Grundlagen der Kältetechnik
Einleitung
Diese Einführung in die Kälte- und Klimatechnik bezieht sich auf die gängigste Form der Kälteerzeugung - Kompressionskältemaschinen.
Begriffserklärung
| Begriff | Bedeutung | Bemerkung |
|---|---|---|
| STP | Normbedingungen, Standardtemperatur und Luftdruck | Temperatur = 20°C = 293,15K, Luftdruck = 1013,15 mBara |
| bara | bar absolut | Druck gegenüber einem perfekten Vakuum |
| barg | bar gegenüber Atmosphärendruck | ein Autoreifen mit 2 barg hat einen absoluten Druck von ca. 3 bara |
| Sättigungstemperatur | Temperatur, bei dem ein Kältemittel unter einem gegebenen Druck gerade einen Phasenwechsel flüssig <-> gasförmig vollzieht | z.B. Wasser bei 100°C und Normdruck |
| Sättigungsdampfdruck | Druck, das ein Kältemittel bei gegebener Temperatur auf seine Umgebung ausübt | Wasser hat bei 100°C einen Sättigungsdampfdruck von ca. 1013 mBara |
| Überhitzung | Temperaturüberschuss eines gasförmigen Kältemittels über der Sättigungstemperatur | Wasserdampf ist bei Normdruck und 120°C um 20K überhitzt |
| Unterkühlung | Temperaturunterschuss eines flüssigen Kältemittels unter der Sättigungstemperatur | Wasser ist bei Normdruck und 80°C um 20K unterkühlt |
| Klixon | thermostatischer Überlastschutz | am oder im Kompressor montiert |
| PSC | Permanent Split Capacitor - Motor mit Betriebskondensator | üblich in Klimageräten |
| HD | Hochdruck bzw. Hochdruckseite eines Kältesystems | zwischen Verdichterauslass und Drosselorgan |
| ND | Niederdruck bzw. Niederdruckseite eines Kältesystems | zwischen Verdichtersauganschluss und Drosselorgan |
| COP | Coefficient of Performance - Leistungszahl, Verhältnis von Pumpleistung zur eingesetzten Antriebsleistung | Werte über 1 sind möglich, da lediglich Energie gepumpt und nicht "aus dem Nichts" erzeugt wird |
Der Kältekreislauf
Kälte kann nicht direkt erzeugt werden. Viel mehr muss der Wärmeüberschuss von einem Ort an einen anderen transportiert werden. Ein einfacher Kältekreislauf besteht aus Kompressor (Verdichter), Verflüssiger, Drosselorgan und Verdampfer sowie einem passenden Kältemittel.
- Der Kompressor (#4) verdichtet das gasförmige Kältemittel, durch Verdichtungswärme und Umwandlungsverluste im Kompressor erwärmt sich das Kältemittel dabei stark.
- Das heiße Kältemittel (Heißgas genannt) strömt unter Druck aus dem Hochdruck-Anschluss (HD) des Kompressors in den Verflüssiger.
- Im Verflüssiger (#1) wird das heiße Kältemittel enthitzt (Abkühlung bis an den Siedepunkt) und schließlich durch weitere Abkühlung verflüssigt. Die Wärme wird z.B. an die Umgebungsluft abgegeben.
- Das flüssige Kältemittel fließt aus dem Verflüssiger durch ein Drosselorgan (Kapillarrohr oder Expansionsventil, #2) Richtung Verdampfer. Das Drosselorgan begrenzt die Durchflussrate, so dass auf der Verdampferseite ein niedrigerer Druck herrscht (ND, Größenordnung 3 bar), als auf der Verflüssigerseite (HD, Größenordnung 15 bar).
- Durch den verringerten Druck kann das Kältemittel nun schon bei tiefen Temperaturen wieder verdampfen. Hierbei wird dem Verdampfer (#3) Wärme entzogen. In einem korrekt eingestellten System ist zum Ende des Verdampfers das gesamte Kältemittel wieder gasförmig.
- Das nun wieder gasförmige Kältemittel strömt zurück zum Kompressor und der Zyklus beginnt von vorne.
Komponenten
Kompressor
Der Kompressor oder Verdichter ist die treibende Kraft im Kältekreislauf. Hermetische Verdichter (verschweißte Kapseln mit integriertem Motor) gibt es in drei unterschiedlichen Bauformen.
