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Software
for Refrigeration, Airconditioning &
Energy technology |
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Knowledge |
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Inhalte: |
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1.)
Bestimmung des Druckverlustes zur Pumpenauslegung
in indirekten Systemen |
Systeme mit indirekter Verdampfung finden
in zahlreichen Bereichen der Kälte- und
Klimatechnik Anwendung. Je nach Anwendungsfall
stellen diese Systeme eine durchaus interessante
und wirtschaftliche Alternative zu den
Systemen mit Direktverdampfung dar. Die
theoretische Vorbetrachtung und die Planung
der Anlage ist im vielen Teilen gleich
mit der von Systemen mit Direktverdampfung.
So sind die Kühllastberechnung oder Kältebedarfsberechnungen
naturgemäß identisch. Auch stellt die
Auslegung oder Berechnung des Kältekreislaufes
innerhalb des Flüssigkeitskühlsatzes für
den versierten Fachmann kein Problem dar.
Die Berechnung der Bauteile für die Kälteträgerseite
der Anlage stellt für viele Betriebe noch
relatives Neuland dar. Die Möglichkeiten
zur Bestimmung aller zur vollständigen
Anlagenplanung notwendigen Informationen
ist auch nicht ohne weiteres möglich.
Die Berechnung der Rohrleitung wird wie
bei den Systemen mit Direktverdampfung
nach Druckverlust und maximaler Strömungsgeschwindigkeit
vorgenommen. Wie üblich legt man die Dimensionen
für den zu erwartenden maximalen Lastfall
aus. Eine wichtige charakteristische Größe
für die Pumpenauswahl ist der Massen-
oder Volumenstrom. Dieser kann relativ
einfach aus der notwendigen Kälteleistung,
der Wärmekapazität des Kälteträgers und
gewünschten Temperaturdifferenz ermittelt
werden. Mit dem Volumenstromstrom ist
die Bestimmung der maximalen Strömungsgeschwindigkeit
leicht möglich. Komplexer ist die Bestimmung
des Druckverlustes. Oft wird hier auch
von der Druckhöhe gesprochen. Diese Angabe,
anschaulich stellt sie die Höhe der Wassersäule
in Meter dar, unterscheidet sich aber
nur in der Einheit von den in Berechnungen
üblichen Größen für den Druckverlust wie
mbar oder kPa. Der Gesamtdruckverlust,
der von der Umwälzpumpe überwunden werden
muss, setzt sich aus drei wesentlichen
Anteilen zusammen: Den Druckverlust in
Rohrleitungsnetz, dem Druckverlust im
Wärmeaustauscher des Flüssigkeitskühlers
und dem Druckverlust in den Verbrauchern,
Luftkühlern etc. Die Bestimmung aller
drei Anteile ist notwendig, um eine Aussage
machen zu können, wie groß der Gesamtdruckverlust
ist. |
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Methoden zur Berechnung des Druckverlustes
in den Rohrleitungen |
Bei den Rohrleitungen gelten für die Berechnung
des Druckverlustes für das gerade Rohr
mathematische Beziehungen, die seit langen
zum Stand der Technik gehören: |
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Mit
der genauen Kenntnis über die zu erwartenden
Druckverluste jedes einzelnen Bauteiles
können nun genauere Werte für die Auswahl
der Anlagenkomponenten gemacht werden.
Dies kann helfen die Anlagenkosten, sowohl
hinsichtlich der Investitionen als auch
der Betriebskosten, zu senken. Weitere
Informationen erhalten Sie unter www.cooltool-software.de
oder per fax unter 02151- 93 84 24. In
der nächsten Ausgabe wird die Bestimmung
des Druckverlustes in den Verbrauchern
behandelt. |
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2.)
Bestimmung des Druckverlustes von Konvektoren
in indirekten Systemen |
Bestimmung
des Druckverlustes von Konvektoren in
indirekten Systemen Systeme mit indirekter
Verdampfung bieten eine durchaus interessante
Alternative zu System mit Direktverdampfung.
Insbesondere bei hohen Verdampfungstemperaturen,
langen Wegen für die Rohrleitungen und
mittleren bis größeren Gesamtleistungen
werden die Systeme durchaus konkurrenzfähig.
Die theoretische Vorbetrachtung und Planung
der Anlage weicht in einigen Teilen von
der Berechnung der Komponenten für Systeme
mit Direktverdampfung ab. Nachdem in letzten
Teil die möglichst genaue Bestimmung der
Druckverluste in den Rohrleitungen und
Armaturen behandelt wurde, wird in dieser
Ausgabe die Bestimmung des Druckverlustes
in Klimakonvektoren behandelt. Die hydraulischen
Druckverluste der auch Fan-Coils genannten
Geräte kann bei verschiedenen Herstellern,
bei gleicher nominaler Kälteleistung auf
der Luftseite, stark voneinander abweichen.
