charakterisiertwird D' durch den Verdampfungsdruck po = 3,5 bar, den Wärmeinhalth1 = 249 kJ/kg und die Verdampfungstemperatur to = + 5 °C.

Weiter erlaubt der Punkt D' die Bestimmung des Flash-Gas-Anteils x.Er beträgt in diesem Beispiel ca. 20 % (x = 0,2). Dieser Kältemittel-anteil verdampfte bereits bei der Expansion (ohne Wärmeaustausch),d.h. nur 80 % der gesamten Verdampfungswärme werden dem zukühlenden Medium entzogen. Man hat daher ein Interesse, den PunktC möglichst weit links, in das Flüssigkeitsgebiet zu legen, d.h. dasflüssige Kältemittel möglichst stark zu unterkühlen.

Fig. 5-6 Verlauf des Betriebzustandes des Kältemittels über das Expansionsventil

Der Kältemittelverteiler speist die parallel geschalteten Rohre desVerdampfers durch genau gleich lange Kältemittelwege und gewährtso eine gleichmässige Beaufschlagung der Verdampferrohre. In diesenRohren erfolgt die weitere kontinuierliche Zustandsänderung. Der Gas-Anteil nimmt ständig zu, bis alle Flüssigkeit verdampft ist.Der im Verdampfer erzeugte Sattdampf ist im Diagramm mit Punkt Ebezeichnet.

E liegt rechts von D', jedoch bei etwas tieferem Druck, die Differenzentspricht dem Druckverlust im Verdampfer. Der Druck pOE im Punkt Ebeträgt 3,2 bar, die Enthalpie h2 ist auf 399 kJ/kg K angestiegen.

Die vom Kältemittel im Verdampfer aufgenommene Wärme ist etwasgrösser als die zur Erreichung des Sattdampfpunktes nötige Energie.Somit erhält das Kältemittel am Ende des Verdampfers eine Über-hitzung, welche üblicherweise 5...8 K beträgt.

Im h, log p-Diagramm (Fig. 5-7) ist der Endpunkt dieser Überhitzungmit F bezeichnet. Eine solche Überhitzung ist notwendig, damit keineTropfen von flüssigem Kältemittel in den Verdichter gelangen und dortdurch Flüssigkeitsschläge Schaden anrichten.

Die Überhitzungstemperatur ist die eigentliche Regelgrösse desExpansionsventils.

5.2.3 Der Verteiler und der Verdampfer

54

10.009.008.007.00

6.00

5.00

4.00

3.00

2.00

11.60

3.50

9Q174ap

[Bar]

200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480180 h [kJ/kg]

0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 -10 0 20 40 60 80

50

40

30

20

10

0

-10

50

40

30

20

10

0

-10

B

C

DD'

249h1

4.40

0,1

x =

0,22

55

Fig. 5-7 Zustandsverlauf des Kältemittels über den Verdampfer

Der Sattdampfpunkt E liegt also nicht am Ende des Verdampfers(siehe Fig. 5-8, ←E→) und ist auch nicht fest, sondern verschiebt sichin Abhängigkeit der jeweiligen Laständerung.

Fig. 5-8 Überhitzung am Verdampfer

Im Beispiel entspricht die Überhitzung ∆tü einer Druckdifferenz ∆pü von0,8 bar. Das ∆pü ist am Ventil einstellbar und bildet mit dem Verdam-pferdruck p0 an der Ventilmembrane die Gegenkraft zum Fühlerdruckp1. Dieser Druck entspricht der Temperatur am Fühler. Er entstehtdurch Verdampfung der Fühlerflüssigkeit.

Im Gleichgewichtszustand vermag das in den Verdampfer eingespritz-te Kältemittel zu verdampfen (E) und sich zusätzlich zu überhitzen (F).Sinkt nun die Last (z.B. wegen einer tieferen Lufteintrittstemperaturam Verdampfer), nähert sich der Sattdampfpunkt E dem Verdam-pfungsausgang, und die Überhitzung nimmt ab. In der Folge sinkt derFühlerdruck p1, das Ventil schliesst und reduziert die Füllmenge imVerdampfer, bis sich ein neuer Gleichgewichtszustand im Verdampfer,bis sich ein neuer Gleichgewichtszustand mit p1' = p0' + ∆pü einstellt.Damit die Druckverluste im Verteiler und Verdampfer die Überhitzungnicht zu stark beeinflussen, wird als Vergleichgrösse anstatt p0 amVerdampfereingang der Druck p0E am Verdampferausgang gemessenund zur Ventilmembrane geführt (siehe Fig. 5-3, Nr. 13 und 8). p1 - p0E = ∆pü = konst.

Über die Saugleitung gelangt das Gas aus dem Verdampfer zumVerdichter. Wegen der Gefahr von Schwitzwasserbildung oderVereisung auf der Sauggasleitung wird diese in der Regel isoliert. Daskalte Sauggas gelangt anschliessend zum Wärmetauscher, wo eszusätzlich erwärmt wird (F - G), während sich andererseits das warmeKondensat weiter unterkühlt (B - C).

5.2.4 Die Saugleitung und derWärmetauscher

10.009.008.007.00

6.00

5.00

4.00

3.20

2.00

11.60

3.50

3.00

9Q175a

0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 -10 0 20 40 60 80

50

40

30

20

10

0

-10

50

40

30

20

10

0

-10

B

C

D

E F

399249h1

to = 5°C

∆pü

h2

∆tü

p

[Bar]

200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480180 h [kJ/kg]

D'

Das Gas wird nun durch die Saugleitungen und das Saugdrosselventilzum Verdichter gesaugt. Zu beachten ist hierbei der Druckverlust, erstin der Leitung: Punkt G fällt auf H mit ∆p = 0,5 bar. Dann im Ventil:Punkt H fällt weiter auf K. Der Druckverlust über dem vollgeöffnetenSaugdrosselventil soll 0,3 bar nicht übersteigen.

Das Regelventil regelt die Kälteleistung zwischen 25 und 100%. DieErklärung der Funktionsweise der Regelung und die hierfür notwendi-gen maschinenseitigen Vorkehrungen werden in diesem Artikel nichtbehandelt. Das Ventil erscheint daher im h, log p-Diagramm als blosse,ganz geöffnete Armatur mit ∆p ~ 0,3 bar (H - K).

Fig. 5-9 Druckverlust x in der Saugleitung (G → H)

Legendez = bleibender Druckverlust am Regelventil1 = Überhitzen2 = Unterkühlen

Er erzeugt den Druckunterschied und bewegt damit das Kältemittel.Man unterscheidet drei verschiedene Bauweisen: hermetisch, halb-hermetisch und offen. Bei den zwei ersten Arten ist der elektrischeAntrieb mit dem Verdichter in einem gemeinsamen Gehäuse unter-gebracht und wird mit dem Sauggas gekühlt. Der Motor ist für denBetrieb im Kältemittel besonders isoliert. Diese Bauweise hat denVorteil, dass bei der Wellendurchführung zwischen Motor und Ver-dichter kein Kältemittel verloren geht. In Klima-Kälteanlagen werdendie halbhermetischen Verdichter am häufigsten angewandt.Der Verdichter saugt das Gas im Zustand K an. Die Druckdifferenz G - K ist der Druckverlust an der Saugleitung inklusive dem voll ge-öffneten Sauggasventil. K entspricht dem Saugdruck p0S von etwa 2,4bar, einem Wärmeinhalt h3 = 413 kJ/kg und einer Sauggastemperaturt0S = 17 °C. Der Punkt K liegt ausserdem auf der Isentrope mit

s1= 1,8 kJ/kg K.

In einem idealen, d.h. verlustlosen Verdichter würde die Gaskompres-sion dieser Linie gleicher Entropie bis zum erwünschten Druck folgen(adiabatische Verdichtung).

Der Enddruck entspricht dem Kondensationsdruck pc. Er hängt u.a. von der Dimensionierung des Verflüssigers ab und beträgt in unseremFall 11,6 bar. Die theoretische Verdichterleistung pth ist das Produkt aus dem theoretischen Arbeitsaufwand

wth = (h4 - h3) und dem Kältemittelmassenstrom:

Anmerkung

5.2.5 Der Verdichter

56

(Bestimmung der umlaufenden Kältemittelmenge siehe Kapitel 5.5)

pth = m • (h4 - h3) ⇒ 600 kg/s • (450 - 413) kJ/kg = 6,16k3600s/h

Die theoretische Temperatur auf der Gasausstossseite würde 70 °Cbetragen.

Fig. 5-10 Theoretischer und realer (K → M) Verlauf der Betriebszustandsänderung im Verdichter

Ein real arbeitender Verdichter ist aber mit erheblichen Verlustenbehaftet. Man unterscheidet einerseits die volumetrischen Verluste,hervorgerufen durch:

• die Wärmedehnung des Saugdampfes beim Einströmen in den Verdichter infolge der Aufheizung an wärmeren Flächen (Motorwicklung, Kolben, Zylinder usw.)

• die Undichtheit zwischen Kolben und Zylinder• die Undichtheit der Arbeitsventile• den "nicht nutzbaren Raum" im Zylinder, der mit Restgas

gefüllt bleibt, das sich beim Saughub im Zylinder wieder ausdehnt und dadurch dessen Füllung mit neu angesaugtem Kältemittel vermindert

• und andererseits die mechanischen Verluste durch- Reibung zwischen den beweglichen Teilen- zusätzliche Arbeitsleistung (z.B. der Ölpumpe)

Die wegen den Verlusten zu leistende Mehrarbeit des Verdichters ver-schiebt in Fig. 5-11 den Punkt pc/h4 in Abhängigkeit des effektivenWirkungsgrades und bei gleichbleibender Druckhöhe pc weit nachrechts zum Punkt M. Man kann M finden, indem man die Enthalpie-differenz h4 - h3 aus der effektiven (gegebenen) Verdichterleistung Peff

und dem Massenstrom m berechnet. Dafür ist die vorher benützteGleichung für die theoretische Verdichterleistung umzuformen, d.h.nach der Enthalpiedifferenz aufzulösen:

h4’ - h3 = p = 8.75• 3600 = 52.5kJ/kg

m 600

Bei h3 = 413 kJ/kg folgt daraus: h4' = 465,5 kJ/kg

57

Der Punkt M liegt auf der Isotherme t = 85 °C. Dies ist die Temperaturdes verdichteten Gases. Sie kann im Bereich 80 ... 120 °C liegen. Siemuss aber auf jeden Fall unter der Zersetzungstemperatur des imKältemittel gelösten Schmieröls liegen, denn zersetztes Schmieröl bildet mit dem Kältemittel Säuren, die auf Metallteile und Isolationenvon Motorwicklungen zerstörend wirken.

Durch die Heissgas-(Druck)-Leitung verlässt das Kältemittel den Ver-dichter in stark überhitztem Zustand (Punkt M) und gelangt schliess-lich in den Verflüssiger. Zunächst muss am Anfang des Verflüssigersdas Heissgas bis auf die durch den Druck gegebene Kondensations-temperatur tc abgekühlt werden.

Die durch Pressostaten gesteuerten Ventilatoren treiben Kühlluft durchdie feinen grossflächigen Lamellen des Verflüssigers, was einen inten-siven Wärmeaustausch zwischen dem nun kondensierenden Gas undder Luft bewirkt. Gegen das Ende der Rohrreihen ist das Kältemittelvollständig verflüssigt und wird anschliessend durch die Temperatur-differenz zwischen der Kühlluft und dem kondensierten Kältemittelunterkühlt. Das Kältemittel gelangt nun durch die Flüssigkeitsleitung B wieder zurück und in den Sammler.

Die drei Zonen des Verflüssigungsvorganges zeigen sich im h, log p-Diagramm mit der Enthitzungsstrecke M → N, der eigentlichenVerflüssigung N → O und der Unterkühlung O → B.

Die Kühlung des Verflüssigers wird meist über den Kondensations-druck oder die Kondensationstemperatur geregelt.

Fig. 5-11 Die drei Phasen des Verflüssigungsvorgangs und die Arbeitspunkte der Steuerung der Verflüssigerventilatoren

Die Arbeitspunkte für die Steuerung der Verflüssigerventilatoren sindin unserem Beispiel:

bei tc = + 30 °C 1. Ventilator aus I = 0

+ 35 °C 2. Ventilator aus II = 0

+ 40 °C 1. Ventilator ein I = 1

+ 45 °C 2. Ventilator ein II = 1

58

5.2.6. Die Heissgasleitungen und derVerflüssiger

Aus Fig. 5-4 geht deutlich hervor, dass bei tiefen Flüssigkeitstempera-turen (Punkt A) ein relativ niedriger Druck im Sammler herrscht.Springt die Kältemaschine an, genügt die Druckdifferenz zwischen Aund D meist nicht, um genügend Kältemittel durch das Expansions-ventil zu pressen. Dies führt zu einem Flüssigkeitsmangel im Ver-dampfer. Die Maschine würde über den Niederdruckpressostaten wieder abgeschaltet. Es wird deshalb über eine Bypassleitung und ein Differenzdruckventil von der Druckseite am Verdichter Gas in denFlüssigkeitssammler gepresst, sobald eine bestimmte Verflüssiger-temperatur tc (ca. 30 °C) unterschritten wird (vgl. Fig. 5-3 und Fig. 5-5).

Flüssigkeiten können praktisch nicht verdichtet werden. Der Verdichternimmt deshalb Schaden, wenn ihm flüssiges Kältemittel zugeführtwird. In diesem Fall schlägt der Kolben gegen ein Medium, das nichtkomprimierbar ist. Man nennt diese Stösse im HubraumFlüssigkeitsschläge.

Wird die Anlage ausser Betrieb gesetzt, kann sich vor dem Verdichterflüssiges Kältemittel ansammeln, das bei erneutem Einschalten durchden Verdichter angesaugt wird und dort Flüssigkeitsschläge verur-sacht. Um dies zu vermeiden, ist auf der Hochdruckseite, vor demExpansionsventil, oft ein Magnetventil eingebaut, das beim Ausschal-ten der Anlage schliesst und so ein Nachströmen von Kältemittel inden Verdampfer verhindert. Der Verdichter läuft dann so lange weiter,bis saugseitig der Druck den am niederdruckseitigen Pressostaten eingestellten Wert unterschreitet. In diesem Fall spricht man vomAbsaugen des Verdampfers oder "Pump down". Mit dieser Vorkehrungwird gleichzeitig die Niederdruckseite vor zu hohem Druck geschützt,welcher durch Verdampfung allfällig vorhandener Restflüssigkeit beiStillstand entsteht.

Im Kältekreis befindet sich neben dem Kältemittel zumeist auch einegewisse Menge Schmieröl im Umlauf. Mit der Kältemittelmenge ver-glichen ist der Ölanteil gering (ca. 2 %). Das Schmieröl dient demVerdichter zur Schmierung der mechanischen Teile und kann nicht voll-ständig vom transportierten Gasstrom getrennt werden. Es wandertmit dem Kältemittel durch die gesamte Kälteanlage. Im Verdampfer,dem Ort der tiefsten Temperatur, hat es die grösste Zähigkeit.

Das Öl wird nach dem Verdampfer teilweise in Form feiner schweben-der Tröpfchen mitgerissen. Der grösste Teil wird aber als Film an denRohrwandungen vorwärts getrieben. Dabei muss das Öl mituntererhebliche Steighöhen überwinden (in unserem Beispiel zwei Stock-werke). Um einen sicheren Öltransport zu gewährleisten, ist daherbei der Bemessung der Kältemittelleitungen eine ausreichendeStrömungsgeschwindigkeit vorzusehen. Höhere Geschwindigkeitenverursachen allerdings höhere Druckverluste. - Druckverluste,Leitungsquerschnitte und Strömungsgeschwindigkeiten stehen ganzallgemein in einem gegensätzlichen Verhältnis. Leitungen werdendaher nach einem wirtschaftlich vertretbaren Kompromiss dimensio-niert. - In unserem Beispiel rechnen wir mit einem Durchmesser derSaugleitung von 42 mm (A = 1385 mm2). Bei einem spezifischenVolumen v = 0,071 m3/kg (Punkt G) und einem Kältemittelstrom = 600 kg/h erhöht man bei voller Leistung folgende Strömungsge-schwindigkeit v:

v = m • v = 600 • 0,071 • 106

= 8,5 m/sA 3600 • 1385

5.2.7 Druckhochhaltung imFlüssigkeitssammler

5.3 Weitere Anlagenteile und ihreProbleme

5.3.1 Das Magnetventil vermeidetSchäden

5.3.2 Der Öltransport

59

Gemäss Erfahrungen muss im vorliegenden Fall eineMinimalgeschwindigkeit von ca. 5 m/s eingehalten werden. DieseForderung ist also erfüllt. Im Punkt K ergibt die Rechnung

v = 11,4 m/s.

