Das Rückgrat einer jeden Wärmepumpe

Plattenwärmeübertrager kommen in den unterschiedlichsten Anwendungen zum Einsatz. Unter diesen ist der Wärmepumpeneinsatz besonders herausfordernd. Die am meisten verbreitete Technik sind Platten mit Fischgrätmuster. Ihre Vorteile bestehen darin, dass sich die Platten einfach herstellen lassen und die Auslegungsmethoden allseits bekannt sind. Allerdings lässt sich mit den herkömmlichen Lösungen die zunehmend geforderte Effizienz und Nachhaltigkeit besonders bei Wärmepumpen immer schwerer erzielen. Hierzu wird eine fortschrittlichere Technik benötigt, um noch bessere Wärmeübergänge und niedrigere Temperaturdifferenzen realisieren zu können. Dies gelingt mit der Kompakt-Plattenwärmeübertragertechnik MPHE (Micro Plate Heat Exchanger, Bild 1).

Die MPHE-Technik von Danfoss setzt Maßstäbe bezüglich Energieeffizienz. Die deutlich verbesserte Wärmeübertragung, der geringere Rohstoffverbrauch und die geringen Füllvolumina schlagen sich in deutlichen ökonomischen und ökologischen Verbesserungen nieder. Darüber hinaus verleiht die progressive Plattenkonstruktion den MPHE eine größere Robustheit. Im direkten Vergleich zu herkömmlichen gelöteten Plattenwärmeübertragern BPHE (Brazed Plate Heat Exchanger) treten die Unterschiede deutlich zutage.

Kompaktplattentechnologie

Die wesentliche Ursache für die höhere Effizienz des Kompakt-Plattenwärmeübertragers ist die neuartige Plattenkonstruktion mit innovativer Kanalgeometrie. Sie ermöglicht eine erheblich bessere Wärmeübertragung, da sie für einen Durchfluss sorgt, der die Lötstellen gleichmäßiger umspült. Labortests zeigen, dass die Differenz zwischen den maximalen und minimalen Geschwindigkeiten in einem Kompakt-Plattenwärmeübertrager nur 1/3 der Differenz bei einer traditionellen Lösung beträgt (Bild 2). Mit einem Kompakt-Plattenwärmeübertrager wird ein optimales Gleichgewicht zwischen Verwirbelung und Reibungsverlusten erreicht. Das schlägt sich in einem höheren Wärmeübertragungs­koeffizienten und besseren Wirkungsgrad nieder (Bild 3).

In traditionellen Plattenwärmeüber­tragern mit Fischgrätkanälen sind die Lötstellen in einem starren Muster über die Platten verteilt. In einem Kompakt-Plattenwärmeübertrager dagegen kann die Position jeder einzelnen Lötstelle individuell festgelegt werden. Folglich können die Lötstellen in Bereichen konzentriert werden, die größeren mechanischen Kräften ausgesetzt sind. Die Robustheit wird auch durch die Sicken der Platten selbst noch weiter verstärkt, da sie für eine größere Kontaktfläche sorgen (Bild 4).

Diese Flexibilität und Freiheit bei der Positionierung der Lötstellen ermöglicht es, Lösungen exakt auf Anforderungen der jeweiligen Anwendungen zuzuschneiden. Neben der H-Reihe [H für heat pump (Wärmepumpe)] für Wärmepumpen gibt es von Danfoss auch Lösungen für andere Anwendungen. Dies sind die universell einsetzbaren Modelle der D-Reihe für alle Arten von Verdampfern und Verflüssigern in Kälteanlagen und die C-Reihe für Kaltwassersätze.

Neue Möglichkeiten für Wärmepumpen und Wärmepumpenhersteller

Die Kompakt-Plattenwärmeübertrager-Tech­nik bietet ein neues Niveau der Wärmeübertragung in unterschiedlichen Anwendungen, sodass Wärmepumpenhersteller neue Anwendungen erschließen und größere Einsparungen erzielen können. Diese Technik hat aktuell besonders bei Wärmepumpen und Kaltwassersätzen großen Zulauf. Der Effizienzzuwachs, der sich mit den Kompakt-Plattenwärmeübertragern der H-Reihe erzielen lässt, beschert Wärmepumpenherstellern größere Marktanteile und schont den Geldbeutel des Betreibers bei der Stromrechnung.