Die Umwälzpumpe für ein indirektes System
wird für den zu erwartenden maximalen
Lastfall ausgewählt. Dafür sind zwei charakteristische
Größen notwendig: der Volumenstrom und
der Gesamtdruckverlust, der auch oft die
Druckhöhe genannt wird. Die Bestimmung
der Anteile aus der Rohrreibung sowie
den Verlusten in regelungstechnischen
und strömungsunterbrechenden Bauteilen
wurde bereits behandelt. Für den zentralen
Wärmeaustauscher im Flüssigkeitskühler
werden im Allgemeinen individuelle Informationen
des Herstellers herangezogen, die noch
nicht vollständig standardisiert sind.
Ein weiterer sehr wichtiger Einflussfaktor
sind die Verbraucher, die Luftkühler,
Konvektoren und, Fan-Coils, die der Luft
die Wärme entziehen. Im Klimabereich,
werden mittlerweile von den verschiedenen
Herstellern standardisierte Werte angegeben.
Diese geben den Druckverlust bei einer
Vorlauftemperatur von 7°C und einer Rücklauftemperatur
von 12°C an. Das Medium ist reines Wasser
und der den Druckverlust erzeugende Volumenstrom
wird angegeben. Dieser Volumenstrom bezieht
sich auf die maximale Nennleistung des
Wärmeaustauschers. Durch diese Festlegung
sind alle notwendigen Stoffdaten einfach
zu bestimmen. |
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3.)
Baumarkt vs. Profiqualität - wie viel
Klima kriegt man für sein Geld |
Vergleichstest
zwischen Klimageräten aus dem Baumarkt
und aus dem Fachbetrieb |
Zu
Anfang fragten wir uns: Vergleichen wir
da nicht Äpfel mit Birnen? Oder tritt
hier eine ältere Dame auf dem Hollandrad
gegen Jan Ullrich und Lance Armstrong
an? Ein Käfer Baujahr ´72 gegen einen
nagelneuen A6 3.0 Tdi? Zugegeben, die
getesteten Geräten kommen aus unterschiedlichsten
Preissegmenten und aus unterschiedlichen
Bezugsquellen. Daher werden die Voraussetzungen
sicher nicht gleich sein.
Wir wollten hier auch nicht die Geräte
einem genormten Vergleichstest unterzeihen,
bei dem es auf Tausendstel Sekunden und
Milliwatt Stromaufnahme ankommt. Vielmehr
ging es darum, zu beurteilen, was der
Kunde, bzw. der Betreiber einer Klimaanlage,
für eine Gegenleistung für sein Geld erhält.
Hier interessiert hauptsächlich, ob man
ein für den Menschen geeignetes Raumklima
mit den unterschiedlichen Systemen erzeugen
kann. Und Raumklima bedeutet nicht nur,
die Temperatur nach unten zu bringen.
Auf dem Markt sind unterschiedliche Systeme
verfügbar. Der Klassiker unter den Klein-Klimaanlagen
ist sicherlich das stationäre, fest eingebaute
Splitklimagerät. Räumliche Trennung von
Außen- und Innengerät gewährleisten eine
zuverlässige Funktionsweise und effektive
Kühlung.
Da das Prinzip das Maß der Dinge ist,
wurden vier verschiedenen Systeme untersucht.
Zwei davon kann man aus Baumärkten, bzw.
über ein bekanntes Internet Auktionshaus
beziehen. Da die feste Installation aber
auch gewisse Nachteile mit sich bringt,
wurden mobile Lösungen mit berücksichtigt.
Nicht jeder Vermieter ist schließlich
erfreut, wenn plötzlich Kernbohrungen
von nicht unerheblichem Durchmessern durch
Wände getrieben werden, um Außen- und
Innenteil miteinander zu verbinden. Je
eine mobile Splitklimagerät und eine Gerät
mit Abluftschlauch wurden ebenfalls mit
untersucht, da auch Mieter während heißer
Hochsommertage in den Genuss kühler Wohnräume
kommen wollen. Im Test sind insgesamt
sechs verschiedene Geräte untersucht worden.
Dabei wurden die Geräte willkürlich gewählt,
wir verzichten deswegen auch auf detaillierte
Typenbezeichnungen. Auch sind die gewählten
Marken nur als beispielhaft anzusehen
und sollen nur der Unterscheidung der
Geräte im Test dienen. Es wurden im einzelnen
die Funktion der folgenden Geräte untersucht:
- Dilego Splitklima, 9000 BTU/h, im Vergleichstest
der Stiftung Warentest von 2005 der Testsieger
- Einhell Splitklima, 9000 BTU/h,
- Argo mobiles Splitklima, 12000 BTU/h,
- Envicare Abluftschlauchgerät, 9000 BTU/h,
Bezugsquellen FÜR DIESE Geräte sind Baumärkte
und der Internethandel über gekannte Auktionsplattformen.