Wird die umlaufende Kältemittelmenge durch eine Leistungsregelungbeeinflusst, ist dem Ölrückführung besondere Beachtung zu schenken.Die Leitungen werden in solchen Fällen an senkrecht ansteigendenStellen in zwei Stränge unterschiedlicher Durchmesser aufgeteilt (vgl.Fig. 5-3, Pos. 7 Steigleitung). Fällt wegen Leistungsregelung und damitverminderter Gasgeschwindigkeit der Öltransport aus, so sammeltsich das Öl im unteren Bogen (I) an und unterbricht den Gasstrom inder Hauptleitung.

Der Kältemitteldampf wird dann über die Bypassleitung mit engeremQuerschnitt (II) transportiert. Diese ist so bemessen, dass der Öltrans-port bei Minimallast noch gewährleistet bleibt.

Das Öl absorbiert Kältemittel. Je kälter das Öl, desto mehr Kältemittelkann es aufnehmen. Steigender Druck erhöht ebenfalls die Löslichkeit.Bei Stillstand sammelt sich das Öl vorwiegend in der Kurbelwanne an.Beim Start sinkt der Druck plötzlich ab, das gelöste Kältemittel ver-dampft wieder und lässt das Öl in der Kurbelwanne aufschäumen.

Diese Schaumbildung hat weitere Folgen:

1) Die Ölpumpe kann den Schaum nicht fördern, der Öldruck bricht zusammen.

2) Im Verdichtungsraum verursacht der Schaum Flüssigkeitsschläge.

3) Durch Ölabwanderung kann im Verdichter Ölmangel auftreten.

Damit das Öl möglichst wenig Kältemittel aufnimmt, wird die Kurbel-wanne bei ausgeschalteter Anlage elektrisch beheizt. Bei grösserenKompressoren wird die Ölförderung mit einem Differenzdruck-Pressostaten überwacht.

Sollte aus irgendwelchen Gründen das Kühlmedium für die Verflüssi-gung des heissen Gases ausbleiben, so wird der Druck nach demVerdichter über den zulässigen Wert pcmax steigen und den Verdichterüberlasten. Um die Anlage zu schützen, befindet sich auf der Hoch-druckseite ein Pressostat, welcher bei Überschreiten des maximalzulässigen Druckes den Antriebsmotor abschaltet.

Der Ausschaltpunkt pcmax beträgt in der besprochenen Anlage 14 bar,dies entspricht einer Kondensationstemperatur tc von 52,5 °C. dieVerdichtungstemperatur würde in diesem Fall weit höher als imNormalbetrieb (85 °C) ansteigen.

Andererseits kann es vorkommen, dass zu wenig Kältemittel zirkuliertoder zu wenig Wärme für die Verdampfung zufliesst. In beiden Fällenvermindert sich der Druck auf der Niederdruckseite des Verdichtersund damit auch die Verdampfungstemperatur to. Deshalb wird beiUnterschreiten eines bestimmten Druckes pomin der Kompressor durch einen Niederdruck-Pressostaten (ND-Pressostat) ausser Betriebgesetzt.

Nochmals: Schmieröl undKältemittel

5.3.3 Die Sicherheitsorgane

60

Der Ausschaltpunkt pomin des ND-Pressostaten wird hier mit 1,8 bargegeben, dies entspricht einer Temperatur von - 12 °C.

Sauggasgekühlte Verdichtermotoren bedürfen immer einer minimalenKältemittelmenge zu ihrer Eigenkühlung (ca. 40 % der Gesamt-menge). Bleibt das Kältemittel aus, so läuft der Motor Gefahr, sich zuüberhitzen. Zur Vermeidung von Schäden durch Überhitzung ist beiallen Verdichtern halbhermetischer und hermetischer Bauart ein Über-temperaturschutz auf oder in der Wicklung (Klixon) eingebaut. Durchdiese thermische Sicherung wird bei Übertemperatur die Stromzufuhrunterbrochen.

Sinkt der Schmieröldruck unter einen bestimmten Wert, schaltet einÖldruckdifferenz-Sicherheitsschalter nach einer bestimmten Zeitver-zögerung den Antriebsmotor aus. Beim Start des Verdichters wird dieser Schalter überbrückt.

Ein Thermopaket am Motorschutzschalter unterbricht ebenfalls dieStromzufuhr, falls die Stromaufnahme den eingestellten zulässigenWert übersteigt, z.B. bei Überlast.

Beim Anlauf nimmt ein Elektromotor ein Mehrfaches seines Betriebs-stromes auf.

Folgende Vorkehrungen vermindern den Anlaufstrom:

• Stern-Dreieck-Anlauf• Teilwicklungsstart• Anlaufentlastung (ein Magnetventil öffnet einen Bypass

zwischen Hochdruck- und Niederdruckseite des Verdichters und entlastet diesen durch Dekompression).

Fig. 5-12 Ein- und Ausschaltpunkte für den Verdichter (1 = ein, 0 = aus)

Wenn keine Kühlleistung mehr verlangt wird, schliesst das Magnet-ventil die Flüssigkeitsleitung. Der Verdichter saugt den Verdampfer leer und wird dann über den ND-Pressostaten abgestellt. Meistensschliesst das Ventil nicht absolut dicht, so dass auch im Stillstand einegewisse Kältemittelmenge in den Verdampfer gelangt, verdampft undso den Druck ansteigen lässt. Übersteigt der Druck den am ND-Pressostaten eingestellten Wert, läuft der Verdichter kurz an und saugtden Verdampfer wieder leer.

Der Einschaltbefehl durch die externe Regelung öffnet das Magnet-ventil in der Flüssigkeitsleitung wieder. Sind alle Glieder der Sicher-heitskette geschlossen (ND- und HD-Sicherheitspressostaten, Klixon,Öldruck), läuft der Verdichter mit entlasteten Zylindern an.

Die Maschine stellt ab...

...und springt wieder an

61

Nach einer gewissen Verzögerungszeit wird der Öldruck-Wächter zu-geschaltet und die Anlaufentlastung aufgehoben. Langsam erwärmtsich die Hochdruckseite, und nach wenigen Minuten ist der Betriebs-zustand wieder erstellt.

Bei jedem Einschalten erwärmt sich die Motorwicklung erheblich, jehäufiger, desto gefährlicher. Eine Wiederanlaufsperre verhindert während einer bestimmten Zeit das erneute Anlaufen des Verdichtersund vermeidet so die Überhitzung des Motors.

Im h, log p-Diagramm erscheinen die zu- und abgeführten Wärme-mengen pro kg Kältemittel als abmessbare Strecken. Die entsprech-ende Wärmeleistung erhält man durch Multiplikation der betreffendenEnthalpiedifferenz ∆h mit der zirkulierenden Kältemittelmenge:

Q = m • ∆h

Wärmeleistung beim Verdampfen (= Kälteleistung):

Qo = m • (h2 - h1)

Verdichterleistung:

Peff = m • (h4' - h3)

Verflüssigerleistung:

Qc = m • (h4' - h1)

Weil die Verdampfungswärme und die in Wärme umgewandelteVerdichterarbeit im Verflüssiger wieder abgegeben werden müssen,lautet die Bilanz:

Qc = Qo + Peff

Die Wärmeströme B - C = h1' - h1 und F - G = h3 - h2' sind identischund reiner Wärmeaustausch im System. Die Überhitzungswärme E - Fwird teils der gekühlten Luft (Verdampfer), teils der Umgebung(Saugleitung) entzogen.

Anstatt die gesamte Wärmemenge Qc an die Umwelt abzugeben, könnte durch geeignete Massnahmen (siehe Broschüre "Wärmerück-gewinnung im Kältekreislauf") dieser Wärmestrom aufgrund seinerTemperatur zu Heizzwecken sinnvolle Verwendung finden.

Fig. 5-13 Noch offen

5.4 Die energetische Bilanz

62

Um die Wirtschaftlichkeit einer Kältemaschine bestimmen zu können,vergleicht man durch die Leistungszahl ε (Epsilon) den Nutzen(Kälteleistung Qo) mit dem Aufwand (Antriebsleistung P):

ε = Qo = h2 - h1 • m = h2 - h1

Peff (h4’ - h3) • m h4’ - h3

Für die reale Leistungszahl der gesamten Anlage sind ausserdem dieEnergieaufwendungen zu berücksichtigen für die Förderung derWärmeübertragungsmedien auf der kalten und der warmen Seite desKreisprozesses, und zwar sowohl hinsichtlich des Energieverbrauchsals auch im Hinblick auf die aus diesem resultierende Wärmeabgabe(z.B. Ventilatorwärme).

Die im h, log p-Diagramm abmessbare Strecke ∆' - E (siehe Fig. 5-7)ist die nutzbare Verdampfungswärme ∆h. Sie kann durch dieEnthalpiedifferenz h2 - h1 genau bestimmt werden und ist zurBerechnung der in der Maschine zirkulierenden Kältemenge m wichtig. Bei gegebener Kälteleistung Qo lässt sich die umlaufendeKältemittelmenge m errechnen:

Qo = m • ∆h = m • (h2 - h1)

m = Kältemittelmenge in kg/h

Qo = Kälteleistung in kW

∆h = Enthalpiedifferenz h2 - h1 in kJ/kg

m = Qo • 3600 → 25kJ/s• 3600 s = 600 kg/h

h2 - h1 399 - 249kJ/kg

Der Kältemittel-Massenstrom ist bei einem bestimmten Betriebszu-stand an allen Stellen des Kreislaufes der selbe, ob nun das Mediumflüssig (in der Flüssigkeitsleitung) oder dampfförmig (Saugleitung, Ver-dichter, Druckleitung) ist. Das spezifische Volumen hingegen variiertstark mit dem Druck, und die Strömungsgeschwindigkeit ändert inAbhängigkeit des Volumens und des Rohrquerschnittes. Diese Über-legungen sind bei der später folgenden Diskussion über die Ölrück-führung wichtig.

Die umlaufende Kältemittelmenge lässt sich auch grafisch, anhand derKälteventilauswahl-Diagramme bestimmen. Hierzu sind die Angabenüber die Kälteleistung Qo, die Verdampfungstemperatur to und dieKältemittelflüssigkeitstemperatur tfl in Punkt C nötig.

In unserem Beispiel:

Qo : 25 kW

tfl : + 34 °C

t0 : + 5 °C

Kältemittel : R134a

5.5 Bestimmung der umlaufendenKältemittelmenge

m = konstant

63

Fig. 5-14 Auslegungs-Diagramm zur Bestimmung des Massenstroms und der Kälteventile

In diesem Kapitel wurden die technischen und physikalischen Zustän-de einer Kälteanlage beschrieben, vorwiegend im Volllastbetrieb oderim Stillstand. In der Praxis ändern sich die Betriebszustände in Ab-hängigkeit der Last am Verdampfer und der Aussenluftbedingungen am Verflüssiger in weiten Bereichen.

Der Kältefachmann hat ein Interesse:

• Druckverluste in der Saug- und Druckleitung gering zu halten, weil dies die Verdichtergrösse nachhaltig beeinflusst

• den Flash-Gasanteil zu verringern, um die Verdampferleistung zu steigern

Ausserdem muss der Anlagebauer alle notwendigen Sicherheitsvor-kehrungen treffen, um für die Anlage Zuverlässigkeit und langeLebensdauer zu garantieren. 64

50319A

+10+5

0-5

-10

-15

-20

-25

-30

-35

-40

+10+5

0-5

-10

-15

-20

-25

-30

-35

-40

+10+5

0-5

-10

-15

-20

-25

-30

-35

-40

t 0 [°

C]

Q0 [k

W]

m [

kg/h

]20

200

300

1

1,5

2

3

4

56

10

15

20

30

4050

60

80

100

150

200

t 0 [°

C]

t 0 [°

C]

3040

5060

100

600

1000

2000

4000

6000

1000

0

8

+5°C

R134a(R12)

R407C(R22)

R404AR507

(R502)

kvs 0,6

+50

+55

+60

+65

t fl[°

C] +

25 +30

+35

+40

+45

+50

+55

+60

+65

t fl[°

C] +

25 +45

+50

+55

+60

+65

+40

+35

+30

M2FS15LX06

kvs 1,5

M2FS15LX15

kvs 3

M2FS15LX

kvs 5

M2FS20LX

kvs 8

M2FS25LX

kvs 12

M2FS32LX

-20-25

-30-35

-400,1

t 0 [°C

]

∆pV [bar]

-15-10

-50

+5+10

0,20,30,40,50,82,02,5

1,5

∆p V

-20-25

-30-35

-40

0,1

t 0 [°C

]

∆pV [bar]

-15-10

-50

+5+10

0,20,30,40,50,82,02,5

1,52,53,04,0

0,10,2 0,150,40,50,8 0,33,0 2,0 1,0

-20

-30-35

-40

t 0 [°C

]

-15-10

-50

+5+10

-25

∆pV [bar]

t fl[°

C]

+25 +3

0

+35

+40

+45

M3FK40LX 1)

M3FK50LX 1)

..

5.6 Zusammenfassung

Die Wärmepumpe kann durch Ausnutzung der Umweltwärme norma-lerweise zwei- bis dreimal mehr Wärmeenergie erzeugen, als zu ihremBetrieb an Zusatzenergie benötigt wird. Somit ermöglicht die Wärme-pumpe einen äusserst wirkungsvollen Einsatz von verschiedenenEnergieformen (z.B. Elektrizität) zur Gebäudeheizung.

Mit der Wärmepumpe werden in einem geschlossenen Kreisprozess(vgl. Fig. 7-1) die thermodynamischen Eigenschaften eines Kältemittels(z.B. Freon R134a) ausgenützt.

Ein Kältemittel hat die besondere Eigenschaft bei sehr niedrigerTemperatur zu verdampfen. Dies ermöglicht es, dass die sehr reichlichvorhandenen Umweltenergien (Aussenluft bis - 20 °C, See- oderGrundwasser von 4 – 12 °C und Erdreich von 0 - 20 °C) als Wärme-quelle vom Temperaturniveau her bestens genügen, um das Kälte-mittel zu verdampfen. Die Wärmequelle kühlt sich dabei um einigeKelvin ab. Zum Verdampfen einer Flüssigkeit wird immer Energiebenötigt. In diesem Fall wird die Verdampfungsenergie der Umweltentzogen. Das verdampfte Kältemittel hat diese Verdampfungsenergieim Verdampfer in sich aufgenommen, ohne dass dadurch die Tempe-ratur angestiegen ist. Das niedrige Temperatur-Niveau lässt es nicht zu,dass dieses Medium direkt in Heizungsanlagen zur Anwendungkommt.

Fig. 6-1 Kältemittel-Kreislauf in einer Wärmepumpe

Bei der gleichen Temperatur da ein Medium verdampft, wenn ihmWärme zugeführt wird, kondensiert (verflüssigt) es auch, wenn esabgekühlt, d.h. Wärme entzogen wird. Deshalb bezeichnet man dieseTemperatur einmal als Verdampfungstemperatur und im andern Fall alsKondensationstemperatur.Die Verdampfungs- bzw. Kondensationstemperatur ist druckabhängig.Bei steigendem Druck steigt auch der Verdampfungs- bzw.Kondensationspunkt bezüglich Temperatur an. Aus diesen physikali-schen Zusammenhängen heraus wird der nächste Schritt sehr logisch:Erhöhung des Druckes um den Verdampfungs- / Kondensationspunktanzuheben in einen Bereich, da die Kondensation für dieHeizungsanlage genutzt werden kann.Dies geschieht mit einem Kompressor (Verdichter), welcher das nun-mehr gasförmige Kältemittel ansaugt und zusammenpresst.

6.1 Einleitung

6.2 Funktionsprinzip der Wärmepumpe

Wärme aus der Umwelt

Verdampfungs- und Kondensations-Temperatur

6. Wärmepumpen-Technik

65

Entspannen

Verdichten

Luft Wasser Erdreich

Verflüssigen Verdampfen

Flüssiges

Kältemittel

Gasförmiges

Kältemittel

Zusatzenergie

Wärmequellen

HochdruckNiede

Hierzu ist Zusatzenergie (z.B. Elektrizität) notwendig. Wenn es sich umeinen sauggasgekühlten Verdichter handelt, geht diese Energie(Motorenwärme) nicht verloren, sondern gelangt in das zu verdichten-de Kältemittel und erwärmt dieses.

Im nachgeschalteten Kondensator (Verflüssiger) kühlt dasHeizungswasser das Heissgas ab und bringt es zum Kondensierenund das Heizungswasser wird erwärmt.

Nach dem Kondensator ist alles Kältemittel wieder flüssig, aber nochauf hohem Druck. Mit Hilfe eines Expansionsventils wird der Druckwieder abgebaut und der Kreisprozess beginnt von vorne.

Fig. 6-2 Mechanische Hauptkomponenten einer Wärmepumpe

Fig. 6-3 Der Wärmepumpen-Kreislauf im h, log p-Diagramm (vereinfacht)

1 Heizleistung (∆h • m)2 zugeführte Verdichterleistung

3 Leistung (∆h • m) die der Wärmequelle entzogen wird

66

Kompressor (Verdichter)

Kondensator

(Verflüssiger)

Expansions-

ventil

Verdampfer

Hochdruck Niederdruck

Gasförmiges

Kältemittel

Flüssiges

Kältemittel

10.009.008.007.00

6.00

5.00

4.00

3.00

2.00

Pre

ssur

e [B

ar]

50.00

40.00

30.00

20.00

1.000.900.800.70

0.60

0.50

Enthalpy [kJ/kg]

140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560

�

➁➂

Der Name Wärmepumpe hat seinen Ursprung aus diesem physikali-schen Vorgang heraus erhalten: Auf tiefem Temperaturniveau aufge-nommene Wärmeenergie wird "hoch gepumpt" auf ein Niveau das zu Heizzwecken gebraucht werden kann.

Die Wärmequelle liefert die notwendige Verdampfungswärme für dieWärmepumpe.

Fig. 6-4 Wärmequelle Aussenluft

Aussenluft hat eine sehr hohe Verfügbarkeit und wird deshalb oftbenutzt. Es müssen jedoch folgende Eigenschaften berücksichtigt werden.

- Die Wärmepumpe und deren Antriebsleistung muss relativ gross für den kältesten Tag ausgelegt werden (Leistungszahl ist dann am kleinsten, vgl. 6.6.1).

- Bei mildem Wetter und entsprechend geringem Heizwärme-bedarf steht ein grosses Überangebot von Wärmepumpen-Heizleistung an, welches unter Umständen gespeichert wer-den muss.

- Bei Aussenlufttemperaturen im Bereich von + 5 °C bis -10 °C tritt am Verdampfer starke Vereisung auf (kondensierte Luft-feuchtigkeit friert an der Verdampferoberfläche mit Temperatur < 0 °C fest). Hierbei sinkt die Verdampferleistung stark ab. Das Eis muss mit einer geeigneten (energieverbrauchenden!) Methode regelmässig abgetaut werden.

- Durch die Luftumwälzung können störende Ventilatorenge-räusche entstehen, die durch entsprechende Schallschutz-massnahmen reduziert werden müssen.

Fig. 6-5 Wärmequelle Erdreich

Herkunft des NamensWärmepumpe

6.3 Die Wärmequellen

6.3.1 Wärmequelle Aussenluft

Immer verfügbare Wärmequelle

6.3.2 Wärmequelle Erdreich

67

68

Beim Erdreich als Wärmequelle werden entweder Erdkollektoren(grossflächiges Rohrnetz normalerweise gefüllt mit frostsicherer Flüs-sigkeit, z.B. Wasser-Glykol, min. 1,5 m unter Erdoberfläche installiert)oder Erdsonden (Tiefenbohrung erforderlich) zur Nutzung eingesetzt.Die Verwendung von Erdkollektoren bedingt die Verfügbarkeit einesentsprechend grossen Grundstückes und erfordert normalerweisehohe Investitionskosten. Ebenso sind bei der Verwendung von Erd-sonden Bohrungen notwendig, die entsprechende Investitionskostenverursachen.

Bei der Nutzung des Erdreichs als Wärmequelle ist sehr sorgfältig dar-auf zu achten, dass sich die Wärmequelle wieder regenerieren kann(evtl. Entlastungseinrichtung wie Sonnenkollektoren einbauen), dasonst die Bodentemperatur zu stark absinkt und dadurch die notwen-dige Leistung nicht mehr zur Verfügung steht.Bei Erdsonden ist aus den gleichen Überlegungen darauf zu achten,dass der Wärmentzug pro Meter Sonde nicht zu gross ist, da sichsonst die Jahresarbeitszahl unweigerlich verschlechtert.Richtig dimensioniert und konzipiert ist für den Wärmepumpenbetriebdas Erdreich eine der unproblematischsten Wärmequellen.

Fig. 6-6 Wärmequelle Grundwasser

Beim Grundwasser als Wärmequelle ist dessen Verfügbarkeit undQualität das grösste Problem. Sofern jedoch in ausreichender Menge,Qualität und mit geeignetem Temperaturniveau verfügbar, ist dieseWärmequelle annähernd ideal für den Wärmepumpenbetrieb(Bewilligungspflicht!).

Wärmepumpen werden (im deutschen Sprachgebrauch) benannt nachdem Prinzip

X - Y - Z - Wärmepumpe, wobei gilt:

X: Wärmequellen- Wärmeträgermedium (z.B. Luft, Wasser, Sole, usw.)Y: Heizanlagen-Wärmeträgermedium (z.B. Wasser, Luft, usw.)Z: Kompressor-Antriebsenergieart (Elektrizität, Dieselöl, Gas, usw.)

Beispiele:

Wärmequelle Wärmepumpen-Benennung

Aussenluft Luft - Wasser - Elektro - Wärmepumpe

Erdreich Sole - Wasser - Elektro - Wärmepumpe

Grundwasser Wasser - Wasser - Elektro - Wärmepumpe

Besser als Luft als Wärmequelle,aber teurer

6.3.3 Wärmequelle Grundwasser

Die beste Wärmequelle, aber seltenzur Verfügung

6.4 Wärmepumpen-Benennung

Bezeichnung der Wärmepumpe

69

monovalente Betriebsweise (mono = ein, einzig)

In einer monovalenten Wärmepumpen-Heizanalage stellt allein dieWärmepumpe (Fig. 6-8) in allen möglichen Betriebszuständen dieerforderliche Heizwärme bereit. Die Wärmepumpe muss also für denmaximalen Wärmebedarf der Gebäudeheizung ausgelegt werden. Die maximal möglichen Heizwasser-Vor- und Rücklauftemperaturenmüssen auf die maximal zulässige Kondensator-Austrittstemperaturausgelegt werden.

Fig. 6-7 Monovalent betriebene Anlage mit Speicher und Heizungsgruppen

Fig. 6-8 Temperatur-Häufigkeitskurve für monovalenten Betrieb

Bei Ausfall der Wärmepumpe steht in einer monovalenten Anlagekeine Alternativheizung zur Verfügung.

Da die maximale Leistung einer Anlage nur während relativ kurzer Zeitzur Verfügung stehen muss, wird für Einfamilienhäuser oft als Lösungeine Luft-Wasser-Wärmepumpe mit elektrischer Zusatzheizung zurSpitzenlastdeckung eingesetzt. Dies ist eigentlich ein bivalent-alternati-ver Betrieb (vgl. 6.5.2.1), da aber nur eine Energieform, in diesemFalle Elektrizität zugeführt wird, spricht man von monoenergetischerBetriebsweise.Erfahrungsgemäss benötigt eine Anlage weniger Energie, wenn dieseUmschaltung von Hand erfolgt. Ebenso sollte auf eine Nachtabsen-kung bei tiefen Aussentemperaturen verzichtet werden, damit keineSchnellaufheizung notwendig wird.

6.5 Betriebsarten6.5.1 Monovalenter Betrieb

6.5.1.1 Spezialfall monoenergetischerBetrieb

B66-06

0

- 5

- 10

5

10

15

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

B66

-07

Heizgrenze

Auslegepunkt ϑA

Wärmepumpe

70

bivalente Betriebsweise (bi = zwei, doppelt)

In einer bivalenten Wärmepumpen-Heizanlage erzeugt dieWärmepumpe bei mildem und durchschnittlich kaltem Winterwetterallein die notwendige Heizwärme. Bei starker Kälte wird derHeizwärmebedarf durch eine Zusatzheizung (vgl. Fig. 6-9). ergänzend(parallel) oder gänzlich (alternativ) gedeckt

Fig. 6-9 Bivalent betriebene Anlage mit Wärmepumpe, Speicher und Heizkessel zur Deckung des Spitzenwärmebedarfs

Die Wärmepumpe muss also nur für einen Teil des maximalenWärmebedarfs der Gebäudeheizung ausgelegt werden.

Die Zusatzheizung kann auf verschiedene Arten zur Wärmepumpebetrieben und muss entsprechend ausgelegt und eingesetzt werden.Man unterscheidet die folgenden Betriebsarten:

- bivalent-alternativer Betrieb- bivalent-paralleler Betrieb- bivalent-parallel/alternativer Betrieb

Hierzu ist die Wärmepumpe nur bei mildem und durchschnittlich kal-tem Winterwetter in Betrieb. Bei starker Kälte und zur Deckung desmaximalen Wärmebedarfes wird die Wärmepumpe aus- und dieZusatzheizung eingeschaltet.

Fig. 6-10 Temperatur-Häufigkeitskurve für bivalent-alternativen Betrieb

6.5.2 Bivalenter Betrieb

6.5.2.1 Bivalent-alternativer Betrieb

B66-08

∆pP

ID

0

- 5

- 10

5

10

15

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

B66

-09

Bivalenzpunkt

Heizgrenze

Auslegepunkt

Wärmepumpe Kessel

[Tage/a]

ϑA

71

Die Heizwasser-Vor- und Rücklauftemperaturen müssen für die Last-zustände mit Wärmepumpenbetrieb auf die maximal zulässigeKondensator-Austrittstemperatur ausgelegt sein. Für die Lastzuständemit alternativem Zusatzheizungsbetrieb dürfen die Heizwasser-Vor- undRücklauftemperaturen über diese maximal zulässigen Werte steigen.Die Zusatzheizung muss jedoch hydraulisch derart in den Heizwasser-kreislauf geschaltet werden, dass bei Zusatzheizungsbetrieb keinHeizwasser durch den Wärmepumpen-Kondensator zirkulieren kann(Hochdruck-Betriebsgrenze).

Die Zusatzheizung muss für den gesamten maximalen Heizwärme-bedarf ausgelegt werden.

Im Betrieb muss von der Wärmepumpe auf die Zusatzheizung um-geschaltet werden, sobald die Wärmepumpen-Heizleistung nicht mehrausreicht. Dies wird regeltechnisch in Abhängigkeit der Aussentem-peratur und/oder der Wärmequellentemperatur gemacht.

Hierzu sind die Wärmepumpe und die Zusatzheizung bei der Deckungdes maximalen Wärmebedarfs der Gebäudeheizung gemeinsam inBetrieb.

Fig. 6-11 Temperatur-Häufigkeitskurve für bivalent-parallelen Betrieb

Die Heizanlage muss für die maximal zulässige Rücklauftemperatur(Kondensator-Entrittstemperatur) ausgelegt sein. Die Zusatzheizungmuss hydraulisch in Serie zur Wärmepumpe in den Heizwasservorlaufgeschaltet werden. Mit der Zusatzheizung wird die Kondensator-Austrittstemperatur auf die notwendige Vorlauftemperatur erhöht.

Die Zusatzheizung muss für den Teil des maximalen Wärmebedarfesausgelegt sein, welcher durch die Wärmepumpe nicht gedeckt wird.

Die Zuschaltung der Zusatzheizung erfolgt sobald im Betrieb dieWärmepumpen-Heizleistung allein nicht mehr ausreicht. Dies wirdregelungstechnisch in Abhängigkeit der Heizwasser-Vorlauftemperaturbewerkstelligt.

6.5.2.2 Bivalent-paralleler Betrieb

72

Hierzu sind paralleler- und alternativer Betrieb kombiniert.

Bei geringem bis mittlerem Heizwärmebedarf wird dieser durch dieWärmepumpe allein gedeckt. Steigt der Wärmebedarf über die Heiz-leistung der Wärmepumpe, so wird die Zusatzheizung parallel betrie-ben, in Abhängigkeit der Vorlauftemperatur. Steigt der Wärmebedarfweiter über die Betriebsgrenze der Wärmepumpe an, so wird dieseabgeschaltet (Aussentemperatur- oder Wärmequellentemperaturab-hängig) und der gesamte maximale Wärmebedarf wird durch die Zu-satzheizung gedeckt.

Fig. 6-12 Temperatur-Häufigkeitskurve für bivalent-parallel/alternativen Betrieb

Die Zusatzheizung muss hydraulisch derart in das System integriertwerden, dass sie:

- im Parallelbetrieb in Serie zur Wärmepumpe in den Heizwasservorlauf geschaltet ist

- im Alternativbetrieb kein Heizwasser durch den Wärmepumpen-Konsensator zirkulieren kann

- die Zusatzheizung muss für den gesamten maximalen Heizwärmebedarf ausgelegt werden

Die Wahl der günstigsten (Energie- und Kosten/Nutzen optimalsten)Betriebsweise ist von den folgenden Kriterien abhängig:

- Jahresverlauf des Heizwärmebedarfs des Gebäudes- Jahresverlauf der Heizwärmeleistung der Wärmepumpe- bedarfsabhängiger Verlauf der Heizwasser-Vor- und

Rücklauftemperatur- jährliche Häufigkeit der auftretenden Heizlastzustände

Vergleichsmöglichkeit von Wps

Die Leistungszahl ε (Epsilon) bietet eine Vergleichsmöglichkeit einzel-ner Wärmepumpen zueinander und ist das Verhältnis von der momen-tanen Heizwärmeabgabe zur hierfür zugeführten (elektrischen)Leistung einer (elektrisch betriebenen) Wärmepumpenanlage.

Leistungszahl ε = momentane Heizwärmeabgabezugeführte (elektrische) Leistung

⇒ je grösser ε, um so energieoptimaler ist der Wärmepumpenbetrieb

6.5.2.3 Bivalent-parallel/alternativerBetrieb

6.5.3 Wahl der BetriebsartDie richtige Betriebsweise

6.6 Kennzahlen für Wärmepumpen6.6.1 Die Leistungszahl ε

73

Für das Betriebskonzept einer Wärmepumpen-Heizanlage muss unbe-dingt berücksichtig werden, dass sich ε (und somit die Heizleistung derWärmepumpe) bei kleiner werdender Differenz zwischen Konden-sations- und Verdampfungstemperatur vergrössert.Dies bedeutet praktisch, das normalerweise eine Wärmepumpe zurGebäudeheizung:

- bei grösstem Heizwärmebedarf die kleinste Leistungszahl, d.h. die geringste Heizleistung hat

- mit abnehmendem Heizwärmebedarf zunehmende Leistungszahl, d.h. zunehmende Heizleistung hat

- bei geringstem Heizwärmebedarf die grösste Leistungszahl, d.h. die grösste Heizleistung hat

Eine bestimmte Leistungszahl ε ist nur gültig für einen bestimm-ten, momentanen Betriebszustand.