Hubkolbenkompressor
Diese Kompressoren kommen hauptsächlich in Kühl- und Gefrieranlagen zum Einsatz, in Klimaanlagen und Wärmepumpen sind sie eher unüblich. Das Gehäuse ist oval, fast kugelförmig und mit der Niederdruckseite verbunden, wodurch der Kompressormotor durch kaltes Sauggas ein wenig gekühlt wird.
Rotationsverdichter
Rotationsverdichter finden sich in Klimaanlagen und Wärmepumpen. Das Gehäuse ist lang, zylinderförmig und dickwandig, da es unter Hochdruck steht. Rotationsverdichter pumpen das Kältemittel mittels eines exzentrisch rotierenden Verdrängerkolbens.
Scrollverdichter
Scrollverdichter finden sich ebenfalls hauptsächlich in Klimaanlagen und Wärmepumpen. Die Kompressoren ähneln äußerlich den Rotationsverdichtern, das Gehäuse steht aber zum Großteil unter Niederdruck. Scrollverdichter fördern das Kältemittel durch zwei gegenläufige, flache Schnecken.
Antrieb
Den Antrieb übernimmt üblicherweise ein Wechselstrom-Asynchronmotor. Größere Anlagen setzen auf Drehstrommotoren, Inverter-Klimaanlagen und Kompressoren für Kleinspannung verwenden BLDC-Motoren.
Kompressoren mit Wechselstrommotoren führen drei elektrische Anschlüsse nach draußen:
- C: Wird über den thermischen Überlastschutz (Klixon) mit einem Pol der Spannungsquelle verbunden (z.B. N).
- R: Hauptwicklung, wird mit dem anderen Pol der Spannungsquelle verbunden (z.B. L).
- S: Start- oder Hilfswicklung. Je nach Kompressor wird diese Wicklung über einen Betriebskondensator dauerhaft (PSC, häufig in Klimaanlagen) oder über einen Starter (PTC oder Relais, mit oder ohne Startkondensator) ebenfalls mit dem zweiten Pol der Spannungsquelle verbunden.
Nur Drehstrom- bzw. BLDC-Kompressoren sowie Wechselstromkompressoren mit Startkondensator haben ausreichend Drehmoment, um auch gegen einen hohen Differenzdruck sicher anzulaufen. Bei den anderen Typen muss zwischen Stop und Start einige Minuten auf einen internen Druckausgleich gewartet werden. PTC-Starter müssen prinzipbedingt 2-3 Minuten stromlos bleiben, um für einen erneuten Start hinreichend abzukühlen.
Wärmetauscher
Verflüssiger und Verdampfer sind nichts anderes als Wärmetauscher, die Wärmeenergie von einem Kältemittel an an anderes Medium abgeben bzw. Wärmeenergie vom anderen Medium aufnehmen. Die Leistung von Kältemittel-Luft-Wärmetauschern wird in Datenblättern üblicherweise in Watt pro Kelvin Temperaturdifferenz des Hilfsmedium angegeben.
Lamellenkühler
Am bekanntesten ist der Lamellenkühler. Lamellenkühler übertragen Wärmeenergie zwischen dem Kältemittel und der Umgebungsluft. Kühlschränke verwenden als Verflüssiger wie auch als Verdampfer passive Kühler. Erheblich größere Leistungsdichten lassen sich durch zwangsbelüftete Kühler mit eng gepackten Lamellen und mehreren, gestaffelten Rohrreihen erreichen. Lamellenkühler für Zwangsbelüftung müssen sorgfältig behandelt werden. Das verwendete Kupferrohr ist sehr dünnwandig und knickt oder reißt bei mechanischer Spannung auf der Leitung schnell ein. Die Aluminiumlamellen sind ebenfalls sehr fein und können schnell verbogen werden, außerdem sind die Kanten messerscharf - Vorsicht!
Plattenwärmetauscher (PWT)
Plattenwärmetauscher übertragen Wärmeenergie zwischen Kältemittel und einem anderen, flüssigen Medium. Durch die höhere Dichte des flüssigen Hilfsmediums und bedingt durch ihre effiziente Bauform können PWTs deutlich mehr Wärmeenergie übertragen als andere, vergleichbar große Wärmeüberträger. Käufliche PWTs bestehen aus mehreren übereinander gestapelten und hart miteinander verlöteten Edelstahlplatten. Beim Anlöten von Rohrleitungen sollte der Wärmetauscher vor Überhitzung geschützt und die Wärme auf die Naht gebündelt werden. Mit einem Propan-Luft-Brenner kann man hier nicht arbeiten.