Daneben wurden zwei nur über den Kälte/Klimafachbetrieb
zu beziehende Geräte untersucht:
- Fujitsu Inverter Splitklima, 9000 BTU/h,
- Mitsubishi Inverter Splitklima, 9000
BTU/h,
Versuchsablauf: Zur Untersuchung wurde
ein Referenzraum mit einer Leistung von
2,4 kW über einen Zeitraum von 45 Minuten
aufgeheizt. Danach wurde jedes System
2,5 Stunden zur Kühlung eingeschaltet,
ohne die Heizung abzustellen. Dabei wurde
bei allen Geräten eine Temperatur von
20°C sowie der Automatikmodus für alle
anderen Funktionen wie Lüftergeschwindigkeit
oder Klappenstellung gewählt. Während
der Aufheizphase und während der Kühlphase
wurden an insgesamt acht Stellen im Raum
und an den Geräten die Temperaturverläufe
aufgezeichnet. Ferner wurde bei den vier
Splitklimasystemen die Verdampfungstemperatur,
die Überhitzung in der Saugleitung und
mehrere weitere Punkte im Kältekreislauf
aufgenommen. Dies ermöglicht eine Aussage
über die generelle Funktionsweise und
die Qualität des thermodynamischen Vergleichsprozesses
zu machen. Letztendlich wurde auch die
Raumluftfeuchte erfasst, da sich ein Raumklima
schließlich nicht nur über die Temperaturen,
sondern auch über die Feuchte definiert.
Beurteilung der wichtigsten Komfortkriterien
Für den Kunden ist natürlich die zu erzielende
Raumlufttemperatur eines der wichtigsten
Kriterien. Tiefe Temperaturen deuten schließlich
auf ein leistungsfähiges Gerät hin.
Für viele ein entscheidendes Kriterium
für eine Klimaanlage. Neben der minimal
zu erreichenden Raumtemperatur spielt
aber die Regelung bei nur teilweise benötigter
Last eine wichtige Rolle. Zu starke Schwankungen
lassen den Raumzustand subjektiv als zu
warm erscheinen. Die gezeichneten Temperaturverläufe
machten hier detaillierte Aussagen über
die Regelzustände im Raum möglich. Als
einer der wichtigsten Kriterien wurde
die am Ende der Betriebszeit resultierende
Raumluftfeuchte gemessen. Zusammen mit
den aufgezeichneten Temperaturen lassen
sich bei den vier Splitklimageräten detaillierte
Aussagen über die Funktionsweise der Innengeräte
machen. Insbesondere ist die Beziehung
von mittlerer Temperaturdifferenz zwischen
Ansaug-, Verdampfungs- und Ausblastemperatur
zu der am Ende resultierenden Raumluftfeuchte
sind eines der wichtigsten Kriterien für
die Qualität des Raumluftklimas. Qualitätskriterien
für Klimaanlagen Natürlich spielte der
Energieverbrauch der einzelnen Anlagen
während der Messung eine entscheidende
Rolle. Da alle Anlagen gleiche Lasten
abführen mussten, konnten hier eindeutige
Vergleichszahlen erfasst werden. |
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Tabelle
1: Die wichtigsten Kenndaten und Kriterien
der Klimageräte
Neben dem Energieverbrauch Qel. ist der
sich einstellende Raumluftzustand, der
durch die relative Feuchte rF und die
mittlere Temperatur der Raumes tRm beeinflusst
wird, mit das wichtigste Kriterium. Der
Raumluftzustand sollte im Bereich des
Behaglichkeitsfeldes liegen, um negative
Einflüsse auf Wohlbefinden und Gesundheit
der im Raum anwesenden Personen zu verhindern.
Aber auch die Temperaturschwankungen dtR
und die konstruktiven Werte spielen eine
wichtige Rolle. Dies sind die Ausblastemperatur
taus und die mittlere Temperaturdifferenz
dtm im Innenteil der Geräte. Für die mobile
Geräte konnten diese Werte nicht ermittelt
werden, da die Kreisläufe hermetisiert
sind und eine zerstörungsfreie Messung
der Drücke nicht möglich war. Die mittlere
Temperaturdifferenz dtm ist ein entscheidendes
Kriterium, wie die Luftqualität beeinfluss
wird. Mit kleinen Wärmeaustauschern kann
man preiswerte Anlagen bauen, die aber
sehr kalte und sehr trockene Luft produzieren.
Je größer der Verdampfer im Innenteil
ist, um so kleiner kann die Temperaturdifferenz
dtm ausfallen und um so geringer ist die
Entfeuchtung. Energieverbrauch und Konstruktion
Bei dem Verbrauchszahlen für die elektrischen
Energiebedarf Qel. In der ersten Spalte
fällt einem das große Gefälle zwischen
1,23 kWh bei dem Mitsubishi Gerät im Vergleich
zu 2,68 kWh zum Abluftschlauchgeräte auf.
Das entspricht 117% höherem Energieverbrauch!
Auch die preisgünstigen Geräte von Einhell
und Dilego liegen mit 71% bzw. 68% deutlich
über dem besten Wert, genauso wie das
mobile Splitgerät von Argo mit 75% mehr
Energieverbrauch. Fujitsu liegt mit 1,78
kWh im Mittelfeld, allerdings bei tiefster
erreichter Raumtemperatur. Beim Blick
auf die Geräte fällt einem sofort auf,
woran das liegen könnte.