Fig. 6-13 Beispiel für den Verlauf der Leistungszahl in Abhängigkeit der Temperatur-differenz zwischen Kondensations- und Verdampfungstemperatur

Legende1 Leistungszahl2 Temperaturdifferenz

Für die eigentliche Wirtschaftlichkeit einer Wärmepumpenanlage ist dieJahresarbeitszahl � (Beta) massgebend.

Die Jahresarbeitszahl � ist der jährliche Durchschnitt der in einemWärmepumpenanlagen-Betriebsjahr mengenmässig vorkommendenLeistungszahlen ε.

Typische, in der Praxis vorkommende Jahresarbeitszahlen � sind nachWärmequelle beispielsweise wie folgt:

Wärmequelle �

Aussenluft 2,5

Erdreich 3

Grundwasser 3,2

6.6.2 Die Jahresarbeitszahl �

Der Jahresdurchschnitt ist wichtig

74

Die Jahresarbeitszahl � wird bestimmt durch Messung des jährlich von Kompressor und Hilfsantrieben usw. aufgenommenen Stromver-brauchs (in kWh), und durch gleichzeitige Messung der jährlich produ-zierten Wärme (in kWh) und der Wärmeverluste der Speicheranlage.

Jahresarbeitszahl � = QWP - QSP

WWP + WPumpen + WRegelung + W...

QWP = Wärmemenge produziert durch WärmepumpeQSP = Wärmeverluste der SpeicheranlageWWP = Energieverbrauch der WärmepumpeWPumpen = Energieverbrauch der Verdampfer- und Kondensator-

PumpeWRegelung = Energieverbrauch der Regelung und SteuerungW... = Energieverbrauch anderer Komponenten wie

Abtaueinrichtung, Carter-Heizung, ...

Dies bedingt ein entsprechendes Messkonzept (Planungsphase) fürdie Wärmepumpe-Anlage und die Anlage muss mit den notwendigenFühlern und Zählern (Elektro- und Wärmezähler) ausgerüstet sein.

Eine Wärmepumpe ohne regelbare Heizleistung produziert im Teil-Heizlastbetrieb überschüssige Wärme.Welche Wärmepumpen-Heizleistungsregelung verwendet werden sollund kann, muss unbedingt vom Wärmepumpen-Hersteller bestimmtund bei der Anlagekonzeption und -dimensionierung berücksichtigt werden.

Eine Wärmepumpen-Heizleistungsregelung mittels stetig geregeltemHeissgas- Bypass- oder Saugdrosselventil ist unsinnig, da in beidenFällen eine Reduktion der Heizleistung keine annähernd gleichwertigeReduktion der Antriebs-Leistungsaufnahme erbringt. Sowohl dieHeissgas- Bypass- als auch die Saugdrossel-Regelung ergeben also fürdie Wärmpumpe sehr schlechte Jahresarbeitszahlen.

Mit der Ventilabhebung können bei entsprechend ausgerüsteten mehr-zylindrigen Kolbenkompressoren einzelne Zylinder stufenweise zu-oder abgeschaltet werden Hierzu werden die Saugventile der abzu-schaltenden Zylinder geöffnet (z.B. elektrohydraulisch). Diese Wärme-pumpen-Heizleistungsregelung ist jedoch nicht energieoptimal, da imreduzierten Leistungsbetrieb wesentliche Reibungsverluste auftreten,und da die Massenkräfte der leer mitlaufenden Kolben trotzdem auf-gebracht werden müssen. Die Kompressor-Ventilabhebung ergibt alsofür die Wärmepumpe eine relativ schlechte Jahressarbeitszahl.

Eine Wärmepumpen-Heizleistungsregelung mittels mehrstufiger(Stufenschalter auf polumschaltbaren Drehstrommotor) oder stufen-loser (Frequenzumformer auf Drehstrommotor) Drehzahlregelung istnahezu energieoptimal.

Elektrisch betriebene Wärmepumpen mit Antriebs-Anschlussleistun-gen bis ca. 40 kW werden heute normalerweise nur im Zweipunkt-verfahren Ein/Aus geregelt, da die vorgenannte Leistungsregelungennicht energieoptimal sind oder hohe Investitionskosten verursachen.Bei dieser Art der Regelung ist zu beachten, dass häufiges Ein/Aus-Schalten von Wärmepumpen die Lebensdauer der mechanischen Teilevermindert, die Stillstandverluste erhöht und häufige Netzschwan-kungen durch die hohen Anlaufströme entstehen.Deshalb muss zur Verhinderung von zu häufigem Ein/Aus-Schalten die Wärmepumpen-Heizanlage genügend Wärmespeicherkapazität auf-

6.7 Die Regelbarkeit der Wärmepumpe

6.7.1 Heizleistungsregelung direkt ander Wärmepumpe

6.7.1.1 Heissgas-Bypass oderSaugdrossel

6.7.1.2 Kompressor Ventilabhebung

6.7.1.3 KompressordrehzahlregelungGute Wärmepumpen-Regelung

6.7.2 Wärmepumpe Ein/Aus-RegelungMeist verwendete Regelung bei

Wärmepumpen

75

weisen, welche einerseits zeitweilig die überschüssig produzierteWärmepumpen-Wärme speichern kann, und welche andererseits zeit-weilig den Heizanlagen-Wärmebedarf bei ausgeschalteter Wärme-pumpe decken kann. Zusätzlich sollte sicherheitshalber die Wärmepumpe zeitverzögert ge-schaltet werden, so dass eine maximal zulässige Anzahl Anläufe proStunde nicht überschritten werden kann (z.B. max. 3 Anläufe pro Stun-de). Die zulässige Anlaufhäufigkeit wird oft auch vom Elektrizitätswerkvorgeschrieben.

7. Eisspeicher

76

Die Gründe für den Einsatz von Kältespeichern sind meistens anlage-oder anwendungsbedingt. Kältespeicher sind erforderlich, wenn ein möglicher Ausfall der An-triebsenergie für die Kältemaschine überbrückt werden muss, wie z.B.in EDV-Anlagen, Operationsräumen, Fernmeldeanlagen. Kältespeicherentlasten dann die Notstromanlage.

Kältespeicher können aber auch wirtschaftliche Vorteile bringen, wenndurch die Kältespeicherung die Lastspitze der Kältenanlage oder auchdes gesamten Gebäudes reduziert werden kann, was zu einer Verrin-gerung des Leistungspreises für elektrischen Strom führt. ZusätzlicheVorteile können sich ergeben durch die Verlegung der Speicherladungin die Niedertarifzeit. Die Ergebnisse sind abhängig von der Tarifge-staltung des jeweiligen Stromlieferanten.

Der Einfluss auf die Investitionen ist stark objektabhängig, in günsti-gen Fällen kann sich eine spürbare Verringerung ergeben. Je höherund je kürzer die Kühllastspitze gegenüber dem mittleren Tagesbedarfist, umso grösser sind die zu erwartenden wirtschaftlichen Vorteile desEinsatzes von Kältespeichern.

Zur Speicherung von Kälteenergie werden üblicherweise 2 Arten vonSpeichern eingesetzt:

• Kaltwasserspeicher• Eisspeicher

Kaltwasserspeicher werden meist als Pufferspeicher im Kaltwasser-netz (z.B. 6/12 °C) eingesetzt, um während einer kurzen Zeit (Minutenoder wenige Stunden) die Kälteenergie zu speichern. Damit kann dieKälteerzeugung optimiert betrieben werden, oder sie werden einge-setzt, um die Regelung zu stabilisieren, vor allem wenn die Füllmenge(= Speichermasse) des Kaltwassersystems gering ist im Verhältnis zurgeschalteten Verdichterleistung.

Für Kaltwasserspeicher gelten ähnliche oder gleiche Überlegungenwie bei Warmwasserspeichern bezüglich hydraulischen Schaltungen,Regelung, usw. - selbstverständlich unter umgekehrten Vorzeichen.Deshalb wird diese Art der Kältespeicherung nicht weiter behandelt.

Eis hat eine rund 80-mal grössere Speicherfähigkeit als Wasser,bedingt durch den Phasenübergang Eis/Wasser (und umgekehrt).Eisspeicher werden daher auch als Latentspeicher bezeichnet.Eisspeicher bieten eine viel höhere Speicherdichte (kWh/m3 oderkWh/m2 benötigte Bodenfläche) als Kaltwasserspeicher.Das Temperaturniveau des Eisspeichers liegt bei 0 °C, bedingt durchden Phasenübergang, was sich zusätzlich vorteilhaft auswirkt.Der Einsatz eines Eisspeichers bietet viele Vorteile, bedingt aber auchentsprechende Grundkenntnisse zu Regelung und korrekter hydrauli-scher Einbindung in das gesamte Kältesystem. Diese werden nachfol-gend behandelt.

Beim Einsatz von Eisspeichern unterscheidet man den Einsatz in derKlimatechnik – der in diesen Unterlagen im Vordergrund steht – undden Einsatz in der Gewerbekühlung.

7.1 Einleitung

Kaltwasserspeicher

Eisspeicher

7.2 Einsatzgebiete für Eisspeicher

77

Eisspeicher werden in der Klimatechnik aus verschiedenen Über-legungen eingesetzt. Eine Investitionsentscheidung zu Gunsten vonEisspeichern fällt, wenn:

• die elektrische Lastspitze im Gebäude an einem Sommertag liegt und durch Reduktion der Spitzenkältelast die gesamte elektrische Lastspitze des Gebäudes gesenkt werden kann (Stromkostenoptimierung)

• Strom im Niedertarif zur Kälteerzeugung genutzt werden kann(Stromkostenoptimierung)

• durch den Einsatz von Eisspeichern der elektrische Strombezug insgesamt vergleichmässigt wird (Stromkostenoptimierung)

oder

• für eine bestehende Kälteanlage die Kälteleistung vergrössert werden soll, ohne die Kältemaschine auszubauen (oder zu erneuern)

• die Kälteversorgung während eines Stromausfalls für einige Stunden gesichert werden soll, wie z.B. in Operationsräumen,EDV-Anlagen, ...

Beim Einsatz von Eisspeichern in der Gewerbekühlung spielen andereÜberlegungen als in der Klimatechnik eine Rolle.

Eisspeicher werden meist in gewerblichen Kühlanlagen eingesetzt, dietäglich eine hohe Kältelast während wenigen Stunden pro Tag haben,z.B. Brauerein, Molkereien, usw. und damit die Kälteerzeugung stoss-weise belasten würden.

Eisspeicher sorgen hier dafür, dass die Kälteenergie kontinuierlich mitrelativ geringer Leistung erbracht werden kann, z.B. über 12 bis 14Stunden (vgl. 7.4.2 Teil- und Vollspeicherung).

Es werden hauptsächlich drei Bauarten von Eisspeichern eingesetzt:

• Direktverdampfersysteme• Eisspeicher mit wassergefüllten Kunststoffkugeln• Eisspeicher spiralförmig angeordneten Wärmetauscherrohren

(Calmac)

Bei Direktverdampfersystemen (Fig. 7-1), wird der Verdampfer derKältemaschine direkt in einen Tank geführt und an derVerdampferoberfläche Eis produziert. Um gleichmässigen Eisansatz anden Kühler-Rohren oder -Platten zu erhalten, wird das Wasser im Tankmit Pumpen umgerührt oder es wird Luft am Tankboden eingeblasen.Wegen der schlechten Wärmeleitung von Eis nimmt die Leistung mitzunehmender Eisdicke ab. Eisdickenmesser sollen völliges Einfrierenverhindern, bereiten aber besonders bei Teillasten und TeilentlastungProbleme.

7.2.1 Einsatz in der Klimatechnik

7.2.2 Einsatz in der Gewerbekühlung

7.3 Aufbau und Funktion desEisspeichers

Direktverdampfersysteme

78

Fig. 7-1 Direktverdampfersystem

LegendeA Direktverdampfer mit KältemittelB LufteinperlungC Kühlwasserkreis

Diese Eisspeicher sind in einen Solekreislauf eingebunden, der voneinem Verdampfer gekühlt wird. Der zur Speicherung verwendete Tankist zu ca. 50 – 70 % mit speziell geformten, wassergefüllten Kunst-stoffkugeln gefüllt, die elastisch sind und die Ausdehnung beim Ge-frieren aushalten. Der Solekreislauf muss die Ausdehnung aufnehmen(⇒ Ausdehnungsgefäss).

Fig. 7-2 Eisspeicher mit Kunststoffkugeln in Solekreislauf eingebunden

LegendeA EisspeicherB AusdehnungsgefässC Umstellventil

In diesen heute oft eingesetzten Eisspeichern (z.B. Calmac) werdendie Wärmetauscherrohre von einer Sole (Glykolwassergemisch) durch-flossen. Die Wärmetauscherrohre sind spiralförmig aufgewickelt und inunzähligen Ebenen übereinander angeordnet (vgl. Fig. 7-3). Sie füllenden Eisspeicherbehälter vollständig aus, womit dieWärmeübertragungsfläche und somit die Leistungsabgabe grösser istals bei Direktverdampfungssystemen. Über den Wärmetauscherrohrenist genügend Raum vorhanden zur Aufnahme des verdrängtenWassers bei der Eisbildung.

Eisspeicher mit wassergefülltenKunststoffkugeln

Eisspeicher mitWärmetauscherrohren

A

B

C

79

Fig. 7-3 Eisspeicher mit spiralförmig angeordneten Wärmetauscherrohren (Calmac)

Solche Eisspeicher (Behälter und Wärmetauscherrohre) sind ausKunststoff (PE) gefertigt und dadurch sehr leicht zu transportieren undzu versetzen. Das Speichermedium Wasser und dasWärmeträgermedium wird erst nach der Montage eingefüllt.

Die Behälter sind für die verschiedensten Aufstellorte geeignet undkönnen im Gebäude, aber auch ausserhalb aufgestellt und teilweisesogar im Erdreich vergraben werden.

Der Glykolwasserkreis ist ein geschlossenes, unter Druck stehendesSystem. Das Glykolwassergemisch kommt dabei nie in direktenKontakt mit dem gespeicherten Eis und muss weder aufbereitet nochgefiltert werden. Zwischen den Verbrauchern und den Eisspeichern istkein Wärmetauscher erforderlich, wohl aber müssen dieAnlagenelemente (z.B. Luftkühler) leistungsmässig und konstruktiv aufdas zirkulierende Glykolwassergemisch ausgelegt werden.

Durch die spezielle Anordnung der Wärmetauscherrohre schmilzt dasEis von innen nach aussen und nicht, wie bei herkömmlichenDirektverdampfersystemen (vgl. Fig. 7-1) von aussen nach innen.

Fig. 7-4 Schmelzvorgang bei einem Direktverdampfungssystem und handelsüblichen Eisspeicher

Anlagenteile auf Glykolwasserkreisabgestimmt

80

In diesen Eisspeichern ist keine Eisdicke-Überwachung notwendig.Durch die dichtere Rohrandordnung ist der Platzbedarf geringer als beiDirektverdampfersystemen und die Wärmeübertragungsfläche undsomit die Leistungsabgabe grösser.

Bei Klimaanlagen spricht man meistens von Kälteleistung in kW, beiKältespeichern dagegen von kWh, da diese Kühlenergie speichern. Dienachfolgenden Überlegungen zeigen den Zusammenhang zwischender gespeicherten Kühlenergie, der Kühllast und der Leistung derKältemaschine.

