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FAQ: Kältetechnik

Faustformeln:

Was ist der EER-Wert und wie wird dieser berechnet?
Der EER (energy efficiency ratio) definiert die Leistungszahl einer Kältemaschine, d.h. das Verhältnis von der erzeugten Kälteleistung zur elektrischen Leistungsaufnahme.



Wie ist das Verhältnis von Kälteleistung zur Klemmenleistung (EER) der acr Mietmaschinen?
Abhängig von luft- oder wassergekühlten Kaltwassersätzen variiert die Effizienz deutlich. Unsere Großkältezentralen mit Turboverdichter erreichen Beispielsweise EER-Werte von > 5. Für die Standardproduktpallette können nachfolgende Werte angenommen werden.
- EER bei Tiefkältemaschinen ≈ 1 bis 2
- EER bei luftgekühlten Kaltwassersätzen ≈ 2,5 bis 3,5
- EER bei wassergekühlten Kaltwassersätzen 3,5 bis 6

Gibt es einen Richtwert für die Veränderung der Kälteleistung pro °C Temperaturänderung der Kaltwassertemperaturen?
Als Faustformel kann angenommen werden, dass pro K Temperaturabsenkung die Kälteleistung um ca. 4% abnimmt.

Gibt es einen Richtwert für den Volumenstrom in Abhängigkeit der Kälteleistung?
Als Richtwert können für den Volumenstrom pro kW Kälteleistung, abhängig vom ∆t (Temperaturdifferenz zwischen Kaltwasser Ein- und Austritt) folgende Werte angenommen werden.

∆t 4K ≈ 215 l/h pro kW Kälteleistung
∆t 5K ≈ 172 l/h pro kW Kälteleistung
∆t 6K ≈ 143 l/h pro kW Kälteleistung
∆t 7K ≈ 123 l/h pro kW Kälteleistung
∆t 8K ≈ 108 l/h pro kW Kälteleistung
∆t 9K ≈   96 l/h pro kW Kälteleistung
∆t 10K ≈ 86 l/h pro kW Kälteleistung


–> In der Praxis liegt die Kaltwasser-Temperaturdifferenz zwischen 5 und 8K


Welche Schlauchgrößen und Kupplungen werden für welche Kälteleistung verwendet?
Anhand der acr-Erfahrungswerte können bei den unterschiedlichen Kälteleistungsbereichen folgende Schläuche und Kupplungen bei einer max. Schlauchlänge von 100 Metern verwendet werden.

Kälteleistung
Schlauchgröße
Kupplung
< 20 kW
DN 40
Storz C
20 - 40 kW
DN 50
Storz C
40 - 100 kW
DN 80
Storz B
100 – 800 kW
DN 100
Storz A
> 800 kW
DN 125
Storz 125

Wie verhält sich die Kälteleistung in Abhängigkeit des Verschmutzungsfaktors (Fouling Factor)?
Verschmutzungsfaktor [m2 °C / kW]
Korrekturfaktor der Kälteleistung
Korrekturfaktor der Leistungsaufnahme
Korrekturfaktor der Leistungszahl (EER)
0.0176
1.000
1.000
1.000
0.0440
0.978
0.986
0.992
0.0880
0.957
0.974
0.983
0.1320
0.938
0.962
0.975

Für welche Einsatzbereiche sind die luftgekühlten Kaltwassersätze geeignet?
Die Kaltwassersätze sind für den uneingeschränkten Betrieb bei 35°C Außentemperatur ausgelegt und arbeiten im Leistungsreduzierten Betrieb auch bei Umgebungstemperaturen bis 50°C. Für den Einsatz bei tieferen Umgebungstemperaturen werden die Kaltwassersätze mit Drehzahlgeregelten Lüftern sowie mit einer Verdampfer-Begleitheizung versehen. Somit ist auch bei tieferen Temperaturen ein problemloser Betrieb möglich. Bei extrem tiefen Umgebungstemperaturen und bei Aufstellung in exponieren Lagen sowie geringen Kältelasten sind zusätzliche Vorkehrungen zu treffen.

Einsatzbereiche

Abbildung: Einsatzbereich luftgekühlter Kaltwassersätze

Die Schallwerte der acr Mietmaschinen werden in einem Abstand von 5m angegeben. Um wie viel reduzieren sich die Schallwerte bei einer Entfernungsverdoppelung auf 10m?
Grundlegend wird der Schalldruckpegel gem. ISO 3744  im semosphärischen Freifeld in 1m Entfernung angegeben. