Kältetechnik Grundlagen: Verdampfer, Rohrleitungen & Installation

Betriebstemperatur Tiefkühltruhe: Mittelwert -6 °C

Verdampfer: Sichtbar oder verdeckt

Platzbedarf für Verdampfer

Gerätekombinationen: Mehrere Einheiten

Verdampfer für Einzelgeräte

Leitungsverlauf: Frostvermeidung und Leckagen

Ölkreislauf im Kompressor

Der Ölkreislauf entnimmt Öl aus dem Kurbelgehäuse, zirkuliert es und führt es zur Kühlung zurück.

Vakuumtiefe: Bis zu 30 Zoll Hg

Das Vakuum sollte bis zu 30 Zoll Quecksilbersäule (Hg) betragen.

Kühl- und Betriebsverhalten

• Split-Systeme: Getrennte Komponenten.
• Ein Kondensator kann für mehrere Verdampfer (Inneneinheiten) verwendet werden.
• Wärmepumpe: Im Heizbetrieb wird der Verdampfer zum Kondensator und umgekehrt.

Druckverlust und Strömungsgeschwindigkeit

• Der Druckverlust beeinflusst die Strömungsgeschwindigkeit. Er sollte maximal 3 bar (oder 3 psi bei kleinen Rohren ohne Reibung) betragen.

Bedingungen für die Rohrverlegung

• Die Leitungen sollten so kurz und direkt wie möglich sein (reduziert Kosten und Druckabfall).
• Wenige Zubehörteile verwenden (reduziert Leckagerisiko).
• Rohre nicht extremen Temperaturen aussetzen (vermeidet Betriebsprobleme).
• Die Leitungen sollten die Gebäudenutzung nicht beeinträchtigen und vor Beschädigungen geschützt sein.
• Rohrleitungen mit Gefälle (ca. 2% steiler als bei Wasser) in Richtung des Flüssigkeitsstroms zum Kondensator verlegen. Dies begünstigt die Ölrückführung zum Verdichter. Befestigung im Abstand von 1m.
• Bei Durchführungen durch Querwände, Wände oder Böden müssen die Rohre in Schutzrohren mit 10 bis 15 cm Dicke verlegt werden.
• Leitungen, die dies erfordern, mit flexiblem Material isolieren (zur Lärmvermeidung).
• Minimale Öl-Rückführgeschwindigkeit zum Verdichter in der Saugleitung: Vertikal 6 m/s, Horizontal 3 m/s.
• Saugleitung (isoliert) und Flüssigkeitsleitung: Druckverlust 3 psi (entspricht 1 °C). Druckleitung: 6 psi (nur bei Wärmepumpen isoliert).
• Saug- oder Druckgasfallen sollten in einem Abstand von 3 bis 5 m platziert werden (nicht direkt am Verdampferaustritt).
• Der Durchmesser der Leitungen wird basierend auf dem Druckverlust (max. 3 psi) und der Gasgeschwindigkeit (max. 15 m/s) gewählt.

Isolierung von Kältemittelleitungen

• Flüssigkeitsleitung: Nicht isoliert.
• Gasleitung: Isoliert.
• Wärmepumpe: Beide Leitungen sind getrennt isoliert.

Definition und Ursachen des Druckverlusts

Der Druckverlust entsteht durch Reibung des Kältemittelgases an den Rohrwandungen, was zu einer Volumenzunahme und Dichteabnahme des Kältemittels führt (erhöht sich mit Leitungslänge und kleinerem Durchmesser). Der Druckverlust sollte unter 3 psi liegen.

Druckverlustprüfung

Die Druckverlustprüfung erfolgt mit Manometern an beiden Enden der Leitung. Alternativ kann der Druck am Verdampferaustritt mit einem T-Stück für das Manometer gemessen werden, falls der Durchmesser dies zulässt.

Kältemittel-Öl-Verhältnis in Pumpen

Jede Pumpe fördert zwischen 1 und 4 Gew.-% Kältemittel + Öl.

Mischbarkeit von Kältemittel und Öl

Die Mischbarkeit ist abhängig von Druck, Temperatur und Phase des Kältemittelgases (Dampf und Flüssigkeit sind nicht mischbar).

Vertikale Saug- und Druckleitungen

Vertikale Saug- und Druckleitungen unterliegen Lastschwankungen und gasvolumenbedingten Effekten. Spezielle Konstruktionen (z.B. doppelte Steigleitungen) werden verwendet, um einen geringeren Anstieg als bei anderen Systemen zu gewährleisten und sicherzustellen, dass die Kältemittelgasgeschwindigkeit das Öl mitreißt.

Ölrückführung bei Lastschwankungen (Dual-Riser)

Bei Lastschwankungen wird ein kleines Rohr für die Ölrückführung bei minimaler Leistung und ein zweites Rohr für den Betrieb bei Volllast (mit angepassten Druckverlusten) verwendet. Ein Siphon zwischen beiden ist empfehlenswert.

Planung und Installation: Betriebsdruck

• Betriebsdruck: Bis 6 bar.
• Kühlleistung: Bis 3 bar.
• Entlastungsleitung: In Verbindung mit der Flüssigkeitsleitung, um sicherzustellen, dass keine Flüssigkeit in den Kondensator gelangt.

Isolierung der Entlastungsleitung

Die Entlastungsleitung darf nicht isoliert werden, es sei denn, sie verläuft in einem klimatisierten Raum innerhalb einer Leitung. Sie führt heiße Gase (60-80 °C), daher ist Vorsicht geboten (Verbrennungsgefahr).