Koaxialwärmetauscher (Rohr in Rohr)
Koaxialwärmetauscher stellen eine einfache und robuste Alternative zu Plattenwärmetauschern dar. Für den Bau benötigt man lediglich zwei Kupferrohrleitungen unterschiedlichen Durchmessers (z.B. 8mm in 15mm) und eventuell zwei passende T-Stücke. Man steckt das dünnere Rohr vollständig in das dickere, sodass das dünnere Rohr an beiden Enden noch ca. 5cm heraussteht. Anschließend wickelt man das ganze noch zu einer Rolle von ungefähr 20cm Durchmesser. Medium 1 fließt durch das innenliegende Rohr, Medium 2 durch den Spalt zwischen Innen- und Außenrohr.
Rohrwärmetauscher (Tauchkühler)
Rohrwärmetauscher bestehen aus einem Rohr, das in ein flüssiges Hilfsmedium getaucht wird. Die Form (spiralförmig gewickelt, Zickzack, dem Behälter angepasst) richtet sich nach dem Anwendungszweck.
Drosselorgan
Das Drosselorgan begrenzt durch seinen Strömungswiderstand den Kältemittelfluss in den Verdampfer. Durch die Restriktion stellt sich das zur Verflüssigung und Verdampfung notwendige Druckgefälle über Kompressor und Drossel ein.
Kapillarrohr
Das Kapillarrohr ist das einfachste Drosselorgan. Der Kältemittelstrom wird durch Länge und Innendurchmesser und durch die Druckdifferenz zwischen Ein- und Auslass bestimmt. Kapillarrohranlagen werden auf einen konkreten Arbeitspunkt abgestimmt und bieten keine Regelmöglichkeit bei schwankender Temperatur bzw. Last. Im Automobilbereich kommt statt dem Kapillarrohr eine feste Düse zum einsatz.
Thermostatisches Expansionsventil (TEV)
TEVs bestehen aus einer Düse (auswechselbar für unterschiedliche Leistungsbereiche), Ventilnadel, Ventilmembrane und einen Temperaturfühler. Der Fühler wird am Verdampferausgang angebracht und erlaubt dem Ventil in einer geschlossenen Regelschleife auch unter starken Lastschwankungen eine konstante Temperaturdifferenz (ca. 7K) über den Verdampfer einzustellen. TEVs werden in der Regel über Bördelanschlüsse in das System eingebunden.
Zur Kraftübertragung vom Fühler an die Ventilmembrane ist das Expansionsventil und der Fühler mit einem Kältemittel gefüllt. Je wärmer der Fühler im Verhältnis zum Ventil wird, desto mehr Druck wird auf die Membrane ausgeübt und desto weiter öffnet das Ventil. Den Referenzdruck holen sich die Ventile mit internem Druckausgleich (zwei Anschlüssen) direkt auf ihrer Auslassseite. Zur Vermeidung von Regelfehlern sollte men bei großen Verdampfern Ventile mit externem Druckausgleich (drei Anschlüsse) verwenden. Der externe Druckausgleich wird wie auch der Fühler am Verdampferausgang angeschlossen.
Elektronisches Expansionsventil (EEV)
EEVs sind elektronisch, durch einen Schrittmotor gesteuerte, Nadelventile.
Filtertrockner
Filtertrockner bestehen aus einem feinen Sieb und einem chemisch reaktiven Granulat. Das Granulat absorbiert Feuchtigkeit und neutralisiert eventuell im System vorhandene Säure (von Motorschaden oder altem Öl). Direkt vor dem Drosselorgan montiert schützen Filtertrockner die Drossel vor Verstopfung duch Partikel und gefrierende Feuchtigkeit. Filtertrocknet gibt es zum verlöten wie auch mit Bördelanschlüssen.