In der Praxis benötigen Klimaanlagen während der Betriebszeiten sel-ten 100% der Kühlleistung für die sie ausgelegt und gebaut sind.Bedarfsspitzen treten in der Regel nachmittags auf, wenn dieAusseneinflüsse hoch sind. Dies ist jedoch für jede Anlage etwasanders und stark von der Gebäudekonstruktion und der Benutzungabhängig. Fig. 7-5 zeigt einen typischen Tagesverlauf des Kältebedarfseiner Klimaanlage. Die maximale Kälteleistung (200 kW) werden alsonur während 2 h der gesamten Betriebszeit benötigt. Während denübrigen Stunden ist der Bedarf kleiner. Die notwendige Kühlenergiepro Tag beträgt somit 1640 kWh.

Fig. 7-5 Verlauf des Kältebedarfs einer Anlage (Beispiel)

Um den Spitzenbedarf von 200 kW abzudecken, ist eine entsprechen-de Kältemaschine mit einer Leistung von 200 kW notwendig. DieseKältemaschine kann über die Betriebszeit eine maximale Kühlenergievon 2200 kWh zur Verfügung stellen (vgl. Fig. 7-6).

Fig. 7-6 Maximal mögliche Kühlleistung während der Betriebszeit der Anlage (Beispiel)

7.4 Auslegung des KältespeichersKälteleistung und Kühlenergie

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0

kW

h

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0

h

kW

81

Das Verhältnis zwischen wirklichem Kältebedarf und der total zurVerfügung stehenden Kälteenergie wird als Durchschnittsfaktorbezeichnet. Für die Kältemaschine im betrachteten Beispiel gilt also:

Durchschnittsfaktor % = wirklich benötigte kWh = 1640 kWh = 75 %total verfügbare kWh 2200 kWh

Je niedriger der Durchschnittsfaktor, umso ungünstiger ist dieKostennutzung der Klimaanlage.

Durch den Einsatz eines Kältespeichers wird die Kälteerzeugung opti-miert, in dem die notwendige Spitzenleistung teilweise von Kälte-maschine und ergänzend aus dem Kältespeicher geliefert wird. Sokann die Kältemaschine bedeutend kleiner dimensioniert werden.

Teilt man den kWh-Bedarf des Gebäudes durch die Betriebstunden derKältemaschine, so erhält man die mittlere Kühlleistung des Gebäudeswährend der Kühlperiode. Diese ist massgebend für die Dimensio-nierung der Kältemaschine. Es sind aber noch weitergehende Über-legungen notwendig, damit die Kältemaschine und der Kältespeicherrichtig ausgelegt werden können.

Die Kältemaschine ist während 24 h in Betrieb. Der Kältespeicher wirdnachts aufgeladen. Der Kältebedarf der Verbraucher wird während derBetriebszeit der Klimaanlage von der Kältemaschine mit Unterstützungdes Kältespeichers gedeckt. Durch die Verlängerung der Betriebszeitder Kältemaschine auf 24 Stunden wird die niedrigst mögliche mittlereKälteleistung erreicht (Beispiel: 1640 kWh : 24 h = 68.3 kW, vgl. Fig.7-7).

Fig. 7-7 Teilspeicherung: Kältebedarf der Anlage und mittlere Kälteleistung

Die Teilspeicherung ist in neuen Anlagen oft die praktischste undkostengünstigste Methode.

Die Vollspeicherung wird in Anlagen angewendet, in denen, bedingtdurch die Tarifstruktur des Stromlieferanten (Hoch- und Niedertarif), die Kältemaschine nur während einer gewissen Anzahl Stunden (z.B.meistens nachts) in Betrieb sein kann. Während der Hochtarifperiodewird die notwendige Kälteleistung nur aus dem Kältespeicher bezo-gen. Dadurch reduziert sich die notwendige Leistung der Kälte-maschine ebenfalls (Beispiel: 1640 kWh : 10 h = 164 kW, vgl. Fig. 7-8),aber nicht in dem Masse wie bei der Teilspeicherung.

Durchschnittsfaktor

7.4.1 Kältemaschine und -speicherdecken Spitzenbedarf

Mittlere Kühlleistung

7.4.2 Teil- und VollspeicherungTeilspeicherung

Vollspeicherung

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0

kW

h

82

Fig. 7-8 Vollspeicherung: Kältebedarf der Anlage und mittlere Kälteleistung im Niedertarifbereich

Die Vollspeicherung macht in vielen Anlagen vor allem aus Betriebs-kostenüberlegungen (Tarifstruktur, Grundlastgebühren, ...) Sinn.

Bei der hydraulischen Einbindung des Eisspeichers in das gesamteKältesystem werden grundsätzlich 3 Betriebsarten unterschieden:

• Ladebetrieb• Entladebetrieb• Bypass-Betrieb

Im Ladebetrieb (meistens nachts) zirkuliert zwischen einem handels-üblichen Kaltwassersatz und dem Wärmetauscher im Eisspeicher einGlykolwassergemisch, dessen Temperatur unterhalb des Gefrier-punktes liegt (min. - 3 °C). Dadurch wird alles Wasser im Speicher zuEis gefroren. In einigen Eisspeichern sind die Wärmetauscherrohre im Gegenfluss angeordnet, was eine gleichmässige Eisbildung ermög-licht.

Fig. 7-9 Ladebetrieb eines Eisspeichers

Im Ladebetrieb ist das Umlenkventil so gestellt, dass kein Glykol-wassergemisch zu den Verbrauchern zirkuliert (vgl. Fig. 7-9).

Beim Gefrierprozess kristallisiert das Wasser im ganzen Speichergleichmässig, beginnend an der Oberfläche der Rohre. Dadurch wer-den Spannungen oder Beschädigungen der Speicher verhindert.

7.5 Hydraulische Schaltungen mitEisspeichern

7.5.1 Ladebetrieb

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0

kW

h

Eisspeicher

83

Im Entladebetrieb (tagsüber) kühlen die Eisspeicher das Glykolwasser-gemisch von z.B. 10 °C auf 1 °C. Die Vorlauftemperatur zu den Ver-brauchern wird von einem Dreiweg-Mischventil mittels Bypass auf diegewünschte Kühltemperatur (z.B. 6 °C) geregelt. Der Rücklauf von denVerbrauchern von ca. 12 °C wird vom Kaltwassersatz wieder auf z.B.10 °C abgekühlt.

Fig. 7-10 Entladebetrieb eines Eisspeichers (Kältemaschine und Eisspeicher in Serie)

Während der Übergangszeit ist der Kältemaschine in der Lage, diebenötigte Kühlenergie ohne Eisspeicher-Betrieb zu liefern. Das gesam-te Glykolwassergemisch fliesst nun durch den Bypass (vgl. Fig. 7-11).

Fig. 7-11 Bypass-Betrieb eines Eisspeichers (nur Kältemaschine)

Je nach Tarifsituation des Stromlieferanten ist es aber auch in derÜbergangszeit sinnvoll, den Eisspeicher in der Nacht zu laden und amTag daraus die Kühlenergie zu beziehen (vgl. 7.4.2 Teil- undVollspeicherung und 7.5.4).

Die unter 7.5.1 bis 7.5.3 gezeigten Schaltungen sind geeignet für eineEisspeicheranlage mit Teilspeicherung (vgl. 7.4.2). Bei Anlagen mitVollspeicherung, ist es mit der bisher gezeigten Schaltung nicht mög-lich eine Kühlung nur mit dem Eisspeicher zu realisieren. Dazu musseine andere, aufwändigere hydraulische Schaltung eingesetzt werden.

7.5.2 Entladebetrieb (Serieschaltung)

7.5.3 Bypass-Betrieb

7.5.4 Hydraulische Schaltung beiVollspeicherung

Eisspeicher

Eisspeicher

84

Fig. 7-12 Mögliche hydraulische Schaltung bei Vollspeicherung (mit Regelventil A und Umstellventil B)

Aus den vorangehenden Beschreibungen ist ersichtlich, dass dieKältemaschine je nach Anlagesituation (Laden, Entladen in Serie oderBypass) mit unterschiedlichen Kühlwassertemperaturen arbeitenmuss, was bei der Auslegung der Kältemaschine sehr genau berück-sichtigt werden muss.

Die Regelung und Steuerung der Kältemaschine wird üblicherweisemit dieser vom Hersteller geliefert.

Die Hauptfunktionen der Eisspeicher-Regelung und -Steuerung sind:

• Regelung der Glykolwasser-Mischtemperatur beim Entladen in Serie

• Steuerung des Umstellventils je nach Betriebsart• Steuerung der Eisspeicher Ladung (evtl. mit Verbrauchs-

prognose)

Das Dreiwegventil nach dem Eisspeicher (Fig. 7-13, A) mischt Glykol-wasser aus dem Eisspeicher (ca. 1 °C) und Glykolwasser von derKältemaschine auf die gewünschte Kühltemperatur für die angeschlos-senen Verbraucher.

Im Bypass-Betrieb hat dieses Ventil keine Regelfunktion. Die Kälte-maschine liefert das Glykolwasser in der gewünschten Temperatur.

Fig. 7-13 Regel- und Umstellventil für Betrieb des Eisspeichers

7.5.5 Unterschiedliche Betriebspunkteder Kältemaschine

7.6 Regelung und Steuerung desEisspeichers

7.6.1 Regelung der Glykolwasser-Mischtemperatur

Eisspeicher

Eisspeicher

85

Das Umlenkventil (Fig. 7-13, B) wird je nach Betriebsart in die ge-wünschte Position gestellt. Für den Ladebetrieb ist es auf Umlenkunggestellt, im Entlade- und Bypass-Betrieb steht dieses Ventil auf Durch-gang. Es wird meist im Rücklauf als Mischventil eingebaut und hatkeine Regelfunktion.

Eisspeicher sind meist mit einem Ladezustand-Fühler (Fig. 7-13, C)ausgerüstet, der ein standardisiertes Signal (0 – 10 V oder 4 – 20 mA)liefert. Diese Information kann von der Regelung und Steuerung ver-wendet werden um beispielsweise den Ladevorgang zu starten undzu stoppen.

Gerade in der Übergangszeit kann es sinnvoll sein, den Eisspeichernicht komplett zu laden. Deshalb versucht man in gewissen Anlagen,eine Prognose über die für den nächsten Tag notwendige Kühlenergiezu machen. Häufig verwendete Parameter für eine solche Prognosesind:

• aktuelle und gedämpfte Aussentemperatur• Luftfeuchtigkeit der Aussenluft• Verlauf der Raumtemperatur• Verlauf des Ladezustandes während den vorangegangen

Tagen• ...

Die zur Anwendung kommenden Parameter sind sehr stark anlageab-hängig. In der Praxis hat es sich auch gezeigt, dass es sich nicht lohntzu komplexe Prognose-Szenarien einzusetzen.

Bei Eisspeichern sind nicht nur die Investitionskosten zu berücksichti-gen, sondern vor allem die Betriebskosten und dabei die Tarifstruktu-ren (Hoch-/Niedertarif, Grundgebühren, Gebühren fürLeistungsspitzen, ...) des Stromlieferanten.

Da diese Faktoren von Anlage zu Anlage sehr unterschiedlich aus-fallen, müssen diese jeweils sehr genau beurteilt werden.

Es kann davon ausgegangen werden, dass die Kombination "Kälte-maschine mit Eisspeicher" in vielen Anlagen eher tiefere Investitions-kosten hat, als eine Lösung mit einer auf die maximale Kälteleistungausgelegten Kältemaschine. Zusätzlich lassen sich oft noch dieBetriebskosten auf Grund der Tarifstrukturen des Stromlieferantenreduzieren.

7.6.2 Steuerung des Umlenkventils jenach Betriebsart

7.6.3 Steuerung der Eisspeicher-Ladung

Prognose der zu erwartendenKühlenergie

7.7 Wirtschaftlichkeitsüberlegungen

Als Absorptionsprozess bezeichnet man die Aufnahme von Gasendurch flüssige oder feste Stoffe, in Form einer physikalischen Bindung.Eine Absorption kommt allerdings nur zustande, wenn der aufneh-mende Stoff und das aufzunehmende Gas (Arbeitsstoff-Paar) chemisch zueinander "passen", und nur bei einem bestimmten Druck-/Temperaturverhältnis, das für jedes Arbeitsstoffpaar unterschiedlichist. Ein Absorptionsprozess ist auch umkehrbar, d.h. das aufgenommeneGas kann bei einem anderen Druck-/Temperaturverhältnis wieder aus-getrieben werden. Das Ganze lässt sich demnach als Kreisprozessbetreiben.

Fig. 8-1 Absorptions-Kreisprozess mit Lösungsmittelkreis als "thermischer Verdichter"

Legende1 Thermochemischer Verdichter 2 Verflüssiger (Kondensator)3 Drossel-/Dosiergerät 4 Verdampfer 5 Nutzkreislauf als Wärmepumpe 6 Nutzkreislauf als Kältemaschine

Vergleicht man den Kältemittel-Kreisprozess der Absorptions- mit dem-jenigen der Kompressions-Kältemaschine (Kapitel 4), so erkennt manauf den ersten Blick die vier Funktions-Komponenten:

• Verdampfer (4)• Verdichter (1)• Verflüssiger (2)• Drossel-/Dosiergerät (3).

Es wird auch hier ein reines Kältemittel (z.B. Wasser) im Verdampferbei niedrigem Druck und externer Wärmezufuhr verdampft, der Dampfauf höheren Druck und höhere Temperatur verdichtet, im Kondensatorunter Abgabe der Verdampfungswärme an ein externes Kühlmediumverflüssigt und im Expansionsventil auf Niederdruck entspannt.

8.1 Einleitung

8. Der Absorptions-Kreisprozess

86

1

2

3

56

4

Fig. 50

Der prinzipielle Unterschied besteht im Verdichter, wo anstelle desKompressors der Lösungsmittel-Kreislauf tritt, mit folgendenTeilfunktionen:

• Anstelle des Ansaugvorganges im Kompressor tritt die Absorption des Niederdruck-Kältemitteldampfes durch ein geeignetes, flüssiges Lösungsmittel bzw. Arbeitsstoffpaar im Absorber.

• Anstelle der Kompression und des Ausstossens des verdichte-ten, heissen Kältemittelgases aus dem Kompressor, wird das mit Kältemittel angereicherte, flüssige Lösungsmittel in den sogenannten Austreiber gefördert. Im Austreiber wird der Lösung von aussen Wärme zugeführt. Dadurch steigen Temperatur und Druck der Lösung an, das Kältemittel ver-dampft und strömt durch die Heissgasleitung des Kältemittel-Kreislaufes zum Kondensator.

Bei der Absorptionsmaschine wird also der mechanische Kompressordurch den Lösungsmittel-Kreislauf ersetzt. Dieser wird deshalb auchals "thermochemischer Verdichter" bezeichnet.

Alle übrigen Funktionselemente des Kältemittel-Kreislaufes, wieKondensator, Drossel-/Dosiergerät und Verdampfer, bleiben grundsätz-lich gleich wie bei der Kompressionsmaschine. Anstelle der mechani-schen Antriebsenergie, die der Kompressor benötigt, wird die zurAufrechterhaltung des Absorptions-Kreisprozesses benötigte Energiein Form von Wärme zugeführt (Dampf, Heisswasser, Öl-/Gas-Brenner,etc.). Mechanische Energie wird nur zum Antrieb der Lösungsmittel-pumpe benötigt.

Der Einsatzbereich der Absorptions-Kältemaschinen deckt praktischden ganzen Bereich der Kolben- und Turbokompressor-Aggregate ab,d.h. von ca. 30 kW bis über 5'000 kW Kälteleistung.

Der Entscheid, ob eine Kompressions- oder eine Absorptionsmaschineeingesetzt werden soll, hängt weitgehend von der zur Verfügung ste-henden Betriebsenergie ab. Steht beispielsweise ein Dampf- oderHeisswasserkessel zur Verfügung, der sonst nur im Winter optimalausgenützt würde, ist es naheliegend, dessen freie Kapazität im Som-mer zur Kälteerzeugung mit einer Absorptions-Kälteanlage zu koppeln.