Einsparungen beim Kältemittel

Ein Kompakt-Plattenwärmeübertrager be-sitzt im Vergleich zu traditionellen Plattenwärmeübertragern ein geringeres Füllvolumen. Die Kältemittel-Füllmenge ist um bis zu 40 Prozent geringer. Darüber hinaus sind die äußeren Abmaße der Kompakt-Plattenwärmeübertrager deutlich geschrumpft. Das stellt eine wesentliche Einsparung bei der ersten Befüllung der Anlage mit Kältemittel dar. Daneben wirkt sich ein später erforderliches Auffüllen nach eventuellen Leckagen in der Wärmepumpe auch beträchtlich auf die Betriebskosten aus. Bei einer ty­pischen Wärmepumpe können sich diese Einsparungen beim Kältemittel schnell auf eine nicht unwesentliche Summe belaufen.

Weniger Rohstoff höhere Preisstabilität

Rohstoffpreise wirken sich direkt auf den Preis von Wärmeübertragern aus. Das ist nicht nur bei Plattenwärmeübertragern so, sondern bei allen Ausführungen von Wasser-Kältemittel- und Luft-Kältemittel-Verdampfern und -Verflüssigern. Durch die Tatsache, dass Kompakt-Plattenwärmeübertrager bei der Produktion weniger Rohstoffbedarf haben, wirken sich Schwankungen in den Rohstoffpreisen nicht so stark auf die Endpreise aus. Das wiederum bedeutet, da der Preis des Wärmeübertragers bei einem Anstieg der Rohstoffkosten kaum unter Druck gerät, gilt Gleiches für den Gesamtpreis der Wärmepumpe, zumindest nicht verursacht durch den Verdampfer oder Verflüssiger. Dies ist besonders wichtig, da Untersuchungen gezeigt haben, dass der absolute Preis eines Gutes von potenziellen Käufern als fairer angesehen wird, wenn er relativ konstant bleibt und keine starken Schwankungen aufweist.

Wenn auf interaktive Weise berechnet werden soll, welche Einsparungen sich mit Kompakt-Plattenwärmeübertragern in Wärmepumpen erzielen lassen, dann ist dies unter bigexchange.danfoss.com möglich.

Asymmetrische Volumenströme

Die besondere MPHE-Plattenkonstruktion mit ihrer speziellen Kanalgeometrie (Bild 5) bedeutet vor allem Flexibilität. Sie versetzt den Wärmepumpenhersteller in die Lage, auch asymmetrische Volumenströme optimal zu nutzen. Mit Kompakt-Plattenwärmeübertragern lassen sich Asymmetrieverhältnisse von 1:27 erzielen. Somit bietet diese Technik die Möglichkeit, asymmetrische Volumenströme präzise an die jeweils herrschenden Betriebsbedingungen anzupassen.

Zur optimalen Auslegung asymme­trischer Lösungen muss unbedingt exakt ermittelt werden, wie sich die beiden Fluide im Wärmeübertrager zueinander verhalten. Die MPHE-Technik ermöglicht mit ihrer asymmetrischen Konstruktion die präzise Auslegung der asymmetrischen Volumenströme auf die jeweilige Anwendung sowie auf die herrschenden Betriebsbedingungen. Der Wirkungsgrad von Kompakt-Plattenwärmeübertragern mit asymmetrischen Volumenströmen wurde bei Labortests geprüft. Feldversuche bei Kunden bestätigen außerdem, dass sich mit dieser Technik beträchtliche Steigerungen des Wirkungsgrads erzielen lassen.

Fazit

Zusammen mit dem Verdichter und ei-ner guten Verdampfereinspritzlösung bilden Kompakt-Plattenwärmeübertrager das Rückgrat einer jeden Luft/Wasser-Wärmepumpe als Verflüssiger und Wasser (Sole)/Wasser-Wärmepumpe als Verflüssiger und Verdampfer. Durch die Reduzierung der benötigten Temperaturdifferenzen beim Wärmeübergang können die Vorteile der Kompakttechnik von jedem Betreiber durch einen Blick auf die Stromrechnung klar erkannt werden. Doch nicht nur Endkunden profitieren von den besseren Produkt­eigenschaften. Auch Wärmepumpenherstel­­ler können durch den Einsatz der neuen Plattenwärmeübertragerklasse Kosten senken und Preise stabil halten. -

Regional Support Manager, Danfoss GmbH, Kältetechnik, Offenbach