Die Geräte mit dem hohen Energieverbrauch
sind von der Bauform und dem Wärmeaustauschflächen
deutlich kleiner. Klar erkennbar ist bei
dem Fujitsu und Mitsubishi Geräten die
vergrößerte Fläche der Verdampfer an den
Innenteilen. Erreicht wird das durch eine
aufwändige V-förmige Konstruktion in den
Innenteilen. Dilego und Einhell sind hier
deutlich kleiner ausgeführt bei gleichzeitig
geringerem konstruktiven Aufwand. Insbesondere
das Abluftschlauchgerät, das nominell
die gleiche Leistung von 9000 BTU/h haben
soll, ist wesentlich kleiner. Auch die
Größe der Außenteile ist bei Fujitsu und
Mitsubishi wesentlich größer als bei den
anderen Geräten, was niedrigere Verflüssigungstemperaturen
zu Folge haben wird. Hier wird bestätigt,
was schon lange vermutet wurde: Ein vernünftiger,
energiesparender Betrieb und Wärmeaustausch
ist nur mit großen Flächen bei Verdampfer
und Verflüssiger möglich. Die Anhebung
der Verdampfungstemperatur bei gleichzeitig
möglichst niedriger Verflüssigungstemperatur
ist grundlegende Voraussetzung für geringen
Energieverbrauch. Raumluftbedingungen
als entscheidendes Kriterium Betrachtet
man die nach 2,5 Stunden resultierenden
Zustände der Raumluft, so ergibt sich
ein ähnliches Bild: Die Geräte von Argo,
Dilego und Envicare unterschreiten den
Wert von 35% relativer Feuchte, der als
die Untergrenze für die menschliche Behaglichkeit
definiert ist. Die erreichten Temperaturen
nach 2,5 Stunden Betrieb liegen auf unterschiedlichem
Niveau, je nach Nennleistung der einzelnen
Geräte. Insbesondere das Abluftschlauchgerät
schaffte es nicht dauerhaft, die Temperatur
im Raum konstant zu halten. Die Endtemperatur
von über 25°C und der Verlauf der Kurven
lässt vermuten, dass das Gerät nicht über
die Leistung verfügt, gegen die Heizung
im Raum gegenzuhalten. Das Gerät von Dilego
pendelte sich bei 24,5°C ein und hielt
die Temperatur, ohne dabei zu takten.
Im Gegensatz dazu taktete das mobile Argo
regelmäßig.
Das Gerät verfügte allerdings als einziges
im Test über 12.000 BTU/h Leistung. Abbildung
4 zeigt den Temperaturverlauf im Raum,
der durch den On/Off Betrieb entsteht.
Ferner hatte das Argo die tiefste Ausblastemperatur
von unter 1°C! Die starken Schwankungen
von im Schnitt 2,6K und die sehr kalte
Luft mindern die subjektive Behaglichkeit
deutlich. Knapp an der Untergrenze des
Behaglichkeitsfeld lag mit 37% das Einhell.
Nach Ca. 1,5 Stunden fing auch dieses
Gerät an zu takten und hielt die Temperatur
im Raum bei durchschnittlich 23,2°C. Dabei
blieben die Temperaturschwanken allerdings
relativ gesehen klein. Die Invertergeräte
von Fujitsu und Mitsubishi zeigten nicht
nur im Vergleich zu den anderen Geräten
unterschiedliches Verhalten, auch im direkten
Vergleich führten die Geräte zu völlig
unterschiedlichen Raumluftzuständen. Das
Fujitsu kühlte die Raumluft stetig auf
die eingestellten 20°C runter, wobei nach
2,5 Stunden eine Endtemperatur von 21,2°C
erreicht wurde. Dabei blieb die Entfeuchtung
im Rahmen, knapp 43% relative Feuchte
sind ein passabler Wert. Das Mitsubishi
kühlte den Raum innerhalb einer sehr kurzen
Zeit auf unter 24°C runter und sorgte
dann dafür, das die Raumluft bei dem Zustand
verharrte. Dies erklärt auch den minimalen
Energieverbrauch des Gerätes. Die Temperaturenverläufe
nach Einschalten bei beiden Geräten wiesen
keinerlei Schwankungen auf. Das unterschiedliche
Verhalten der beiden Geräte lässt vermuten,
das hier unterschiedliche Regelungskonzepte
bei der Steuerung der Geräte zur Anwendung
gekommen sind. Insgesamt schaffte es das
Mitsubishi den besten Raumluftzustand
zu erzeugen. Wobei die Raumtemperatur
ca. 3,5K über den eingestellten 20°C lag.
