Kältemittelgemische mit großem Temperaturgleit
Tau- und / oder Siedepunkt
Frage Bei der Auslegung von Anlagen mit zeotropen Kältemittelgemischen fällt auf, dass sich die Leistungsangaben in den Katalogen von Komponentenherstellern ein Mal auf die Taupunkttemperatur und ein anderes Mal auf die Siedepunkttemperatur beziehen. Spielt das keine Rolle oder warum ist man sich da nicht einig?
Antwort Im Gegensatz zu Reinstoffen und azeotropen Gemischen erfolgt bei zeotropen Kältemittelgemischen der Phasenübergang (flüssig gasförmig) nicht bei einer Temperatur, sondern in einem Temperaturbereich. Dieser sogenannte Temperaturgleit kann unterschiedlich groß ausfallen.
In der Praxis bedeutet dies einen Temperaturanstieg beim Verdampfen und eine Temperaturabnahme bei der Verflüssigung. Das heißt, bei einem bestimmten Druck sind die Sättigungstemperaturen in Flüssigkeits- und Gasphase unterschiedlich (siehe Grafik).
Bei zeotropen Kältemittelgemischen mit großem Temperaturgleit spielt es für die Auslegung von Komponenten durchaus eine Rolle, ob man sich bei gegebenem Druck auf die Temperatur an der rechten oder linken Grenzkurve im log p,h-Diagramm bezieht.
Es ist tatsächlich so, dass sich die Hersteller auf unterschiedliche Temperaturen beziehen. So wird, z. B. von den Verdichterherstellern, häufig die Taupunkttemperatur als Bezugsgröße genannt.
Die Reglerhersteller hingegen verwenden im Allgemeinen auf der Hochdruckseite die Siedetemperatur und nur auf der Niederdruckseite die Taupunkttemperatur.
Üblicherweise ist jedoch der Bezugspunkt innerhalb einer Produktgruppe also z. B. bei allen Verdichtern gleich.
Eine weitere Vorgehensweise besteht darin, die Verdampfungs- und Verflüssigungstemperatur als Mittelwert zu definieren. Dies hat jedoch beispielsweise zur Folge, dass gemessene Unterkühlungs- und Überhitzungstemperaturen bezogen auf die Mittelwerte nicht real sind, da die Überhitzung eigentlich erst ab dem Taupunkt beginnt.
Der Mindestwert für den maximal zulässigen Druck in der Anlage wird aus der DIN EN 378 Teil 2 Abschnitt 6.2.2.1 Tabelle 2 (Festgelegte Konstruktionstemperaturen) bestimmt. Gemäß Norm ist für die zeotropen Gemische der maximal zulässige Druck (PS) der Druck am Siedepunkt.
Man wird beim Einsatz zeotroper Kältemittelgemische wohl weiterhin mit den unterschiedlichen Temperaturen leben müssen. Dies bedeutet allerdings, dass im Fall von R 407 C bei gleichem Druck von z. B. 12,5 bar (absolut) eine Bezugstemperatur (Kondensationstemperatur) für den Verdichter von 32,28 °C und für das TEV eine Temperatur von 26,72 °C eingesetzt werden muss. Dies ist bei der Auslegung zu berücksichtigen, um Fehler zu vermeiden.
Auch in der Praxis ist es von Bedeutung, dass die richtige Bezugstemperatur verwendet wird. Wird in einer bestehenden Anlage zum Beispiel die Überhitzung zu prüfen sein, muss die Taupunkttemperatur als Bezug verwendet werden. Bezieht man die Messung auf die Siedetemperatur entsteht ein wesentlicher Fehler.
Ein Beispiel:
In einer R 407 C-Anlage wird am Verdampferaustritt ein Verdampfungsdruck von 4 bar (Ü) und eine Überhitzungstemperatur von ca. + 9 °C gemessen.
Der Bezug zur Taupunkttemperatur (+ 2,36 °C) ergibt eine korrekte Überhitzung von ca. 6,6 K.
Würde der Monteur seine Messung auf die Siedetemperatur ( 3,85 °C) beziehen, käme er auf eine Überhitzung von ca. 12,9 K (siehe Diagramm). Es besteht die Gefahr, dass er dann die Überhitzungseinstellung am Expansionsventil reduziert. Mögliche Folge ist, dass das Expansionsventil instabil regelt, was zu Verdichterschäden durch teilweise unverdampftes Kältemittel führen kann.
Kältemittel HFO 1234yf
Normen
Frage In welche Sicherheitsgruppe sind die Kältemittel HFO 1234yf und HFO 1234ze eingestuft? Welche Anforderungen gelten für den Maschinenraum bei Einsatz dieser Kältemittel?
Antwort Das Kältemittel HFO 1234yf wurde in der aktuellen DIN EN 378 Teil 1 (März 2011) in die Sicherheitsgruppe A2 eingestuft. Die untere Explosionsgrenzeliegt bei 0,299 kg/m³ [entspricht etwa 6 % (V/V)], der praktische Grenzwert beträgt 0,06 kg/m³.
Damit gelten für die Anlage die Anforderungen für Kältemittel der Sicherheitsgruppe A2. Für den Maschinenraum sind in der DIN 378-3 unter Punkt 5 die Allgemeinen Anforderungen an den Maschinenraum zu finden. Weitere Angaben für Kältemittel der Gruppe A2 stehen unter Punkt 5.17.
Es gibt Informationen, die besagen, dass für die neu entwickelten HFOKältemittel eine neue Sicherheitsgruppe A2L in die DIN EN 378 aufgenommen werden soll das ist aber heute noch nicht der Fall.
Das Kältemittel HFO 1234ze ist laut DIN EN 378 noch nicht eingestuft, wurde aber von anderer Stelle als nicht entflammbar eingeschätzt. Dieser Stoff wird bereits als Treibmittel für Schäume eingesetzt.
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