Viel Neues im Vortragsprogramm

Bei fünf parallel laufenden Arbeitsabtei­lungen kann das natürlich nur ein sehr lückenhafter Überblick sein. Da jeder Teilnehmer für seinen Tagungsbeitrag eine CD mit den kompletten Vorträgen aller Arbeitsabteilungen erhält und Nichtteil­nehmer sie bei der DKV-Geschäftsstelle erwerben können, kann sich jeder Leser über die für sein Fachgebiet zutreffenden Vorträge nachträglich noch ausführlich informieren.

Dina Köpke von Emerson Climate Technologies GmbH sprach zum drehzahlgeregelten Scrollverdichter für Wärmepumpen und stellte einige technische Details vor. Der Verdichter lässt sich mittels eines Permanentmagnet-Motorantriebs weit nach oben bis zu 7 100 U/min regeln und verschiebt damit den Bivalenzpunkt in Luft/Wasser-Wärmepumpen bis zu 10 °C, sodass nur noch in Ausnahmefällen und mit geringer Leistung elektrische Zusatzheizung erforderlich ist. Die besten Effizienzwerte werden bei der Kombination von Dampfeinspritzung und Drehzahlsteigerung erreicht, nämlich bei W35 bis 4,4 als saisonaler COP. Bei W55 wird 3,7 erreicht, sodass dieser Verdichter besonders für die Altbausanierung in Betracht kommt. Unter dieser Prämisse wurde er auch für höhere Druckverhältnisse optimiert. Zum optimalen Verdichter gehören optimierte Komponenten für die gesamte Wärmepumpe, wie zum Beispiel drehzahlstellbare Ventilatoren für die Außeneinheit.

Vom gleichen Unternehmen Emerson Climate Technologies GmbH berichtete Norbert Kämmer mit Igor Majer und Thomas Tomski über die digitale Leistungsregelung für Hubkolbenverdichter in der Gewerbekälte. Ausgehend von den Erfahrungen mit dem Digital-Scroll wurde das Verfahren, im 20-s-Takt 10-stufig zu modulieren, auf die Sauggasabsperrung einer Zylinderbank eines Hubkolbenverdichters angewendet. Die ersten Versuche damit wurden bei den Bedingungen 5/+30 °C absolviert, wobei zwei Verdichter mit je vier Zylindern und R 134 a zum Einsatz kamen. Die Lastvariation erfolgte zwar unter Supermarktbedingungen mittels eines Dummy-Lastwärmeübertragers, aber die wirklichen Lastbedingungen unter Benutzung der Supermarktmöbel wurden damit nicht ausreichend genau beschrieben. Diese weiteren Untersuchungen werden noch folgen. Zunächst kann festgestellt werden, dass die Verdichter der Stream-Serie für diese Modulation geeignet sind, dass das System funktioniert hat, dass aber regelungstechnische Anpassungen erforderlich sind und typische Lastverlaufseinflüsse im Supermarkt einbezogen werden sollen.

Eine weitere Innovation stellte Eckhard Goll von der Purdue University vor, nämlich einen kleinen Linear-Verdichter für die Elektronik-Kühlung. Für die dabei auftretenden kleinen Druckverhältnisse 20/40 bis 25/30 °C sind konventionelle Verdichter schlecht geeignet, deshalb wurde an dieser Entwicklung gearbeitet. Der Antrieb eines an einer Feder hängenden Freikolbens erfolgt durch einen Linearmotor im Resonanzzustand des Feder-Masse-Systems mit den Vorteilen geringer Reibungsverluste, kleiner Abmessungen und guter Zuverlässigkeit. In Abhängigkeit von den Spaltabmessungen des Kolbens im Zylinder wurden die volumetrische und energetische Effektivität untersucht. Weitere Versuchsergebnisse dienten der optimalen Bestimmung der Zylinderabmessungen. Es zeigte sich eine starke Abhängigkeit der Ergebnisse von den geometrischen Daten des Verdichters. Für die praktische Anwendung zur Chip-Kühlung sind noch regelungstechnische Anpassungen erforderlich.