Dabei lagen die mittlere Verdampfungstemperatur
bei 6,78°C und die Einblastemperatur bei
9,68°C, was in Verbindung mit der erzielten
Raumfeuchte unangenehme Zugerscheinungen
vermeiden hilft. Das technisch gleichwertig
Fujitsu führte zu tieferen Temperaturen,
bei immer noch niedrigem Energieverbrauch
und geringer Entfeuchtung. Hier müsste
man bei der Einstellung höhere Temperaturen
wählen.
Die Aufnahme der Verdampfungstemperaturen
und der Leistungsdaten der Außengeräte
zeigt, das beide Geräte noch deutliche
Leistungsreserven haben. Das Einhell Splitklimagerät
lieferte gerade noch akzeptable Werte
für die Raumluft, allerdings bei deutlich
höherem Energieverbrauch. Die anderen
drei Geräte lagen mit den erreichten Raumluftzuständen
außerhalb des Behaglichkeitsfeldes. Abbildung
6 zeigt zusammenfassend die erreichten
Endzustände im h,x-Diagramm. Das Geräuschniveau
war bei den Splitklimageräten von Einhell
und Dilego durchaus akzeptabel, insbesondere
bei den Außenteilen, die die Werksangaben
von 54 dBA einhielten. Hier waren alle
Beteiligten erstaunt, das für den sehr
günstigen Kaufpreis hier, nur das Geräuschniveau
betrachtet, vernünftige Qualität geliefert
wird. Lediglich bei den Innenteilen war
ein etwas höherer Geräuschpegel als bei
den Invertergeräten wahrnehmbar. Bei dem
Gerät von Argo war der Geräuschpegel,
dafür, das sich der Verdichter im Innenteil
befindet, erstaunlich niedrig, aber trotzdem
deutlich hörbar. Ein Zeichen, das trotzdem
konstruktiv gedacht wurde und die sehr
viel Platz benötigende Dämmung eingebaut
wurde. Beim Abluftschlauchgerät ist das
Geräusch schlichtweg nicht akzeptabel:
Der Verdichter, die Ventilatoren und die
Luftströmung durch den Abluftschlauch
sind so deutlich zu hören, das ein Aufenthalt
in der Nähe des Gerätes fast unmöglich
ist. Offensichtlich ist als Attribut an
die sehr kompakte Bauweise, und den geringen
Preis, auf jede Art von Dämmung verzichtet
worden. |
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Tabelle
2: Bewertung der Funktionen der einzelnen
Geräte
Zusammenfassung:
Reine Abkühlung der Raumluft ist nicht
Klimatisierung. Und die hohe Kunst mit
nur einer Größe, der Kälteleistung der
Anlage, gutes Klima zu machen, beherrschen
nicht alle Hersteller in Vollendung. Die
Messung und Speicherung der relevanten
Anlagendaten wie Verdampfungstemperatur,
Überhitzung, Luftein- und Austrittstemperatur
zeigten, für den Laien nur schwer erkennbare,
Unterschiede in der Funktionsweise der
kältetechnischen Komponenten der untersuchten
Geräte. So haben drei der untersuchten
Geräte mit Klimatisierung wenig zu tun.
Das Schlusslicht bildet eindeutig das
Abluftschlauchgerät. Hier sollte klar
sein, das so ein Gerät nur als kurzfristige
Notlösung in Frage kommt und mehr als
ein Kaltluftgebläse anzusehen ist. Neben
dem höchsten Energieverbrauch im Test
führte es zu starker Entfeuchtung und
ungesunden Raumluftzuständen.
Die On/Off Geräte von Argo, Einhell und
Dilego hatten bessere Verbrauchsdaten,
konnten aber auch beim Raumklima nicht
überzeugen. Lediglich das Einhell Gerät
schaffte es, die Luft knapp im Behaglichkeitsfeld
zu belassen. Sobald die Geräte nur noch
im Teillastbereich gefordert sind, takten
sie stark und führen zu extrem hohen,
subjektiv als sehr unbehaglich empfundenen
Temperaturschwankungen. Ferner hatten
alle drei Geräte sehr tiefe Ausblastemperaturen,
die bei direkter Richtung auf Personen
als extrem unangenehm empfunden wird,
da dies zu deutlichen Zugerscheinungen
führt. Insgesamt betrachtet ist die Raumluftqualität
bei dem Gerät von Einhell gerade noch
akzeptabel, bei allen anderen ist sie
als Mangelhaft einzustufen. Ferner kann
man Zweifel anmelden, ob einige angegebenen
Nennleistungen tatsächlich stimmen können
bzw. an den Raum abgegeben werden können.
Ferner führt das Takten der Geräte, wenn
nur ein Teil der Leistung benötigt wird,
zu starken Schwankungen der Temperatur
im Raum, die den empfundenen Komfort einschränken.
Tiefe Ausblastemperaturen und geringe
Raumluftfeuchte sind aber auch aus medizinischer
Sicht bedenklich: die Hals-Nasen-Ohren
Ärzte dürften sich bei Einsatz dieser
Geräte sicher verstärkt über Patienten
freuen.
Die Inverter geregelten Geräte von Fujitsu
und Mitsubishi schaffen es hingegen ein
gutes Raumluftklima zu erzeugen. Dies
ist nur mit Invertertechnologie zu erreichen,
aufwändiger Konstruktion der Wärmeaustauscher,
einer ausgeklügelten Steuerung der Betriebszustände
und einer auf Erfahrung basierenden Software
zur Regelung. Geringer Energieverbrauch,
geringe Entfeuchtung, geringer Geräuschpegel
und Erfüllung der realen Leistungsdaten
zeichnen die Geräte aus. In der Regelung
scheinen die beiden Geräte unterschiedlichen
Konzepten zu folgen. Fujitsu setzt auf
Leistung und schnelle Abkühlung, ohne
dabei die Raumluft zu stark zu entfeuchten.
Bedingt durch die gewählte Einstellung
von 20°C verließ der endgültige Raumluftzustand
zwar das Behaglichkeitsfeld, blieb aber
klar unterhalb des Behaglichkeitsfeldes
in einem Bereich guter relativer Feuchte.
Bei höherer gewählter Temperatur wird
der zu erzielende Raumluftzustand damit
im Behaglichkeitsfeld liegen. Bei dem
Gerät von Mitsubishi kommt es nach einer
sehr schnellen Abkühlphase zu einem sehr
konstanten Raumluftzustand, der deutlich
erkennbar mitten im Behaglichkeitsfeld
liegt. Gleichzeitig hatte das Gerät den
geringsten Energieverbrauch. Insgesamt
hinterließ das Gerät, auch bedingt durch
die gute Verarbeitung, im Test den besten
Eindruck. Abschließend kommt wieder ein
altes Prinzip zur Geltung: Eigentlich
sind wir zu arm, um billig einzukaufen
bzw. zu klimatisieren. |
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Die
Meisterklassen des Abschlussjahres 2007
mit einem Teil der Ausbilder IKKE - Praxisnahe
Ausbildung von Meistern in Duisburg |
Das
neue Informationszentrum für Kälte-, Klima-
und Energietechnik - IKKE gGmbH ist eine
gemeinnützige Gesellschaft, deren alleiniger
Gesellschafter die Kälteanlagenbauer-Innung
Nordrhein (KIN) ist. Seit 2002 werden,
neben zahlreichen anderen Kursen und Ausbildungslehrgängen,
Meister in Teilzeitkursen, seit 2006 auch
in Vollzeitkursen, im Kälteanlagenbau
ausgebildet. Die Ausbildung wird dabei
nicht nur mit den mit den hauptberuflichen,
fest angestellten Kräften durchgeführt,
sondern auch mit externen Kräften aus
dem verschiedenen Bereichen wie z.B. Elektrotechnik
und Anlagenplanung. Dadurch wird eine
große Bandbreite und ein stets aktueller
Bezug zur Praxis erreicht. Im Rahmen der
abschließenden Projektwochen der Meisterklassen
wurden im Herbst 2007 an mehreren Klimageräten
Messgeräte angebracht. Sinn und Zweck
war, die angehenden Meistern in zeit-
und praxisgerechten Methoden der Anlagenanalyse
einzuführen. Unter der Betreuung eines
der Ausbilder, Dipl. Ing. Vilim Mergl,
der als externer Dozent im Ausbildungsplan
für die Anlagenplanung und -technik verantwortlich
ist, wurden die Messungen aufgebaut, durchgeführt
und anschließend ausgewertet. |
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4.)
Abweichungen der realen Verdichterleistung
vom in der DIN 8928 und der EN 12900 definierten
Zustand |
Die
Leistung einer Kälteanlage hängt zu einem
großen Teil von der Wahl des Verdichters
ab. Hier gilt das alte Prinzip, das Hubraum
durch nichts zu ersetzen ist Auf Grundlage
der DIN 8928 sind die meisten noch im
Umlauf befindlichen Leistungsdatenblätter
erstellt worden. Es stellte sich aber
im realen Betrieb heraus, dass die Abweichungen
sehr stark vom gewählten Kältemittel und
den Betriebszuständen abhängen. Traditionell
verwendete Kältemittel wie R 22 hatten
auf Grund ihrer thermodynamischen Eigenschaften
kaum Abweichungen zwischen angegebenen
DIN Zuständen und realer Leistung. Bei
R 134a und insbesondere R 404A/R 507 können
die Abweichungen der Leistungen aber in
einer Größenordnung liegen, die durchaus
zu einem Streitfall zwischen Betreiber
und Anlagenbauer ausarten können. Beim
Einsatz in der Tiefkühlung können die
Werte der Abweichungen im Vergleich zur
DIN 8928, je nach Verdampfungs- und Verflüssigungstemperatur
sowie der Druckverluste in den Rohrleitungen
über 30% betragen. Die DIN 8928 ist nun
durch die EN 12900 ersetzt worden. Interessant
ist die Frage, ob sich die Abweichungen
signifikant verkleinert haben.