Isolierung der Flüssigkeitsleitung

Die Flüssigkeitsleitung ist normalerweise nicht isoliert, es sei denn, sie führt durch einen Hochtemperaturbereich, um Autoevaporation (Flash-Gas) des flüssigen Kältemittels zu verhindern.

Flüssigkeitsleitung: Kondensator zum Expansionsventil

Die Flüssigkeitsleitung verläuft vom Kondensator zum Expansionsventil (dieser Abschnitt verursacht in der Regel weniger Probleme).

Expansionsventil: Flüssigkeitszufuhr

Das Expansionsventil erhält 100% Flüssigkeitszufuhr.

Kombinierte Saug- und Flüssigkeitsleitung

Saug- und Flüssigkeitsleitung können mechanisch als einzelne, isolierte Rohrleitung vereint werden, wobei die Abschnittslänge nicht mehr als 15m betragen sollte.

Empfohlene Unterkühlung

Eine Unterkühlung zwischen 5 und 10 °C ist für eine gute Leistung empfehlenswert, maximal 10 bis 13 °C.

Unterkühlungsabnahme pro Leitungslänge

Die Unterkühlung nimmt um 1 °C pro 3,5 m Leitungslänge ab.

Maximale Flansch-Leitungslänge

Maximale Flansch-Leitungslänge: 15m.

Kältemittelbefüllung bei Wärmepumpen

Bei Wärmepumpen erfolgt die Kältemittelbefüllung über die Flüssigkeitsleitung.

Flüssigkeitsleitung: Unterkühlung und Druckausgleich

Die Unterkühlung in der Flüssigkeitsleitung nimmt ab. Bei Höhenunterschieden über 10 Meter sollte am unteren Ende ein Druckausgleich (Regler) installiert werden, um die Kälte in den Systemen zu gewährleisten. Zusätzlich sollte ein manuelles Ventil und ein Rückschlagventil in der Wärmepumpe vorhanden sein, wobei der Druckverlust 10 psi nicht überschreiten darf.

Aufstellung von Außengeräten und Innengeräten

• Außengerät oberhalb des Innengeräts.
• Außengerät unterhalb des Innengeräts.
• Beide Einheiten auf gleicher Höhe.

Funktion der Einheiten in Kältesystemen

In reinen Kältesystemen fungiert das Innengerät als Verdampfer und das Außengerät als Kondensator (inklusive Kompressor).

Aufsteigende Saugleitung: Gasgeschwindigkeit

Bei aufsteigenden Saugleitungen sollte die Gasgeschwindigkeit mehr als 6 m/s betragen.

Flexible Verbindungen und Schwingungsdämpfung

Flexible Verbindungen aus Kupfer und Bronze werden verwendet, um Kompressorvibrationen zu dämpfen. Zur Absorption von Vibrationen und zur Reduzierung von Gasresonanzen ist die Installation eines Entlastungsschalldämpfers empfehlenswert.

Funktion des Schalldämpfers

Ein Schalldämpfer dämpft Vibrationen (Lärm und Rohrleitungsvibrationen).

Verdampfer: Funktion und Betriebszeit

Der Verdampfer (Wärmetauscher) überträgt Wärme von der Umgebung an das Kältemittel, um dessen Aggregatzustand zu ändern (nicht mehr als 24 Stunden Betriebszeit).

Wärmeübertragung im Verdampfer

Der Verdampfer entzieht der Luft Wärme, wodurch die Lufttemperatur sinkt.

Latentwärme und Kondensation im Verdampfer

Der Verdampfer entzieht der Luft Wärme und kondensiert Wasserdampf aus der Luft (im Sommer bis zu 20%).

Betriebszeiten für Kühl- und Gefrierkammern

Betriebszeit: 16 Stunden für eine Kühlkammer, 18 Stunden für eine Gefrierkammer.

Methoden zur Frostentfernung (Abtauen)

Abtauen: Direkt im Verdampfer durch Expansion oder Erwärmung des Eises mit einer elektrischen Heizung.

Verschiedene Verdampfertypen

Verdampfertypen:

• Luftkühlung: Natürliche und Zwangsumlauf.
• Flüssigkeitskühlung: Tauch-, Doppelrohr-Gegenstrom-, Regen-, Spezial-Rohrbündel.
• Gefriergeräte.

Auswirkungen einer Leckage im Kältesystem

Bei einer Leckage (Druckverlust und niedrigen Temperaturen) steigt die Temperatur in der Saugleitung, und die Kühlleistung des Verdampfers wird beeinträchtigt, sodass nur noch der Lüfter kühlt.

Verdampfer-Temperaturbereiche für Lebensmittel

Verdampfer für die Lebensmittelkonservierung arbeiten typischerweise zwischen -18 und -30 °C.

Einfache Rohrschlangen-Verdampfer

Einfache Verdampfer bestehen aus hängenden Rohrschlangen, durch die das kalte Kältemittel strömt und Wärme überträgt.

Lamellenverdampfer

Lamellenverdampfer bestehen aus Lamellen, die von einer gekreuzten Rohrschlange durchzogen sind.

Plattenverdampfer

Plattenverdampfer (geprägt oder geformt) bestehen aus Platten, die von einer Kühlschlange gekühlt werden.

Überflutete Verdampfer

Überflutete Verdampfer verwenden einen Schwimmerregler, um den Flüssigkeitsstand im Verdampfer so hoch wie möglich zu halten. (Nicht-überflutete Verdampfer sind Trocken- oder Direktexpansionsverdampfer).