Aprilscherz
Fahrverbote in Innenstädten
In der letzten Ausgabe der KK berichteten wir über Fahrverbote für Fahrzeuge mit R134a-Klimaanlagen. Natürlich handelte es sich dabei um unseren Aprilscherz. Sie brauchen auch künftig keine lila Umweltplakette, um in die Innenstädte fahren zu können.
Anlagenplanung
Ausreichende Kältemittelgeschwindigkeit
Frage Welche Strömungsgeschwindigkeit wird in den Saugdampf- und Druckleitungen einer Kälteanlage zum korrekten Öltransport benötigt?
Antwort Diese Frage ist nicht pauschal zu beantworten, da die Mindestgeschwindigkeiten für den Öltransport in steigenden, gasführenden Kältemittelleitungen von unterschiedlichen Parametern abhängig sind:
Kältemittel
Kältemaschinenöl
Betriebspunkten (Verdampfungs- und Verflüssigungstemperatur)
Rohrdurchmesser
Rohrwerkstoff
Überhitzung/Unterkühlung
Die Mindestgeschwindigkeiten liegen zwischen 1 bis 12 m/s für Druckleitungen und zwischen 2 und 25 m/s für Saugleitungen (bis 133er-Rohr).
Die Tabellen 1 und 2 zeigen Mindestgeschwindigkeiten für Saugdampfleitungen mit den Kältemitteln R134a und R448A. Die dargestellten Geschwindigkeiten sind mit der Gleichung von Jacobs (1) errechnet und gelten für eine Saugdampfüberhitzung von 10 K und eine Flüssigkeitsunterkühlung von 2 K.
(1)
Mindestströmungsgeschwindigkeit für den Öltransport [m/s]
Erdbeschleunigung [m/s²]
Innendurchmesser des runden Rohres [m]
Dichte des Öles [kg/m³]
Dichte des Gases [kg/m³]
Es wird deutlich, dass neben der Dichte des Kältemaschinenöles auch die Dichte des Dampfes/Gases von Bedeutung ist. Daraus resultieren die unterschiedlichen erforderlichen Strömungsgeschwindigkeiten zwischen R134a und R448A.
Die Abhängigkeit von dem Rohrdurchmesser ist ebenfalls erkennbar. Je größer der Rohrdurchmesser, desto höher muss die Mindestgeschwindigkeit sein.
Die Bundesfachschule hat Rohrleitungsdimensionierungs-Nomogramme entwickelt, in denen diese Mindestströmungsgeschwindigkeiten für den Öltransport dargestellt sind. Die Einflüsse gemäß der Berechnungsgleichung nach Jacobs sind teilweise auch für unterschiedliche Dichten des Öles berücksichtigt (orangefarbene Linien im Nomogramm). Weiterhin sind die spezifischen Druckverlustäquivalente eingezeichnet, sodass die Leitungsdimensionierung auch betriebskostenoptimiert erfolgen kann.
Zahlenbeispiel
Für eine R290-Kälteanlage mit einem Verdampfer und ohne Leistungsregelung gelten folgende Daten:
Effektive Anlagenkälteleistung: 20 kW
Verdampfungstemperatur: 10 °C
Verflüssigungstemperatur: 45 °C
Unterkühlung: 2 K
Es soll die Saugdampfleitung, die teilweise mit Steigung verlegt ist, mit einer geraden Länge von 9,5 m dimensioniert werden. Dabei soll das Druckverlustäquivalent von 1 K nicht überschritten werden. Zunächst wird die äquivalente Gesamtlänge errechnet.
äquivalente (gleichwertige) Gesamtlänge der Leitung [m]
gerade Länge der Leitung [m]
Zuschlagsfaktor für Kupferrohr-Formteile
Mit dem maximal zulässigen Druckverlustäquivalent für die Saugdampfleitung ergibt sich das spezifische Maximum für die Saugleitung:
Bild 1 zeigt das Nomogramm für die Saugdampfleitung von R290. Im Punkt A entsteht der Schnittpunkt von tc = 45 °C und t0 = 10 °C. Von hier aus wird die Waagerechte bis zu der Kälteleistung von 20 kW gezeichnet. Es entsteht der Punkt B. Von Punkt B aus wird eine Senkrechte zu den Linien der Rohrdurchmesser gezeichnet. Diese Senkrechte entspricht dem Kältemittelmassenstrom. Anschließend wird auf der rechten Seite des Nomogramms von t0 = 10 °C eine Senkrechte gezeichnet bis zum maximal zulässigen spezifischen Widerstandsäquivalent von 0,075 K/m. Es entsteht der Punkt C. Von Punkt C aus wird eine waagerechte Linie gezeichnet bis der Schnittpunkt mit der Senkrechten für den Massenstrom entsteht (Punkt D). Der Punkt D liegt zwischen den Leitungen 28 x 1,5 und 35 x 1,5 mm. Es muss die 35 x 1,5er-Leitung gewählt werden.
Von Punkt E aus wird eine Waagerechte nach rechts gezeichnet. Es entsteht der Punkt F und es ergibt sich das spezifische Widerstandsäquivalent 0,05 K/m. Punkt F liegt deutlich oberhalb der orangenen Linie, d. h. die für den Öltransport erforderliche Strömungsgeschwindigkeit wird überschritten. Eine vergrößerte Darstellung dieses Nomogramms finden Sie unter www.bfs-kaelte-klima.de im Download-Bereich.
Mit dem ermittelten spezifischen Druckverlustäquivalent von 0,05 K/m kann der Druckverlust der Saugleitung errechnet werden.
Die Forderung nach dem maximal zulässigen Druckverlustäquivalent von 1 K ist erfüllt.
Die Nomogramme für Heißgas- und Flüssigkeitsleitungen sind ähnlich aufgebaut. Die Bundesfachschule bietet Nomogramme für die gängigen Kältemittel (Cu-Rohre) an. Auskünfte erteilt Manuel Bloss (Abteilung CS, bloss@bfs-kaelte-klima.de).
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