Wie bei der DIN 8928 lautet auch bei der
EN 12900 die Definition der Kälteleistung
: " Kälteleistung…Produkt aus dem Kältemittelmassenstrom
durch den Verdichter und der Differenz
der spezifischen Enthalpie des am Eingang
des Verdichters auf den in Tabelle 1 angegebenen
zutreffenden Wert überhitzten Kältemittels
und der spezifischen Enthalpie der gesättigten
Flüssigkeit in einem Zustand, der dem
Druck am Verdichterausgang entspricht."
Hier hat sich nichts geändert, da auch
in der EN 12900 die für die Bestimmung
der Kälteleistung heran zu ziehende nutzbare
Verdampfungsenthalpie erst am Verdichtereintritt
endet. Wie in der DIN 8928 werden starke
Unterschiede im Massenstrom zu erwarten
sein. Die Tabelle, auf die verwiesen wird,
zeigt die neuen Bezugstemperaturen für
die Angabe der Leistungen. Auch in der
EN 12900 wird, wie in Tabelle 1 zu sehen
ist, die Unterkühlung in der Flüssigkeitsleitung
weggelassen. Wurde bei der DIN 8928 noch
mit 25°C Ansaugtemperatur oder 20 K nutzbarer
Überhitzung gearbeitet, so reduziert sich
jetzt der Wert auf eine Ansaugtemperatur
von 20°C an. Dies bedeutet, dass wiederum
eine vergleichsweise große nutzbare Verdampfungsenthalpie
vorliegt, die den für die Kälteleistung
notwendigen Massenstrom stark verringert,
insbesondere beim Einsatz in der Tiefkühlung.
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Nutzbare
Verdampfungsenthalpie als wichtiger Einflussfaktor |
Insgesamt
fällt einem bei Betrachtung der Tabelle
1 auf, dass sich die Temperaturen um rund
5 K Unterschied gesenkt haben. Die jeweiligen
Temperaturen richten sich nach den Anwendungsgebieten.
Die in der DIN 8928 noch nicht definierten
Leistungen für "Haushaltsgeräte" werden
bei 32°C angegeben. Für den breiten Anwendungsfall
"Gewerbekälte" soll nun mit 20°C, statt
mit 25°C, Ansaugtemperatur und bis dahin
nutzbarer Verdampfungsenthalpie gerechnet
werden. Dies bedeutet gegenüber den alten
Werten eine Entwicklung hin zu realistischeren
Leistungsangaben. Die Überhitzungen von
10 K bzw. 20 K sollen bei Verdichtern
für Großkälte Verwendung finden, bei denen
halogenierte Kältemittel zum Einsatz kommen.
In den Tabellen 2 bis 4 sind die Verdampfungsenthalpien
der einzelnen Kältemittel bei -5°C und
bei -30°C für die DIN 8928 und EN 12900
Zustände für den Fall "Gewerbekälte" aufgeführt.
Bei R 22 liegen die Abweichungen bei -5°C
deutlich in einem Bereich von unter 10%.
R 134a weißt nur geringfügig höhere Abweichungen
auf, die um 10% herum liegen. R 404A weißt
hier schon starke Unterschiede auf, die
in diesem Bereich zwar von 14,5% auf 11%
verringern. Die Verkleinerung der Abweichung
ist aber immer noch signifikant. Dies
sind Folgen der Formen der Dampfdruckkurven:
R 22 hat eine breite und relativ homogene.
R 134a ist relativ ähnlich. Aber bei R
404A/507 verläuft die Taulinie, insbesondere
im unteren Bereich stark nach links. Dies
deutet auf eine geringe nutzbare Verdampfungsenthalpie
hin, besonders bei tiefen Temperaturen.
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Einfluss
von Ansaugdichte und Wärmekapazität
des Sauggases |
Die
Leistung des Verdichters ist aber nicht
nur von der nutzbaren Verdampfungsenthalpie
abhängig, sondern auch von der Ansaugdichte
und von der Wärmekapazität des
Sauggases. R 22 hat eine vergleichsweise
geringe Wärmekapazität im Sauggas.
Eine der Konsequenzen ist die hohe Verdichtungsendtemperatur,
die sich aus der Thermodynamik ergibt.
Für die Abweichung der Leistungen
ist jedoch von Vorteil. Da der Anteil
der Wärmekapazität des Gases
in der Saugleitung an der nutzbaren Verdampfungsenthalpie
dadurch geringer wird. In den sich gegenseitig
beeinflussenden Faktoren kommt es bei
R 22 fasst zu einer Aufhebung der Abweichung
der realen Leistung zu der durch EN 12900
definierten Leistung.
Im Gegensatz dazu sind die Wärmekapazitäten
von R 134a und R 404A/R 507 in der Saugleitung
vergleichsweise hoch. Im Miteinander von
Dichte und Wärmekapazität kommt
es hier aber zu wesentlich größeren
Abweichungen, da bei einer realen nutzbaren
Überhitzung von vielleicht 7 K wesentlich
weniger Wärme transportiert werden
kann. Die Konsequenz ist ein wesentlich
höherer Kältemittelmassenstrom.