Eine ähnlich neuartige Lösung stellten Armin Hafner, SINTEF Trondheim, Sven Försterling, TLK Thermo GmbH, und Franziska Bothe (Vortragende) NTNU Trondheim vor. Sie sprachen über die Entwicklung eines ­Turboverdichters für R 744 mit dem Ziel der ölfreien Verdichtung. Der Verdichter ist zweistufig und besitzt zwei hinter­einander angeordnete Radiallaufräder. Die Drehzahl liegt bei 50 000 U/min. Zunächst wurden die Kennfelder durch Nutzung von zweidimensionaler Modellierungssoftware durch Simulationsrechnungen erstellt. Im Punkt besten Gütegrades von ca. 80 Prozent wurde im Drehzahlbereich von 47500 bis 52500 U/min ein Druckverhältnis von 2 bis 2,5 erreicht. Für diesen Drehzahlbereich erreichte der Enddruck 70 bis 80 bar, der Massenstrom betrug 1,5 bis 3 kg/s und die Antriebsleistung 97 bis 120 kW. Diese Versuchsergebnisse stimmten noch nicht mit der Simulationsrechnung überein, sodass weitere Verfeinerungen des Modells und auch die detailliertere Kali­brierung der Prüfstandsdaten erforderlich erscheinen.

Thomas Tiedemann von der Danfoss GmbH et al. schlossen an ein interessantes Thema aus dem Vorjahr an, indem sie die weiteren Entwicklungsarbeiten am Expansionsmodul mit adaptiver Überhitzungseinstellung darlegten. Bei diesem Expansionsventil wird erreicht, dass jeder Strang eines Verdampfers eine gleiche Überhitzung aufweist. Die Erfahrung zeigt, dass bei einem mehrsträngigen Verdampfer selten alle Stränge gleich gut gefüllt sind. Dadurch wird die Verdampferfläche schlecht ausgenutzt, woraus eine geringere Verdampfungstemperatur als möglich und eine geringere Leistungs­zahl resul­tieren. Die Ursachen dafür lie­gen im nicht perfekten Verteilen, in der ungleichmäßigen Luftströmung über den Verdampfer und im unterschiedlichen Druckverlust der Stränge einschließlich der Verteilerkapillaren. Das Ventil ist in der Lage, diese Un­zulänglichkeiten aus­zugleichen. Bei Versuchen an Wärme­pumpenverdampfern wurden mit ihm erhebliche Effektivitätssteigerungen er-reicht, nämlich bei einer Luft/Wasser-WP bei LW 2/35 eine COP-Verbesserung um 15 Prozent und bei LW 7/35 um 18 Prozent. Eine weitere Nutzung des neuen Ventils könnte eine partielle Verdampferabtauung sein, die zu einer permanenten Eisfreiheit des Verdampfers führt. Für WP-Installationen in den USA ist diese neue Technologie bereits verfügbar.

Ein gänzlich anderes, aber ebenfalls neues Expansionsventil stellte Peter Röllig vom ILK Dresden vor. Das Ziel war es, zur Ausrüstung eines automatischen Verdichterprüfstands ein sehr genau selbstregelndes Ventil sehr ­kleiner Leis­tung zu entwickeln, mit dem der automatische Prüfstandsbetrieb möglich ist. Die Kälteleistung beträgt 15 bis 100 W und der R 600 a-Massenstrom lediglich 200 g/h. Normalerweise werden für solche Anwendungen Kapillarrohrdrosseln eingesetzt, aber das scheidet für den auto­matischen Prüfstandsbetrieb mit sich selbstregelnder Überhitzung aus, ebenso wie hand­stellbare Düsen-Nadelventile. Motorge­triebene Nadelventile würden prinzipiell gehen, aber die Verschmutzung der kleinsten Spalte macht sie praktisch untauglich. Eine neue Lösung besteht in einem Ventilkörper mit nacheinander verschließ­baren parallelen Bohrungen, die über einen Schrittmotor mit 2 000 Schritten ­präzise angesteuert werden. Der Antrieb ist dar­über hinaus auch für andere Anwendungen nutzbar.