Sammler
Sammler sind Sammelbehälter für flüssiges Kältemittel aus dem Verflüssiger. Sammer kommen immer dann zum Einsatz, wenn die geforderte Kälteleistung starken Schwankungen unterliegt, in Kapillarrohranlagen sind Sammler sehr unüblich, hier genügt das Volumen der Rohrleitungen und des Filtertrockners. In Verbindung mit einem (Magnet-)Ventil erlauben Sammler einen sog. Pump-Down, bei dem der Kompressor das gesamte Kältemittel aus der Niederdruckseite in den Sammler verflüssigt. Anschließend kann die Anlage (bis auf Kompressor, Sammler und Magnetventil) ohne nennenswerten Kältemittelverlust geöffnet und z.B. repariert oder umgebaut werden.
Magnetventil
Magnetventile kommen mit Löt- oder Bördelanschlüssen, mit Spulen für 12, 24 oder 230V und als NC (stromlos geschlossen) und NO (stromlos geöffnet). Mittels Magnetventilen lässt sich z.B. bei Kapillarrohranlagen eine Leistungsumschaltung oder oben genannter Pump-Down realisieren. Eine Sonderform stellen sog. Umkehrventile aus Wärmepumpen dar. Diese vertauschen effektiv die Rolle von Verflüssiger und Verdampfer um die Anlage zwischen Kühlen und Heizen umzuschalten.
Schauglas
Schaugläser sind kleine, druckfeste Sichtfenster mit Löt- oder Bördelanschluss, häufig mit einem Feuchtigkeitsindikator hinter der Scheibe. In die Flüssigkeitsleitung eingeschleift lässt sich am Schauglas die ordnungsgemäße Füllung und Abstimmung der Anlage abschätzen. Gasblasen im Schauglas deuten auf Unterfüllung oder Fremdgas (Luft, Schutzgas) im System hin, manche Anlagen haben aber auch bei korrekter Füllung aufgrund strömungstechnischer Effekte ein blubberndes Schauglas.
Schraderventil
Über Schraderventile wird das Kältesystem befüllt, gewartet und entleert. Die Ventile bestehen aus einem Messinggehäuse zum einlöten (z.T. ist bereits ein Kupferrohr ab Werk eingelötet), einem herausnehmbaren Ventilkern und einer Schutzkappe (manchmal mit integriertem Ventilkernzieher) mit Dichtring. Beim Anschließen einer Schlauchleitung wird der Ventilstift heruntergedrückt und das Ventil so geöffnet. Vor Lötarbeiten sind der Kern und Kappe zu entfernen.
Lot
In der Kältetechnik wird aufgrund der Temperaturen, Drücke und Vibrationen ausschließlich hart gelötet.
Kupfer-Phosphor-Lot (SilFos, RoFos)
Extrem kostengünstiges Lot, Kupferbauteile können ohne, NE-Metalle mit Flussmittel verlötet werden; bei reinen Kupferverbindungen ist keine Nachbearbeitung notwendig
Silberlot (min. 45%)
Zur Verarbeitung von Kupfer, Messing, Stahl und Edelstahl (und einigen anderen Metallen), niedrigerer Schmelzpunkt als Kupferhartlot, sehr gute Fließeigenschaften, das Flussmittel ist korrosiv und der Rückstand muss hinterher abgewaschen werden
Messinglot
Günstiges Lot mit sehr hoher Verarbeitungstemperatur, üblicherweise mit Flussmittelseele, für Stahl-Stahl-Verbindungen und zum Verschweißen von Messing
Öl
Verdichter sind zur Schmierung und Abdichtung der Laufflächen mit Öl gefüllt, die genaue Füllmenge hängt von der Größe des Kompresors ab und liegt üblicherweise um ca. 400mL. Aufgrund der guten Mischbarkeit von Kältemittel und Öl wird auch immer eine gewisse Menge Öl vom Kältemittel mitgenommen und durch das System gefördert. Das Öl darf auch bei tiefen Temperaturen nicht ausflocken oder zu zäh werden, weshalb spezielle Kältemaschinenöle verwendet werden.
Mineralöl
Mineralöl ist gut mit schwach polaren oder unpolaren Kältemitteln mischbar. Es wurde bei alten R12- und R22-Anlagen eingesetzt und wurde in den letzten Jahren durch das ebenfalls unpolare R600a wieder populär. Mineralöl ist gegenüber Luft und Feuchtigkeit beständig.
Synthetiköl (POE, PAG, PAO)
Synthetiköle kommen hauptsächlich in Kombination mit stark polaren Kältemitteln zur Verwendung und bleiben über einen weiteren Temperaturbereich flüssig als vergleichbare Mineralöle. Diese Ölsorte ist stark hygroskopisch und kann feucht unter Wärmeeinwirkung Säure freisetzen.