Die Abweichung der Leistung ist zwar kleiner
als die der reinen nutzbaren Verdampfungsenthalpien,
liegt aber immer noch, trotz der 5 K geringeren
Abweichung in einer Größenordnung,
die Probleme bereiten könnte |
Technische
Ausführung der Anlage von wesentlicher
Bedeutung |
Natürlich
ist die richtige Auswahl der Wärmeaustauscher
von großer Bedeutung für die
tatsächliche Leistung, die die Anlage
bringen kann. An dieser Stelle seinen
noch einmal zwei weitere wichtige Faktoren
genannt, die die Leistung der Anlage mit
beeinflussen: Die Druckverluste in der
Saug- sowie in der Druckleitung und die
Erwärmung des Gases in der Saugleitung
durch mangelnde, fehlerhafte oder einfach
nicht vorhandene Wärmedämmung.
Die Druckverluste führen zu einem
höheren Druckverhältnis bei
der Verdichtung. Der Verdichter muss eine
größere Arbeit leisten, der
Liefergrad wird schlechter und das notwendige
Hubvolumen größer. Dies ist
einer der Gründe, warum die Druckverluste
in den Leitungen einen gewissen Wert nicht
überschreiten sollten. Ferner führt
ein zu hoher Druckverlust in der Saugleitung
zu einer Verringerung der Sauggasdichte
und erfordert damit für die gleiche
Kälteleistung ein größeres
Hubvolumen.
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Realer
Zustand beim Betrieb einer Kälteanlage |
Der
reale Zustand beim Betrieb einer Kälteanlage
wurde mit einer nutzbaren Überhitzung
im Verdampfer von 7 K angenommen. Die
weitere Erwärmung in der Saugleitung
wurde mit 3 K und die Unterkühlung
mit 2 K angenommen. Zur Durchführung
der Berechnung wurde wieder mit der CoolTool
Software vorgenommen. In der Software
können die jeweiligen Überhitzungen
und Unterkühlungen detailliert definiert
werden, sowohl der real Zustand wie auch
die Zustände nach der Norm. Ferner
können mit CoolTool die Druckverluste
in den Rohrleitungen bei der Bestimmung
der tatsächlichen Leistung mit berücksichtigt
werden.
Die erste Reihe der Berechnungen in den
Tabellen 6 und 7 wurde nur mit den vom
Normzustand abweichenden Stoffdaten ermittelt.
Der zweite wurde zusätzlich mit Druckverlusten
betrachtet, jeweils 1 K in der Saug- und
in der Druckleitung. In der letzten Rechnung
wurde zusätzlich zu den Druckverlusten
mit einer Erwärmung in der Saugleitung
von 20 K statt der oben erwähnten
3 K gerechnet. Die jeweiligen Vergleiche
erfolgten für Verdampfungstemperaturen
von +10°C bis hinunter zu -30°C,
wobei in Schritten von 10 K vorgegangen
wurde.
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Auslegung
nach physikalischen Gegebenheiten notwendig |
Die
relative Abweichung der tatsächlichen
Kälteleistung wurden in den Tabellen
6 und 7 dargestellt, jeweils für
R 134a und für R 404A/507. Alle relativen
Leistungen sind wieder geringer als die
Leistung in der Norm. Deutlich sieht man
bei beiden Kältemitteln eine drastische
Verringerung bei tiefen Temperaturen,
die nur ca. zwei Prozent weniger beträgt
als bei der DIN 8928. Insbesondere R 404A/507
neigt wieder zu starken Leistungseinbußen.
Die weiteren Einflüsse verstärken
diese Tendenz noch weiter. Die höchsten
Abweichungen in der Tiefkühlung,
dem klassischen Anwendungsgebiet von R
404A/507, betragen wieder 25%, wie in
Tabelle 6 deutlich zu sehen ist. Bei R
134a zeigt sich ein ähnliches Bild.
Die Änderung des Bezugszustände
gegenüber der DIN 8928 hat an den
Abweichungen maximal zwei Prozent verringert.
In den Tabellen 6 und 7 kann man wieder
deutlich starke Abweichungen, insbesondere
bei tiefen Temperaturen erkennen. Die
gerne praktizierte Auswahl aus den Leistungsdatenblättern
ist, auch wenn die EN 12900 bei der Erstellung
verwendet wurde, birgt Risiken. Die Verwendung
eines Verdichters, der bei realen Bedingungen
weniger als 20% der benötigten Leistung
hat, kann zu fehlender Kühlung und
beim Betreiber zu Problemen führen.
Auch die EN 12900 ändert nichts an
der Tatsache, dass Verdichter mit den
zu erwartenden Betriebszuständen
ausgelegt werden muss: Nur das Verdichterhubvolumen
unter Berücksichtigung des Liefergrades
liefert eine klare Aussage darüber,
welche Leistung das Aggregat tatsächlich
haben wird. |
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