Optimal ist der Einsatz einer Absorptionsmaschine dann, wennAbdampf aus einem Produktionsprozess oder von einer Gegendruck-turbine zur Verfügung steht. Ein weiterer, interessanter Einsatz ergibtsich aus der Kombination mit einer Turbo-Kältemaschine. Der Turbo-kompressor wird dabei mit einer Gegendruckturbine betrieben. DerNiederdruckdampf aus der Gegendruckturbine beheizt anschliessendden Austreiber der Absorptionsmaschine und wird dann als Kondensatwieder dem Dampfkessel zugeführt.

Direkt mit Öl oder Gas beheizte Absorptionsmaschinen werden meistals Wärmepumpen gebaut, die im Sommer auf Kühlbetrieb umgestelltwerden können.

Lösungsmittel-Kreislauf ersetztKompressor

Zugeführte Wärme anstelle mecha-nischer Antriebsenergie

8.2 Einsatzbereich der Absorptions-Kältemaschinen

87

Entscheidende Vorteile der Absorptionsmaschine sind schliesslich derpraktisch geräuschlose und vibrationsfreie Betrieb, sowie die einfacheLeistungsregelung von 0 – 100 %.

Nachteilig ist der relativ hohe Energieverbrauch, die hohe Kondensator-leistung und dadurch ein hoher Kühlwasserverbrauch. Oft könnendiese Nachteile aber durch wesentlich niedrigere Energiekosten beiAbwärmenutzung kompensiert werden.

Die zur Zeit bekanntesten Arbeitsstoffpaare für Absorptions-Kältemaschinen/-Wärmepumpen sind:

- Wasser-Lithiumbromid (LiBr) (mit Wasser als Kältemittel )

- Ammoniak (NH3)-Wasser (mit Ammoniak als Kältemittel)

Weitere, in Spezialanlagen verwendete und deshalb weniger bekannteArbeitsstoffpaare sind:

- Ammoniak-Lithiumnitrat

- Methylamin-Wasser

- Methanol-Lithiumbromid

mit dem jeweils erstgenannten Stoff als Kältemittel.Während Ammoniak (NH3) als bewährtes Kältemittel vorwiegend fürVerdampfungstemperaturen von 0 °C bis - 60 °C eingesetzt wird,kommt für den Klimabereich heute vorwiegend das Stoffpaar Wasser-Lithiumbromid (LiBr) zum Einsatz. Wasser lässt jedoch nur Verdam-pfungstemperaturen über 0 °C zu, weil es sonst gefriert.

Ein weiterer, wesentlicher Unterschied zwischen dem Ammoniak-Wasser-Kreisprozess und dem Wasser- LiBr-Kreisprozess liegt in denBetriebsdrücken der Systeme. Während die Ammoniak-Maschinen beiDrücken zwischen ca. 1,5 und 16 bar arbeiten, liegen bei Wasser-LiBr-Maschinen die Betriebsdrücke im Verdampfer und Absorber wesent-lich unter dem Atmosphärendruck, und zwar der Verdampferdruck beietwa 0.008 bar, entsprechend einer Verdampfungstemperatur von ca.3 °C, und der Kondensatordruck bei ungefähr 0.1 bar entsprechendeiner Kondensationstemperatur von ca. 50 °C. Diese niedrigerenDrücke (Vakuum) erfordern eine sehr dichte und stabile Ausführungder Maschine.

Die Absorptions-Kältemaschine/-Wärmepumpe arbeitet mit 2 Kreis-läufen, die zwar phasenweise ineinander laufen, jedoch funktionellgetrennt beschrieben werden können (Fig. 8-2). Es handelt dabei umdie folgenden Kreisläufe:

• Kältemittelkreislauf mit dem Verdichter, Kondensator, Drossel-/Dosiergerät und Verdampfer

• Lösungsmittelkreislauf der innerhalb dem Kältemittelkreislauf die Rolle des Verdichters übernimmt

8.3 Arbeitsstoffpaare

Unterschiedliche Betriebsdrücke fürNH3-Wasser und Wasser-LiBr

88

Aus dem Austreiber des Lösungsmittel-Kreislaufes strömt der warmeKältemittel-Dampf mit Kondensationsdruck in den Verflüssiger, kommtdort mit den gekühlten Rohrschlangen des Kühlmediums in Berührungund kondensiert dabei. Die frei werdende Verdampfungswärme gehtauf das Kühlmedium über, das dadurch erwärmt wird. Diese Erwär-mung des Kühlmediums entspricht der eigentlichen Heizleistung derWärmepumpe. Bei der Kältemaschine handelt es sich hier um die ab-zuführende Abwärme.Das immer noch unter Kondensationsdruck stehende, flüssige Kälte-mittel wird im Drosselgerät auf Niederdruck entspannt und im Ver-dampfer über den Rohrschlangen versprüht. Im Verdampfer wird derDruck so tief gehalten, dass das Kältemittel (z.B. Wasser) schon bei + 3 bis + 5 °C verdampft. Wenn also durch die RohrschlangenKaltwasser mit einer mittleren Temperatur von ca. + 10 °C zirkuliert,dann verdampft das Kältemittel, das mit diesen Rohrschlangen inBerührung kommt. Die dazu erforderliche Verdampfungswärme wirddem Kaltwasserkreislauf entzogen, der dadurch abgekühlt wird. DieseAbkühlung ergibt dann die Kälteleistung der Kältemaschine. Der soentstehende Niederdruck-Kältemittel-Dampf strömt zurück in denAbsorber des Lösungsmittel-Kreislaufes.

Fig. 8-2 Lösungs- und Kältemittel-Kreislauf des Absorptions-Kreisprozesses

Der Lösungsmittel-Kreislauf wird hier am Beispiel des Arbeitsstoffpaa-res Wasser-LiBr erklärt (Fig. 8-2). LiBr reagiert mit Wasser wie Koch-salz. Im Absorber wird das Lösungsmittel mit hoher LiBr-Konzentra-tion versprüht. Der Kältemittel-Dampf (Wasserdampf) aus dem Ver-dampfer kommt dadurch mit dem Sprühnebel des Lösungsmittels inintensiven Kontakt und wird dabei absorbiert. Bei diesem chemischenVorgang wird auch Reaktionswärme frei, die abgeführt werden muss.Dies geschieht über eine Rohrschlange, durch die das gleiche Kühl-medium zirkuliert, das anschliessend auch die Kondensatorkühlungdes Kältemittel-Kreislaufes bewirkt.Das nun mit Kältemittel "verdünnte" Lösungsmittel mit niedriger LiBr-Konzentration wird durch die Lösungsmittelpumpe über denTemperaturwechsler in den Austreiber gepumpt. Dem Austreiber(auch "Generator" oder "Kocher" genannt) wird von aussen Wärmezugeführt. Es kann sich dabei um eine Dampf-, Heisswasser- oderElektroheizung oder um eine Direktbeheizung mit Öl-, Gas- oder Fest-stoffverbrennung handeln. Diese Wärmezufuhr bewirkt das Aus-dampfen des Kältemittels aus dem Lösungsmittel und damit auch dieerforderliche Druck- und Temperaturerhöhung.

8.3.1 Kältemittelkreislauf

8.3.2 Lösungsmittel-Kreislauf

89

Während der so entstehende Kältemittel-Dampf in den Verflüssigerdes Kältemittel-Kreislaufes strömt, wird das Lösungsmittel wieder mithoher LiBr-Konzentration über den Temperaturwechsler in den Absor-ber zurückgeführt und der Lösungsmittelkreislauf beginnt von vorne.Im Temperaturwechsler wird das kalte Lösungsmittel, das aus demAbsorber kommt, durch das aus dem Austreiber zurückfliessende,warme Lösungsmittel vorgewärmt. Es handelt sich dabei also um eineprozessinterne Wärmerückgewinnung.

Im Kreisprozess der Absorptionsmaschine ist neben dem Kältemitteldas Lösungsmittel im Umlauf (Arbeitsstoffpaar). Die Konzentration �(Xi) des Kältemittels im Gemisch ist eine wesentliche Kenngrösse desjeweiligen Betriebszustandes. Man benutzt deshalb für die Prozess-darstellung ein log p, 1/T-Diagramm (dies im Gegensatz zum h, log p-Diagramm im Kompressions-Kreisprozess). Im log p, 1/T-Diagrammstellen sich die Linien gleicher Konzentration � als nahezu Gerade dar.

Fig. 8-3 Absorptions-Kälteprozess im log p, 1/T-Diagramm (vereinfacht, ohne Temperaturwechsler)

LegendetA = AbsorptionstemperaturtH = Austreibertemperatur� = Konzentrationtc = Verflüssigungstemperaturt0 = Verdampfungstemperatur4-1 = Pumpe1-2 = Austreiber3-4 = Absorber6-4 = Verdampfer1-5 = Verflüssiger5-6 = Drossel-/Dosiergerät (Kältemittel wird entspannt)

Fig. 8-3 zeigt schematisch den Verlauf des einfachen Prozesses (ohneTemperaturwechsler) in einem derartigen Diagramm. Die anKältemittel reiche Lösung mit Konzentration �R, tritt in den Austreiberein (Punkt 1). Durch Beheizung wird sie erwärmt bis zurProzesstemperatur tH (Punkt 2), wobei das Kältemittel ausgetriebenwird und die Konzentration der Lösung sich auf �A (arm an Kältemittel)verringert. Das ausgetriebene Kältemittel erreicht die Konzentrationvon praktisch � = 1 und wird bei der Prozesstemperatur tc verflüssigt(Punkt 5).

8.4 Der Kreisprozess derAbsorptionsmaschine

90

c

0

ξ R

ξ Aξ

HA c0

Der Schnittpunkt von tc mit der Linie � = 1 bestimmt den Druck pc aufder warmen Seite des Prozesses. Von diesem Druck wird das Kälte-mittel über ein Expansionsorgan entspannt auf den Druck p0, der be-stimmt ist durch die gewünschte Prozesstemperatur t0 auf der kaltenSeite (Punkt 6). Die arme Lösung wird ebenfalls auf den Druck p0 ent-spannt und tritt in den Absorber ein (Punkt 3). Durch Aufnahme desKältemitteldampfes in die arme Lösung wird Verflüssigungs- undLösungswärme frei. Durch Kühlung bis zur Prozesstemperatur tA

(Punkt 4), wird die Aufnahmefähigkeit der Lösung bis zur Konzentration�R erhöht, so dass der aus dem Verdampfer (Punkt 6) kommendeKältemitteldampf voll absorbiert werden kann.Durch die Pumpe wird die mit Kältemittel angereicherte Lösung wie-der auf den Druck pc hochgepumpt (Punkt 1).Die Differenz �R - �A - die Entgasungsbreite - ist festgelegt durch dieverfügbare oder zulässige Austreibertemperatur tH und die, je nachKühlmedium, erreichbare Absorptionsendtemperatur tA. Je kleiner dieEntgasungsbreite, desto grösser ist der für 1 kg reinen Kältemittelserforderliche Lösungsumlauf.Die Entgasungsbreite wird umso kleiner, je grösser die Differenz tc - t0

bei gegebener Differenz tH - tA wird. Für grössere Temperaturdifferen-zen tc - t0 sind deshalb auch hier, wie bei Kompressions-anlagen, zwei- oder mehrstufige Prozesse erforderlich .Nachfolgend die log p, 1/T-Diagramme für die heute meist verwende-ten Arbeitsstoffpaare Wasser-LiBr und NH3-Wasser.

Fig. 8-4 log p, 1/T-Diagramme für Arbeitsstoffpaare Wasser-LiBr und NH3-Wasser

Die charakteristische Grösse zur Beurteilung eines Absorptionspro-zesses ist das sogenannte Wärmeverhältnis � (Zeta). Dabei wird dieerzielte Kälteleistung ins Verhältnis zur Wärmezufuhr (Antriebsenergie)gesetzt.

Für die Kältemaschine gilt:

Wärmeverhältnis �K = QO = KälteleistungQH Wärmezufuhr

Für die Wärmepumpe gilt:

Wärmeverhältbnis �W = QC + QA = Heizleistung = �K + 1QH Wärmezufuhr

QC = Wärmeabgabe am VerflüssigerQA = Wärmeabgabe am AbsorberQH = Wärmezufuhr im AustreiberQ0 = Kälteleistung

8.5 Wärmeverhältnis �

91

Zur Kälteerzeugung in Klimaanlagen werden heute praktisch aus-schliesslich LiBr-Maschinen eingesetzt. Solche Maschinen werden nor-malerweise in Zweikessel- oder in Einkessel-Bauweise (siehe 8.6.2)ausgeführt.

Bei der Zweikessel-Bauweise besteht der eine Kessel aus Absorberund Verdampfer und der zweite Kessel aus Austreiber und Konden-sator. Bei der Einkesselbauweise sind diese 4 Funktionseinheiten ineinem grossen Kessel untergebracht.

In den beiden nun folgenden Abschnitten werden diese beidenMaschinentypen etwas detaillierter beschrieben.

Der konstruktive Aufbau der Zweikessel-Absorptionsmaschine ist ausFig. 8-2 (schematisch) und aus Fig. 8-5 ersichtlich. Im oberen Behältersind die unter höherem Druck arbeitenden Austreiber und Verflüssigerund im unteren Behälter die mit dem niedrigeren Druck arbeitendenVerdampfer und Absorber untergebracht.Die Zweikessel-Maschine unterscheidet sich von der Einkessel-Bauweise hauptsächlich durch folgende Konstruktionsdetails:

- unter jedem Rohrbündel ist ein separater Flüssigkeitssumpf erforderlich

- Längsschlitze in den beiden Kesseln dienen einer Verminderung der Wärmeübertragung zwischen den beiden – mit unterschiedlichen Temperaturen arbeitenden –Prozessstufen

- Der Höhenunterschied zwischen beiden Kesseln ermöglicht einen natürlichen Zufluss des flüssigen Kältemittels vom Kondensator in den Verdampfer einerseits und der LiBr-Lösungvom Austreiber zum Absorber andererseits

Fig. 8-5 Absorptionskältemaschine in Zweikessel-Bauweise (Austreiber und Verflüssiger oben, Absorber und Verdampfer unten)

8.6 Aufbau und Ausrüstung derAbsorptions-Kältemaschine

8.6.1 Die Zweikessel-Bauweise

92

Nachteilig kann sich bei der Zweikessel-Bauweise unter Umständendie grössere Bauhöhe auswirken. Andererseits können aber die bei-den Kessel separat transportiert und in den Bau eingebracht werden.

Der Verdampferteil des unteren Kessels wird gegen Wärmeverlusteund Schwitzwasserbildung isoliert.

Weil die Temperaturdifferenz zwischen Stillstand und Betrieb in denRohrbündeln über 200 K betragen kann, kommen nur die einseitig ein-gewalzten U-Rohrbündel in Frage, weil damit die Wärmedehnungs-differenzen problemlos aufgefangen werden können.

Die wässrige LiBr-Lösung ist in Verbindung mit Sauerstoff sehr aggres-siv. Ausserdem reduzieren sogenannte "nicht kondensierbare" Gaseden Wirkungsgrad des Absorptionsprozesses. Der Vakuumbetriebermöglicht das Eindringen von Luft durch kleinste Undichtheiten. Einausgeklügeltes Entlüftungssystem bezweckt ein periodischesEntfernen dieser nichtkondensierbaren Gase und gibt gleichzeitigAufschluss darüber, wie dicht die Anlage ist. Fig. 8-6 zeigt den Aufbaueines solchen Entlüftungssystems.

Fig. 8-6 Entlüftungssystem der Zweikesselmaschine

LegendeA EntgaserB SpeicherbehälterC FüllstandsanzeigeD EntlüftungsflascheE EntlüftungsventilF Sekundärer Wärmetauscher

Da Wellenabdichtungen immer die Möglichkeit des Lufteintritts in dieMaschine bieten, können Lösungs- und Kaltwasserpumpen nur in voll-hermetischer Bauweise verwendet werden. Die Schmierung undKühlung der Pumpen bzw. des Motors erfolgt durch das geförderteMedium. Wegen der herrschenden Korrosionsgefahr werden Statorund Rotor des Pumpenmotors mit Hauben aus rostfreiem Stahlblechumhüllt.