Kältemittel
Kältemittel gliedern sich grob in drei Kategorien: FCKW (Fluorchlorkohlenwasserstoffe) und Halone, FKW (Fluorkohlenwasserstoffe) und natürliche Kältemittel. FCKWs, FKWs und Halone pyrolysieren unter Hitzeeinwirkung mit bläulich-grüner Flamme zu hochgiftigen Zersetungsprodukten (u.A. Fluorwasserstoff und Phosgen).
FCKWs und Halone
FCKWs und Halone wurden früher aufgrund ihrer Unbrennbarkeit und hervorragender Kühleigenschaften als Alternative zu den zuvor eingesetzten, hochentzündlichen Kohlenwasserstoffen eingesetzt. Unter Einwirkung von UV-Licht in entstehen in der Hochatmosphäre sehr beständige, hoch reaktive Fluor-, Chlor- und Bromradikale, die aktiv die Ozonschicht angreifen und sie abbauen. Seit dem Jahre 2000 ist laut Montreal-Protokoll die Herstellung von FCKWs und Halonen sowie die Befüllung neuer Anlagen mit diesen Gasen verboten.
FKWs
FKWs enthalten ausschließlich Fluor, Wasserstoff und Kohlenstoff und reagieren nicht mit der Ozonschicht. Dennoch sind FKWs starke Treibhausgase und sollten nicht unnötig freigesetzt werden.
Natürliche Kältemittel
Zu den natürlichen Kältemitteln zählen beispielsweise die Kohlenwasserstoffe Isobutan (R600a) und Propan (R290) sowie die Gase Ammoniak (R717) und CO2 (R744) und sogar Wasser (R714). Alkane und Alkene verhalten sich in Kältemaschinen ähnlich wie FCKWs, stellen aber bei Lecks in größeren Anlagen ein erhebliches Brand- und Explosionsrisiko dar. Ammoniak ist hochgiftig und greift viele Metalle chemisch an. CO2 sublimiert bei den üblichen Druck- und Temperaturlagen (Trockeneis!) statt wie gewünscht zu verdampfen.
Dämmung
Bei der Isolation von Kälteanlagen kommt es nicht nur darauf an, eine möglichst gute Wärmedämmung zu erreichen, die Isolation sollte auch dampfdicht sein, damit sich unter der Dämmung kein Kondenswasser bildet und dann Schäden an der Anlage anrichtet. Offenporige Dämmstoffe wie Glas- oder Steinwolle und unbehandelter Styropor sind nicht geeignet.
Armaflex
Armaflex (und das Konkurrenzprodukt Kaiflex) wird für die Rohr- und Anlagenisolation professioneller Kältemaschinen eingesetzt. Das Material gibt es in Rohr- wie auch in Plattenform zu kaufen und erinnert von der Beschaffenheit an weiches Moosgummi. Armaflex kann gut mit einem scharfen Messer verarbeitet werden, zum Verkleben gibt es einen speziellen Armaflex-Klebstoff.
Der Klebstoff selbst besteht aus einem leicht flüchtigen Lösungsmittel und darin gelöstem Kunststoff. Zum Verkleben werden einfach beide Klebepartner dünn mit Klebstoff eingestrichen, anschließend lässt man das Lösungsmittel kurz ablüften, bis sich die Oberfläche gut klebrig anfühlt. Dann muss man die Teile nur noch vorsichtig zusammendrücken und 2-3 Minuten in Position halten. Überschüssiger Klebstoff kann mit Aceton oder MEK (sparsam!) einfach abgewischt werden. So lassen sich auch verklebte Teile wieder mit ein wenig Geduld trennen.
Nähreres steht im Armaflex Application Manual
PU-Schaum
Polyurethanschaum eignet sich gut zur Isolation komplexer Formen wie beispielsweise Platten- oder Rohrwärmetauscher. Nachteilig ist die Sauerei, die beim Verschäumen schnell mal entstehen kann.
Styropor
Auch Styropor kann als Dämmstoff eingesetzt werden. Hier muss allerdings unbedingt eine Dampfsperre vorgesehen werden, da sonst ständing Luftfeuchtigkeit eindiffundiert und an den kalten Bauteilen kondensiert bzw. anfriert. Die Teile würden nach einer gewissen Zeit anfangen zu schwitzen, nach längerem Betrieb bildet sich Schmodder.