Nun folgen einige Ausführungen zu Wärmeübertragern, die auf großes Interesse der Zuhörer stießen.Den Anfang machte Franz Summerer von der Güntner AG & Co. KG zur vergleichenden Untersuchung des Verschmutzungsverhaltens der microox® und finoox®-Wärmeübertrager. Zu diesem Zweck wurden baugleiche Wärmeübertrager an verschiedenen Standorten (Nordseeküste, Industriegebiet, Kieswerk, Garten, Werksgelände, an einer Straße) aufgestellt und bei gleichen Druckverlusten mit gleich­bleibender Strömungsgeschwindigkeit ventilatorseitig rund um die Uhr betrieben, wöchentlich besichtigt und messtechnisch kontrolliert. Wichtigste Ergebnisse sind: Eine bemerkenswerte Verschmutzung setzt im Mai ein, der Zeitpunkt korreliert exakt mit der Blütezeit. Die Verschmutzung stellt sich als Pollenteppich dar, ist für beide Bauarten gleich und geht beim microox® etwas schneller als beim finoox®. Im Kieswerk fand man den Pollenteppich nicht, da fand ein sedimentärer Schichtaufbau statt. Summerer kalkulierte dann noch die Abhängigkeit der Anlageneffektivität vom Verschmutzungszustand, die bei einmaliger Reinigung jährlich unmittelbar nach der Blütezeit im Jahresdurchschnitt um ca. 1 % des COP-Wertes sinkt.

Ein ganz schwieriges, aber umso wichtigeres Thema griff Peter Roth, ebenfalls von der Güntner AG & Co. KG auf. Er erarbeitete eine energetische Systembetrachtung zur Regelung von Verflüssigern in Teillast. Dabei waren der jahreszeitliche Zusammenhang von Um­gebungstemperatur und Verflüssigungstemperatur die Ausgangswerte. Das Optimierungsziel besteht darin, die Summe aus Ventilatorleistung und Verdichter­leistung am geringsten werden zu lassen. Mit sinkender Ventilatorleistung steigt die Verdichterleistung und umgekehrt. Es kommt nun darauf an, die richtige ­Relation beider zu finden. Dazu wurden eine ganze Reihe von Verdichterkenn­feldern ausgewertet und die zugehörigen Ventilatorleistungen ermittelt. Es zeigte sich tatsächlich für den Gesamtenergieverbrauch ein Minimum, dessen Lage von Kältemittel, t₀ und t_Umgebung abhängig ist. Aus den erarbeiteten Erkenntnissen wurde eine außentemperaturgeführte optimierte Reglerlösung „energy balance function (EBF)“ geschaffen, mit der der energetisch optimale Betriebszustand gefunden wird.

In der Arbeitsabteilung III standen u. a. Fragen der Fahrzeugklimatisierung auf dem Programm. Mit dem Einfluss wechselnder Wärme- und Feuchtelasten auf die Raumluftzustände in Reisezugwagen beschäftigte sich Ingwer Ebinger von der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg. Die Berechnung der Leistungsdaten zur Erreichung eines bestimmten vorgeschriebenen Innenraumzustands erfolgt nach gültigen Normen, für den Fernverkehr nach der EN DIN 13129 bzw. der identischen UIC-Vorschrift 553. Bei geringer Besetzung mit Passagieren bereitet die Einhaltung der vorgesehenen Werte für Temperatur, Feuchte oder CO₂-Pegel kaum Probleme, da die Regelung entsprechend eingreifen kann. Bei der Überbelegung der Züge, wie es in Stoßzeiten vorkommt, kann es in Kombination mit besonders warmen und schwülen Tagen unter Berücksichtigung betriebsbedingter Verschmutzungen an den Wärmeübertragern bzw. der Filter zu reduzierten Kälteleistungen kommen. Der CO₂-Gehalt der Innenraumluft übersteigt dann die Grenzwerte und auch Feuchte und Temperatur kommen an die Grenzen oder überschreiten diese.

Ebenfalls mit der Bahnklimatisierung aus der Sicht praktischer Erfahrungen beschäftigte sich Lutz Boeck von der Faiveley Transport Leipzig GmbH & Co. KG. Im Bereich Klimatisierung von Schienenfahrzeugen wird sowohl auf die energetische Optimierung der Klimageräte als auch der gesamten Anlage Wert gelegt. Die Umsetzung möglicher Sparpotenziale scheitert oft am verfügbaren Platz oder aber auch an den Kosten. Im Vortrag wurde dagegen aufgezeigt, welche bedeutenden Einsparpotenziale sich durch einzelne Maßnahmen erreichen lassen. Die schon relativ weitverbreitete besetzungsabhängige Außenluftzufuhr wird durch den Luftqualitätssensor gesteuert und kann im Kühlbetrieb rechnerisch 20 bis 40 Prozent weniger Energiebedarf ergeben. Im praktischen Betrieb wurden bereits 20 Prozent erreicht. Ein weiteres Potenzial ergibt sich aus der Wärmerückgewinnung aus der Fortluft, aus der Traktion und von den Bremsen mit jeweiligen Werten um die 20 Prozent. Dazu liegen erste Erfahrungen aus einem Regionalzug in Finnland vor. Ein Einsparpotenzial von 25 bis 45 Prozent verspricht die Nutzung der Wärmepumpenschaltung des Kühlsystems im Heizbetrieb, wobei der Nachweis an einem Reisezugwagen in den Niederlanden mit 50 Prozent gelang. Als Fazit erarbeitete der VDB (Verband der Bahnindustrie) einen Testzyklus zur Bewertung des Jahresenergieverbrauchs von Klimaanlagen in Schienenfahrzeugen, der mit Betreibern beraten wird und in einer Norm umgesetzt werden soll.

Eine neue Verdichterlösung für die Autobusklimatisierung stellte Oliver Rathfelder von der Bitzer Kühlmaschinen GmbH vor. Dabei handelt es sich um einen liegenden Scrollver­dichter mit eingebautem 24 V-EC-Motor. Der wesentliche Nutzeffekt liegt in der Unabhängigkeit des Antriebs von der Motordrehzahl des Busses und der Möglichkeit der Leistungsanpassung an den Bedarf durch stufenlose Drehzahlregelung. Er kommt für kompakte Dach-Busklimageräte Citysphere zum Einsatz, was durch geringe Masse, ruhigen Lauf und niedrige Schallemission unterstützt wird. Der Verdichter hat einen sauggasgekühlten Motor, dessen Drehzahl sich von 900 bis 2 100 U/min verstellen lässt. Mit R 134 a erreicht er eine Kälteleistung von 3,2 kW und ist damit für weitere Anwendungen geeignet, z.B. für Fah­rerstandsklimageräte in Lokomotiven oder für die Batteriekühlung von Elektro- bzw. Hy­bridfahrzeugen. Gegenüber dem ungeregelten und vom Motor direkt angetriebenen Axialkolbenverdichter ergibt sich auch eine wesentliche Effizienzsteigerung. Beim Einsatz in konventionellen Bussen ist dafür eine zweite Lichtmaschine erforderlich.

Mit diesem Überblick über einige Vorträge aus den AA II.2 und AA III beenden wir die Berichterstattung zur DKV-Tagung 2011 in Aachen. Er soll zur Verbreitung des Wissens um die Neuerungen der Kälte- und Klimatechnik beitragen, aber auch anregen, sich mit dem Inhalt näher zu beschäftigen und sich anhand von bald verfügbaren Tagungsunterlagen auch mit hier nicht erwähnten Themen zu befassen. Es war eine der hochwertigen Tagungen mit einem großen Fundus an Neuerungen und Verbesserungen. U A -