8.6.1.1 Das Entlüftungs-System

8.6.1.2 Umwälzpumpen

93

Die Kühlwassertemperaturen sollten bei LiBr-Absorptions-Kälte-maschinen prinzipiell in bestimmten Grenzen konstant gehalten wer-den, da ein schneller Temperaturabfall, wie er bei Kühlturmbetriebmöglich ist, bewirken kann, dass die Lösung in der Maschine kristalli-siert.

Das vom Kühlturm kommende Wasser wird mit einer Temperatur vonca. 28 °C in den Absorber gefördert, verlässt diesen mit ca. 34 °C,fliesst dann durch den Kondensator und verlässt diesen mit ca. 38 °C.Durch eine entsprechende Kühlwasserregelung wird die Vorlauf-temperatur auf ca. 28 °C konstant gehalten.

Bei modernen Maschinen kann in der Regel auf eine externeKühlwasserregelung verzichtet werden, da die Kreislauftemperaturendurch ein internes Regelsystem automatisch stabilisiert werden.

Das Funktionsprinzip dieser Maschine unterscheidet sich nicht vondem der Zweikessel-Bauweise und wird auch in den gleichenLeistungsbereichen eingesetzt. Bei der Einkesselbauweise sind die 4Funktionseinheiten Austreiber, Verflüssiger, Absorber und Verdampferin einem grossen Kessel untergebracht (Fig. 8-7). Durch diese sehrkompakte Bauweise ergeben sich kleinere Aussenabmessungen undniedrigere Herstellkosten als bei der Zweikessel-Bauweise.

Fig. 8-7 Absorptionskältemaschine in Einkesselbauweise ( Funktionsschema)

Legende1 Verdampfer2 Kondensator3 Absorber4 Austreiber5 Wärmetauscher6 Pumpen7 Kaltwasserkreislauf8 Energiezufuhr9 Kühlwasserkreislauf

8.6.1.3 Kühlwasser

8.6.2 Die Einkessel-Bauweise

94

Grundsätzlich könnte das gleiche Entlüftungssystem wie bei derZweikessel-Bauweise auch hier angewendet werden. Weil moderneEinkesselmaschinen aber komplett im Werk zusammengebaut, mitgeschweissten anstelle von geflanschten Rohrverbindungen ausge-führt und anschliessend einem Helium-Dichtigkeitstest unterzogenwerden, kann weniger Luft eindringen als bei den Zweikessel-Maschinen. Man kommt deshalb mit einem einfacheren Entlüftungs-system aus. Es besteht aus einer sogenannten Entlüftungskammer,die so in den Absorberteil eingesetzt wird, dass diese einen Teil desAbsorberrohrbündels einschliesst. Die Rohre im Innern dieser Ent-lüftungskammer werden so weniger durch den Kältemitteldampf be-aufschlagt, wodurch Druck und Temperatur in dieser Kammer niedriger bleiben als im übrigen Absorberteil. Die nichtkondensierbarenGase gelangen dadurch in diese Entlüftungskammer und werden vondort mittels einer zweistufigen Vakuumpumpe periodisch abgesaugt.

Bei dieser Maschine handelt es sich um eine Weiterentwicklung derbisher vorgestellten Bauweisen. Wie in Fig. 8-8 dargestellt, verfügtdiese Maschine über zwei Austreiberstufen, wobei der ausgetriebeneWasserdampf aus der ersten Stufe als Heizmittel der zweiten Stufedient, bevor er im Kondensator wieder verflüssigt wird.

Fig. 8-8 Zweistufige Absorptionskältemaschine (2. Stufe links eingerahmt)

Diese Zweistufenschaltung führt zu einer erheblichen Energieeinspa-rung auf der Heizseite und zu einem verminderten Kühlwasserbedarfim Kondensator. Die Einsparung kann dabei 25 – 30 % betragen.Allerdings ist zur Beheizung der ersten Stufe ein Heizmittel mit einerwesentlich über 100 °C liegenden Temperatur erforderlich, damit in derzweiten Austreiberstufe noch ein ausreichendes Temperaturgefälle vonüberhitztem Kältemitteldampf zur Lösung vorhanden ist. DieseMaschine sollte deshalb mit Dampf von ca. 9 – 11 bar, entsprechendeiner Temperatur von 170 – 180 °C betrieben werden.

Zur Leistungsregelung von LiBr-Absorptions-Maschinen werden heutedie folgenden beiden Methoden angewandt:

• Drosselung der Betriebsenergie• Bypassregelung der Lösungsmittelkonzentration

8.6.2.1 Entlüftung

8.6.3 Die zweistufige Absorptions-Kältemaschine

8.7 Leistungsregelung der Absorptions-Kältemaschinen

95

Durch Drosselung der Energiezufuhr zum Austreiber (siehe Fig. 8-2)kann die Leistung der Absorptionsmaschine (z.B. in Abhängigkeit derKaltwasser-Vorlauftemperatur) stufenlos geregelt werden. Bei Dampfoder Heizwasser als Betriebsenergie geschieht dies durch ein norma-les Durchfluss-Regelventil, das in den Vorlauf der betreffendenEnergiezufuhrleitung eingebaut wird. Mit dieser Regelmethode kanndie Leistung der Maschine bis auf ca. 10 % der Vollast reduziert wer-den. Dabei reduziert sich auch die Energiezufuhr annähernd proportio-nal zur Kühllast.

Diese Regelmethode beruht auf der Änderung der Konzentration derLiBr-Lösung. Zu diesem Zweck wird ein Drosselventil in die Ver-bindungsleitung zwischen Wärmetauscher (Temperaturwechsler) undAustreiber eingebaut. Dieses Drosselventil wird in Abhängigkeit derTemperatur der schwach konzentrierten Lösung gesteuert. Bei TeiIlastwird die zum Austreiber fliessende, schwache LiBr-Lösung gedrosselt,wobei der zurückgehaltene Lösungsanteil in den Absorber geleitetwird. Die Energiezufuhr zum Austreiber wird dabei nicht gedrosselt.Deshalb wird die durch Drosselung reduzierte Lösungsmenge imAustreiber mehr erhitzt und dadurch stärker konzentriert. DieLösungszufuhr zum Austreiber kann ganz abgesperrt und dadurch dieKälteleistung der Maschine auf Null reduziert werden

Die Bypassregelung kann also im gesamten Leistungsbereich von 0 – 100 % angewendet werden. Der Energieverbrauch liegt dabeileicht unter der prozentualen Last, da die Wärmeaustauschflächen beiTeillast einen spezifisch günstigeren Wirkungsgrad erreichen.

Dieses Regelverfahren erbringt somit einen etwas geringerenEnergieverbrauch im Teillastbetrieb. Die relativ hohen Anschaffungs-kosten für das 3-Weg-Ventil beschränken diese Regelart jedoch aufAbsorptionsmaschinen mit grösseren Kälteleistungen.

In vielen Fällen ergibt sich die wirtschaftlichste Art der Leistungs-regelung aus einer Kombination der beiden Regelmethoden.

8.7.1 Leistungsregelung durchDrosselung der Betriebsenergie

8.7.2 Bypassregelung derLösungsmittelkonzentration

96

Aablimation line ⇒ desublimation line

abrupt temperature change (10758)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Temperatur-sprung Genus m

abscissa (10663)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Definition Horizontalaxis of a chart Deutsch Abszisse Genus f

absorber (10674)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch AbsorberGenus m

absorbing capacity (10817) Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English absorptivityDeutsch Aufnahmefähigkeit Genus f Deutsch Absorptions-vermögen Genus n

absorption machine (10810)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa DeutschAbsorptionsmaschine Genus f

absorption refrigeration machine (10615)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English absorptiontype refrigeration machine Kategorie Do not use! DeutschAbsorptionskältemaschine Genus f

absorption refrigeration process (10672)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa DeutschAbsorptionskälteprozess Genus m

absorption temperature (10815)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa DeutschAbsorptionstemperatur Genus f

absorption type refrigeration machine ⇒ absorption refrigeration machine

absorptivity ⇒ absorbing capacity

air conditioner ⇒ air-conditioning unit

air-conditioning device ⇒ air-conditioning unit

air-conditioning unit (10699)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English airconditioner English air-conditioning device Deutsch Klima-gerät Genus n

alkyl benzene (10626)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch AlkylbenzolGenus n

auxiliary condenser (10798) Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Zusatz-verflüssiger Genus m Deutsch Zusatzkondensator Genus m

auxiliary control loop (10776)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Hilfsregel-kreis Genus m

average value (10592)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Notizen This can bethe MEAN, the MEDIAN or the MODE. The German's just ain'tthat precise on this point. Deutsch Mittelwert Genus m

azeotrope (10633)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English azeotropicmixture Deutsch azeotropes Gemisch Genus n

azeotropic mixture ⇒ azeotrope

B

back pressure turbine (10809)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Gegen-druckturbine

bearing ring seal (10688)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Gleitring-dichtung Genus f

boiling line (10646)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch SiedelinieGenus f

boiling pressure (10641)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch SiededruckGenus m

boiling temperature (10640)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English temperatureof ebullition Kategorie Do not use! Deutsch SiedetemperaturGenus f

bypass (10795)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English bypass pipeDeutsch Nebenschlussleitung Genus f

bypass pipe ⇒ bypass

C

caloric (10669)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Kategorie Adj. Englishcalorific Kategorie Do not use! Deutsch kalorisch KategorieAdj.

calorific ⇒ caloric

capillary tube (10719)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Kapillarrohr

CFC ⇒ chlorofluorocarbon

Lexikon

97

conventional ballast (10579)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch konven-tionelles Vorschaltgerät Genus n Deutsch KVG Genus nKategorie Abkz.

coolant (10714)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch KühlmittelGenus n Deutsch Kühlmedium Genus n

cooling curve (10766)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa DeutschAuskühlkurve Genus f

crankcase heater (10691) Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Kurbel-gehäuseheizung Genus f

crankshaft (10689)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch KurbelwelleGenus f

cylinder cut-off (10771)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Zylinder-abschaltung Genus f Deutsch Zylinderabstellung Genus fKategorie Do not use!

cylinder liner (10685)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Zylinder-buchse Genus f Deutsch Zylinderbüchse Genus f

D

dead space (10695)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Notizen Pump Englishnoxious space Notizen Cylinder Deutsch schädlicher RaumGenus m Deutsch toter Raum Genus m

defrost (10731)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Kategorie Verb

Deutsch abtauen Kategorie Verb

degassing range (10818)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Entgasungs-breite Genus f

desublimation line (10649)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English ablimationline Kategorie Do not use! Deutsch DesublimationslinieGenus f

direct expansion cooling (10723)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch direkteVerdampfung Genus f

direct-expansion refrigeration machine (10774)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch direkt-verdampfende Kältemaschine Genus f

change of state (10612) Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Aggregat-zustandsänderung Genus f

chlorofluorocarbon (10625)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English CFC KategorieAbkz. Deutsch Fluorchlorkohlen-wasserstoff Genus mDeutsch FCKW Genus m Kategorie Abkz.

cold box ⇒ thermal store

cold store ⇒ thermal store

cold-vapour refrigeration process (10671)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Kaltdampf-Kälteprozess Genus m

common salt (10813)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch KochsalzGenus n

compression pressure (10704)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Verdich-tungsdruck Genus m

compression refrigerating machine (10599)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa DeutschKompressionskältemaschine Genus f

compression temperature (10750)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Verdich-tungstemperatur Genus f

compressor (10718) Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch VerdichterGenus m Deutsch Kompressor Genus m

condensate (10745)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch KondensatGenus n

condensation ⇒ liquefaction

condenser coil (10717)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Verflüssiger-schlange Genus f

condenser pipe (10716)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Verflüssiger-rohr Genus n

connecting rod (10690)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Pleuel-stange Genus f Deutsch Pleuel Genus n

control action (10744)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch RegeleingriffGenus m

98

discharge pipe (10738)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English pressurepipe Kategorie Do not use! Deutsch Druckleitung Genus f

discharge valve (10702)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch DruckventilGenus n

district heating plant (10778)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Fernheiz-werk Genus n

domestic refrigerator (10698)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch KühlmöbelGenus n

drive energy ⇒ motive power

drive power (10754)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Antriebs-leistung Genus f

dry, saturated steam ⇒ dry steam

dry steam (10608)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English dry, satura-ted steam Deutsch trocken, gesättigter Dampf Genus m

E

electric water heater (10797)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Elektro-boiler Genus m

electronic ballast (10576)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch elektroni-sches Vorschaltgerät Genus n Deutsch EVG Genus nKategorie Abkz.

energy balance (10753)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch energeti-sche Bilanz Genus f Deutsch Energiebilanz Genus f

energy input (10573)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English energy useDeutsch Energieeinsatz Genus m

energy use ⇒ energy input

enthalpy of fusion (10655)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Schmelz-enthalpie Genus f

enthalpy of vaporisation (10659)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa DeutschVerdampfungsenthalpie Genus f

entropy (10639)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch EntropieGenus f Definition Größe, die den Zustand eines makroskopi-schen thermodynamischen Systems beschreibt

ester oil (10635)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch EsterölGenus n

evaporation ⇒ vaporisation

evaporative condenser (10711)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa DeutschVerdunstungsverflüssiger Genus m

expeller (10673)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English generatorDeutsch Austreiber Genus m

F

finned-tube condenser (10715)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Lamellen-verflüssiger

flash gas (10746)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch FlashgasGenus n

fully hermetic compressor (10676)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch voll-hermetischer Kompressor Genus m

fused-state zone (10652)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Schmelz-körpergebiet Genus n

G

gear oil pump (10684)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Zahnrad-Ölpumpe Genus f

generator ⇒ expeller

GHG ⇒ greenhouse gas

global warming potential (10629)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English GWPKategorie Abkz. Deutsch Erderwärmungspotential Genus nDeutsch GWP Genus n Kategorie Abkz.

greenhouse gas (10620)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English GHG DeutschTreibhausgas

GWP ⇒ global warming potential

99

100

hydrochlorofluorocarbon (10623)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English HCFCKategorie Abkz. Deutsch teilhalogenierterFluorchlorkohlenwasserstoff Genus m Deutsch H-FCKWGenus m Kategorie Abkz.

hydrofluorocarbon (10622) Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English HFCKategorie Abkz. Deutsch teilhalogenierter Fluorkohlen-wasserstoff Genus m Deutsch H-FKW Genus m KategorieAbkz.

I

indirect expansion cooler ⇒ indirect expansionevaporator

indirect expansion cooling (10725)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch indirekteVerdampfung Genus f

indirect expansion evaporator (10724)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English indirectexpansion cooler Deutsch Indirektverdampfer Genus m

injection valve (10761)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa DeutschEinspritzventil Genus n

intake pipe (10737)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English suction pipeKategorie Do not use! Deutsch Saugleitung Genus f DeutschSauggasleitung Genus f

intake pressure (10703)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch SaugdruckGenus m

intake valve (10701)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch SaugventilGenus n

inverse value ⇒ reciprocal

isenthalp (10665)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch IsenthalpeGenus f Definition: Kurve, auf der Zustände gleicher Enthalpieliegen

isentrope (10637)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch IsentropeGenus f Definition: Kurve, auf der Zustände gleicher Entropie liegen

isobar (10666)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch IsobareGenus f Definition: Kurve, auf der Zustände gleichen Druckesliegen

H

halogenated refrigerant (10759)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Halogen-Kältemittel Genus n

HC ⇒ hydrocarbon

HCFC ⇒ hydrochlorofluorocarbon

heat dissipation ⇒ heat transfer

heat emission ⇒ heat transfer

heat extraction (10596)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Wärme-entzug Genus m

heat flow (10605)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch WärmeflussGenus m

heat of fusion ⇒ latent heat of fusion

heat of reaction (10814)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English reaction heatDeutsch Reaktionswärme Genus f

heat of solution (10816)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English solution heatDeutsch Lösungswärme Genus f

heat ratio (10822) Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Wärme-verhältnis Genus n Kontext: Die charakteristische Größe zurBeurteilung eines Absorptionsprozesses ist das sogenannteWärmeverhältnis Zeta. Dabei wird die erzielte Kälteleistung insVerhältnis zur Wärmezufuhr (Antriebsenergie) gesetzt.

heat transfer (10709)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English heat emis-sion English heat dissipation Deutsch Wärmeabgabe Genus f

HFC ⇒ hydrofluorocarbon

h-log p diagram (10636)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch h, log p-Diagramm Genus n

hot gas bypass (10792)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Heißgas-beimischung Genus f Deutsch Heißgas-Bypass Genus n

hydrocarbon (10624)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English HC KategorieAbkz. Deutsch Kohlenwasserstoff Genus m Deutsch KW-StoffGenus m Kategorie Abkz.

101

isochor ⇒ isochore

isochore (10668)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English isochorKategorie Do not use! English isometric Kategorie Do not

use! Deutsch Isochore Genus f Definition: Kurve, auf derZustände gleichen spezifischen Volumens liegen

isolating valve (10732)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa DeutschAbsperrventil Genus n

isometric ⇒ isochore

L

lamp holder (10578)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Lampen-halterung Genus f Deutsch Lampenfassung Genus f

latent heat (10656)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch latenteWärme Genus f Deutsch verborgene Wärme Genus f KategorieDo not use!

latent heat of fusion (10604)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English heat offusion Deutsch Schmelzwärme Genus f

latent heat of solidification (10657)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Erstarrungs-wärme Genus f

lighting level (10581)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa DeutschBeleuchtungsstufe Genus f

limiting sensor (10777)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa DeutschBegrenzungsfühler Genus m

liquefaction (10611)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English condensationDeutsch Verflüssigung Genus f

liquid collector (10739)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Flüssig-keitssammler Genus m

low-loss ballast (10577)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch verlustar-mes Vorschaltgerät Genus n Deutsch VVG Genus n KategorieAbkz.

luminance (10582)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa DeutschLeuchtdichte Genus f

luminous efficiency (10580)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Lichtaus-beute Genus f

luminous intensity (10588)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch LichtstärkeGenus f

M

maximal operating pressure (10735)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English MOPKategorie Abkz. Deutsch maximaler Arbeitsdruck Genus m

mechanical cooling (10763)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch technischeKühlung Genus f

melting line (10644)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Schmelz-linie Genus f

mirror screen luminaire (10574)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Spiegel-rasterleuchte Genus f

mode (10593)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch ModalwertGenus m

moisture condensation (10730)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch BetauungGenus f

molar mass (10627)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch MolmasseGenus f

MOP ⇒ maximal operating pressure

motive power (10804)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English drive energyDeutsch Antriebsenergie Genus f

N

net floor area ⇒ NFA

NFA (10575)Sachgebiet Projektmanagement Firma Landis & Staefa Englishnet floor area Deutsch NGF Genus f Kategorie Abkz. DeutschNettogrundrissfläche Genus f Deutsch NettogeschossflächeGenus f

noxious space ⇒ dead space

102

pilot valve (10762)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch PilotventilGenus n

plate evaporator (10729)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Platten-verdampfer Genus m

plunger compressor (10683)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa DeutschTauchkolbenverdichter Genus m

position feedback (10722)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English positionfeedback signal Deutsch Stellungsrückmeldung Genus f

position feedback signal ⇒ position feedback

post-injection valve (10794)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Nach-Einspritzventil Genus n

pressostat (10733)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch PressostatGenus m

pressure-enthalpy diagram (10613)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Druck-Enthalpie-Diagramm Genus n

pressure pipe ⇒ discharge pipe

pressurisation valve (10743)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa DeutschDruckhalteventil Genus n

R

ratio line (10638)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Verhältnis-linie Genus f

reaction heat ⇒ heat of reaction

reciprocal (10642)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English inverse valueDeutsch Kehrwert Genus m

recreational bath (10595)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English recreationalswimming bath Deutsch Freizeitbad Genus n

recreational swimming bath ⇒ recreational bath

refrigerant collector (10799) Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa DeutschKältemittelsammler Genus m

numerical (10664)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Kategorie Adj. Englishnumerically Kategorie Advb Deutsch zahlenmässig

numerically ⇒ numerical

O

OD ⇒ ozone depletion potential

OFF time (10773)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Ausschalt-zeit Genus f

oil return (10770)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Ölrück-führung Genus f Deutsch Ölrücktransport Genus m

oil sight glass (10692)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch ÖlschauglasGenus n

ON/OFF control (10764)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Zweipunkt-betrieb Genus m

ON time (10772)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Einschalt-zeit Genus f

operating current (10751)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Betriebs-strom Genus m

operating pressure (10734)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Arbeits-druck Genus m

ordinate (10667)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Definition: verticalaxis of a chart; Deutsch Ordinate Genus f

overflow valve (10687)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Über-strömventil Genus n

ozone depletion potential (10628)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English ODPKategorie Abkz. Deutsch Ozonabbaupotential Genus nDeutsch ODP Genus n Kategorie Abkz.

P

perfluorocarbon (10621)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English PFC DeutschFluorkohlenwasserstoff Genus m Deutsch FKW

PFC ⇒ perfluorocarbon

103

refrigerant cycle (10802)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa DeutschKältemittelkreislauf Genus m

refrigerant liquid temperature (10755)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Kältemittel-flüssigkeitstemperatur

refrigeration compressor (10726)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Kälte-verdichter Genus m

refrigeration engineer (10793)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Kälte-techniker Genus m

refrigeration plant ⇒ refrigeration system

refrigeration system (10742)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English refrigerationplant Deutsch Kälteanlage Genus f

refrigeration valve (10721)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch KälteventilGenus n

refrigeratng compressor (10600)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Kälte-kompressor Genus m

reheating curve (10767)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Rücker-wärmungskurve Genus f

reset transmitter (10800)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch FolgegeberGenus m

restart inhibit (10752)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Wieder-anlaufsperre Genus f

rotary blade piston compressor (10680)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Zellenrad-verdichter Genus m

rotary compressor (10708)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Rotations-verdichter Genus m

rotary piston compressor (10677)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Rotations-kolbenverdichter Genus m

rotating piston compressor (10707)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Rollkolben-verdichter Genus m

S

saturated steam (10662)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English saturatedvapour Deutsch Sattdampf Genus m

saturated vapour ⇒ saturated steam

saturated vapour line (10647)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Sattdampf-linie Genus f

saturation pressure (10660)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Sättigungs-druck Genus m

saturation temperature (10661)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Sättigungs-temperatur Genus f

screw compressor (10678)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Schrauben-verdichter Genus m

scroll compressor (10679)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Scroll-verdichter Genus m

section (10693)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English sectionaldrawing Deutsch Schnittzeichnung Genus f

sectional drawing ⇒ section

selection chart (10828)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Auswahl-diagramm Genus n

semi-hermetic compressor (10675)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch halb-hermetischer Kompressor Genus m

sensor fluid (10748)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Fühler-flüssigkeit Genus f

shaft gland (10696)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Wellen-durchführung Genus f

shell and tube condenser (10712)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Röhren-kesselverflüssiger Genus m

single-screw compressor (10705)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch einrotorigerSchraubenverdichter Genus m

104

steam boiler (10805)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Dampf-kessel Genus m

steam jet refrigeration machine (10614)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Dampf-strahl-Kältemaschine Genus f

subcooling zone (10819)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Unter-kühlungsgebiet Genus n

sublimation line (10650)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa DeutschSublimationslinie Genus f

sublimation zone (10654)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa DeutschSublimationsgebiet Genus n

suction control valve (10760)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Saug-drossel-Regelventil Genus n

suction gas control (10736)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Sauggas-regelung Genus f

suction pipe ⇒ intake pipe

suction-throttle control (10791)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Saug-drosselregelung Genus f

superheat (10610)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Über-hitzungswärme Genus f

superheating controller (10832)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Über-hitzungsregler Genus m

superheating zone (10820)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Über-hitzungsgebiet Genus n

surface cooler (10831)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Ober-flächenkühler Genus m

switching differential (10765)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Schalt-differenz Genus f

switching frequency (10769)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Schalt-frequenz Genus f Deutsch Schalthäufigkeit Genus f

single-vessel absorption machine (10825)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Einkessel-Absorptionsmaschine Genus f

slider crank (10697)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Kurbel-schleife Genus f

slugging (10747) Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Flüssigkeits-schlag Genus m Deutsch hydraulische Schläge Genus mpl

solidification line (10645)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Erstarrungs-linie Genus f

solidification point (10658)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Erstarrungs-punkt Genus m

solid-state zone (10651)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Festkörper-gebiet Genus n

solution heat ⇒ heat of solution

solvent cycle (10803)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Lösungs-mittelkreislauf Genus m

specific heat (10616)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Definition: The speci-fic heat c is the energy (in kJ) required to heat 1 kg of a givensubstance by 1 K. Deutsch spezifische Wärme Genus fDefinition: Die spezifische Wärme c ist jene Energie (in kJ), wel-che man benötigt, um 1 kg eines bestimmten Stoffs um 1 K zuerwärmen.

standard pressure (10607)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Kontext: Assumingstandard pressure (atmospheric pressure at sea level, i.e. anabsolute pressure of 1.013 bar), this temperature is the boilingpoint of the water. Deutsch Normaldruck Genus m Kontext:Vorausgesetzt, dass Normaldruck (atmosphärischer Druck aufMeereshöhe, d.h. absoluter Druck von 1,013 bar) herrscht, istdiese Temperatur der Siedepunkt des Wassers.

standard value (10594)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch RichtwertGenus m

standby losses (10796)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Bereit-schaftsverluste Genus mpl

state ⇒ state of aggregation

state of aggregation (10617)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English state DeutschAggregatzustand Genus m

105

T

temperature-enthalpy diagram (10603)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Temperatur-Enthalpie-Diagramm Genus n

temperature glide (10631)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Temperatur-gleit Genus m

temperature of ebullition ⇒ boiling temperature

temperature oscillation (10768)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Temperatur-schwingung Genus f

thermal comfort (10775)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch thermischeBehaglichkeit Genus f

thermal heat demand (10801)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Heizwärme-bedarf Genus m

thermal store (10829)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English cold storeEnglish cold box Deutsch Kältespeicher Genus m

triple line (10648)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch TripellinieGenus f

tube bundle condenser (10713)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Rohrbündel-verflüssiger Genus m

tube bundle evaporator (10727)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Rohr-bündelverdampfer Genus m Deutsch BündelrohrverdampferGenus m Kategorie Do not use!

turbo chiller (10808)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Turbo-Kältemaschine Genus f

turbocompressor (10682)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Turbo-verdichter Genus m

twin-screw compressor (10706)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch zwei-rotoriger Schraubenverdichter Genus m

two-stage absorption machine (10824)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch zweistufigeAbsorptionsmaschine Genus f

two-vessel absorption machine (10823)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Zweikessel-Absorptionsmaschine Genus f

U

ultimate absorption temperature (10821)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa DeutschAbsorptionsendtemperatur Genus f

unit of quantity (10591)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Mengen-einheit Genus f

useful heat (10590) Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch BrennwertGenus m

V

valve diaphragm (10749)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa DeutschVentilmembran Genus f

valve reed (10694)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch VentilplatteGenus f

valve seat (10720)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch VentilsitzGenus m

vaporisation (10606)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English evaporationDeutsch Verdampfung Genus f

vaporise (10609)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Kategorie Verb

Deutsch verdampfen Kategorie Verb

vapour table (10630)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch DampftafelGenus f

W

Wankel compressor (10681)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Wankel-verdichter Genus m

waste water relief (10586)Sachgebiet Projektmanagement Firma Landis & Staefa DeutschAbwasserbefreiung Genus f

water chiller (10756)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa DeutschKaltwassersatz Genus m

106

water vapour table (10618)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Wasser-dampftafel Genus f

wet cooler (10830)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch NasskühlerGenus m

wet steam ⇒ wet vapour

wet vapour (10643)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English wet steamDeutsch Nassdampf Genus m

wet vapour zone (10653)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Nass-dampfgebiet Genus n

working fluid (10811)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Kontext: However,absorption only takes place if the absorbing substance and thegas to be absorbed (working fluid pair) are chemically compati-ble and only at a given pressure/temperature ratio which differsfor each working fluid pair Deutsch Arbeitsstoff Genus mKontext: Eine Absorption kommt allerdings nur zustande, wennder aufnehmende Stoff und das aufzunehmende Gas(Arbeitsstoff-Paar) chemisch zueinander "passen", und nur beieinem bestimmten Druck-/Temperaturverhältnis, das für jedesArbeitsstoffpaar unterschiedlich ist.

working fluid combination ⇒ working fluid pair

working fluid pair (10812)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English working fluidcombination Deutsch Arbeitsstoffpaar Genus n

working valve (10686)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Arbeits-ventil Genus n

working volume (10700)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Hub-volumen Genus n

work output (10670)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa Deutsch Arbeits-leistung Genus f Notizen Physik

Z

zeotrope (10634)Sachgebiet Technik Firma Landis & Staefa English zeotropicmixture Deutsch zeotropes Gemisch Genus n

zeotropic mixture ⇒ zeotrope

Quellennachweis

107

• "Taschenbuch für Heizung Recknagel, Sprenger,+ Klimatechnik" Schramek:

• "Impulsprogramm Haustechnik" Bundesamt für Konjunkturfragen, Bern

• "Der junge Kälteanlagenbauer" Karl Breidenbach

• "Kältetechnik" kurz und bündig Paul Berliner

• "Kältetechnik" Klaus Reisner

• "Thermodynamik" G. Junghähnel

• "Lehrbuch der Kältetechnik " H.L. von Cube

• Ökologische und physikalische Betrachtungen zur Wärmepumpe VEW AG Dortmund

• "Taschenbuch der Kältetechnik" Pohlmann

• Wundersame Reise mit dem DWN Copeland, BerlinMolekül R134A

• ASHRAE Handbook 2000 AmericanHVAC Systems and Equipment Society of Heating, Refrige-

rating and Air ConditioningEngineers

• Unterlagen Fa. Landis & Staefa (Andres Hegglin)

Der Inhalt dieser Broschüre ist ein Auszug aus dem Trainingmodul"B08RF - Kältetechnik" erstellt bei:

Siemens Schweiz AGHVPTrainingGubelstrasse 22CH-6301 Zug

Quellenangabe

www.siemens.com/buildingtechnologies

Siemens Schweiz AGBuilding Technologies GroupInternational HeadquartersGubelstraße 22CH-6301 ZugTel. +41 41 724 24 24Fax +41 41 724 35 22

Siemens Building TechnologiesGmbH & Co. oHGFriesstraße 20DE-60388 Frankfurt/MainTel. +49 69 797 81 00 0Fax +49 69 797 81 59 0

Siemens Schweiz AGBuilding TechnologiesSennweidstraße 47CH-6312 SteinhausenTel. +41 585 579 200Fax +41 585 579 230

Siemens AG ÖsterreichBuilding TechnologiesBreitenfurter Straße 148AT-1231 WienTel. +43 517 073 2383Fax +43 517 073 2323

Siemens SA Building Technologies20, rue des PeupliersLU-2328 Luxembourg/HammTél. +352 43 843 900Fax +352 43 843 901

Die Informationen in diesem Dokument enthalten allgemeine Beschreibungen der technischenMöglichkeiten, die im Einzelfall nicht immer vorliegen müssen. Die gewünschten Leistungsmerkmale sind daher im Einzelfall bei Vertragsschluss festzulegen.

Änderungen vorbehalten • Bestell-Nr. 0-91914-de •© Siemens Schweiz AG • Gedruckt in der Schweiz • 10706 Ni/Ah