Werkzeug
Gasbrenner
Für gelegentliche Arbeiten an kleinen Kältesystemen ist ein guter Propan-Luft-Turbobrenner gerade noch ausreichend. Für große Werkstücke oder präzise Lötarbeiten unter beengten Platzverhältnissen ist ein Propan-Sauerstoff-Brenner aufgrund der kompakteren und heißeren Flamme unerlässlich. Temperaturempfindliche Bauteile (Magnetventil, Schauglas) werden zur Kühlung in einen klatschnassen Lappen eingewickelt und so vor Beschädigung geschützt.
Schutzgas
Z.B. Stickstoff oder Argon zum intertisieren größerer Kupferrohre oder -hohlkörper gegen innere Oxidation. Bei kleinen Bauteilen wird auch ohne Inertisierung der Restsauerstoff aufgebraucht, bevor nennenswerte Oxidation eintritt.
Monteurhilfe
Die Monteurhilfe oder Manometerbatterie ist für die korrekte Befüllung und Abstimmung der Kältemaschine essentiell wichtig. Gängige Monteurhilfen haben zwei Manometer (ND und HD), drei oder vier Schlauchanschlüsse und zwei oder vier Ventile und ein kleines Schauglas in der Mitte. Die Manometer sind permanent mit der ND- bzw. HD-Seite verbunden.
2-Wege-Monteurhife
Die 2-Wege-Monteurhilfe gehört zur Mindestausstattung. Das Schauglas ist direkt mit dem mittleren Anschluss verbunden, hier wird z.B. die Vakuumpumpe oder die Kältemittelflasche angeschlossen. Über die Handräder kann dann eine Verbindung zur ND- bzw. HD-Seite hergestellt werden.
4-Wege-Monteurhilfe
Bei der 4-Wege-Monteurhilfe steuern die vier Handräder den Kältemittelstrom zwischen den vier individuellen Anschlüssen und der zentralen Kammer um das Schauglas. Der vierte Anschluss erlaubt das gesamte System bis zur Kältemittelflasche zu evakuieren, bevor das Kältemittel eingefüllt wird.
Vakuumpumpe
Bevor das System befüllt wird muss die Luft abgesaugt werden. Unter ca. 30mBara verdampft Wasser bei Raumtemperatur, wodurch sich auch Feuchtigkeit aus dem System (nicht aus dem Filtertrockner!) entfernen lässt.
Ohne Vakuumpumpe kann man sich mit einem alten Kühlschrankkompressor behelfen. Übliche Kompressoren kommen auf ca. 80-60mBara herunter. Bei unbedenklichen Kältemitteln (z.B. R600a, R290) kann man das Vakuum im Anschluss mehrmals mit Kältemittel brechen und so die Fremdgase nach und nach aus dem System spülen.
Als letztes Mittel bleibt nur noch das System zu entlüften (bitte ebenfalls nur mit unbedenklichen Kältemitteln!). Hierzu öffnet man das Schraderventil am Kompressor und lässt dann Kältemittel über das HD-Schraderventil möglichst nah am Kompressor-Auslass einströmen. Richtigen Kältetechnikern kräuseln sich spätestens hier die Fußnägel, aber Baumarkt-Klimaanlagen zum Selbstinstallieren machen nichts anderes.
Thermometer
Wichtig zum Messen der Verflüssigungs- und Verdampfungstemperatur und, in Verbindung mit der Monteurhilfe und Dampfdrucktabelle, zur Bestimmung von Unterkühlung und Überhitzung.
Bördelwerkzeug
Expansionsventile und andere Bauteile haben statt Lötadapter häufig Bördelanschlüsse mit Überwurfmutter. Mit dem Bördelwerkzeug wird das Kupferrohr so aufgeweitet, dass der Konus schmatzend in die Überwurfmutter passt und nach Anziehen der Mutter sicher gegen das Bauteil (Metall auf Metall) dichtet. Ein Tropfen Öl beim Bördern verringert den Kraftaufwand erheblich.
Kapillarrohrzange
Zum quetsch- und verformungsfreien Zurechtschneiden von Kapillarrohr und anderen dünnen Kupferrohren.
Anderes Werkzeug
Gezeigt sind Schrader-Ventilkernzieher, Entgratwerkzeug für Kupferrohr und Rohrschneider. Weiterhin benötigt man Standard-Werkzeug wie diverse Schraubendreher, Zangen, evtl. eine Handbohrmaschine und eine kleine Säge und alles was sonst noch in eine gut ausgestattete Werkstatt gehört.
Praxistipps
Zusammenhang von Druck, Temperatur, Leistung und COP
▲/▾: größer/etwas größer
▼/▾: kleiner/etwas kleiner
ND-Seite
Die Bedingungen auf der ND-Seite haben immense Auswirkungen auf das Kältesystem. Der Druck bestimmt direkt den Massestrom durch den Kompressor (vgl. Turbolader) und damit die Pumpleistung der Anlage und die Leistung, die durch den Verflüssiger abgeführt werden muss.
Hoher Druck/hohe Temperatur:
- Verdichtungsendtemperatur: ▼
- HD und Verflüssigungstemperatur: ▲
- Pumpleistung: ▲
- Motorleistung: ▲
- COP: ▲
Niedriger Druck/niedrige Temperatur:
- Verdichtungsendtemperatur: ▲
- HD und Verflüssigungstemperatur: ▼
- Pumpleistung: ▼
- Motorleistung: ▼
- COP: ▼
HD-Seite
Die HD-Seite wirkt sich nur bei Anlagen mit festem Drosselorgan (z.B. Kapillarrohr) über den Differenzdruck nennenswert auf die Pumpleistung aus. Motor und Systemwirkungsgrad leiden mit höherem Druck.
Hoher Druck/hohe Temperatur:
- Verdichtungsendtemperatur: ▲
- ND und Verdampfungstemperatur: ▴ (bei fixem Drosselorgan)
- Pumpleistung: ▴
- Motorleistung: ▴
- COP: ▾
Niedriger Druck/niedrige Temperatur:
- Verdichtungsendtemperatur: ▼
- ND und Verdampfungstemperatur: ▾ (bei fixem Drosselorgan)
- Pumpleistung: ▾
- Motorleistung: ▾
- COP: ▴
Kompressoren und Kältemittel
Grundsätzlich funktionieren gängige Kompressoren mit allen Kältemitteln. Die Einsatzmöglichkeiten werden durch Unterschiede in mechanischem und elektrischem Aufbau dennoch eingeschränkt.
1. Kompressor für R600a (Isobutan)
R600a hat eine sehr niedrige Drucklage und eine geringe volumetrische Effizienz. Das Resultat sind Verdichter mit großem Hubraub bei kleiner Motorleistung, die Kompressoren eignen sich deshalb nur sehr bedingt für andere Kältemittel.
Maximale Druckdifferenz: ca. 8 bar
2. Kompressor für R12/R134a
R12- und R134a-Kompressoren kamen bzw. kommen hauptsächlich in Luftentfeuchtern und Kühl-/Gefrierschränken mit vergleichsweise geringer Leistung zum Einsatz. Die Motorleistung bewegt sich im Mittelfeld. Mit effizienten Verflüssigern lassen sich die Kompressoren gut für R290 und vergleichbare Kältemittel einsetzen.
Maximale Druckdifferenz: ca. 14 bar
3. Kompressor für R22/R404/R407 o.Ä.
Diese Kompressoren finden sich in Klimageräten und großen Kälteanlagen. Aufgrund der Drucklage haben die Verdichter eine hohe Motorleistung, wobei Klimakompressoren durch die hohe Verdampfungstemperatur nochmals stärker motorisiert sind. Die Kompressoren sind sehr universell einsetzbar und hauptsächlich durch ausufernde Heißgastemperaturen bei zu großer Druckdifferenz beschränkt.
Maximale Druckdifferenz: ca. 20 bar (ab hier wird die Heißgastemperatur zu hoch)
4. Kompressor für R410
Sehr starke Kompressoren für Wärmepumpen, ansonsten vergleichbar mit #3. Mangels Erfahrung derzeit keine weiteren Informationen verfügbar.
Weiterführende Informationen
Siehe auch
Software
- DanCap von Danfoss zur groben Berechnung von Kapillarrohren
- CoolPack von der TU Dänemark zur Berechnug von Kälteanlagen, Daten zu Kältemitteln uvm.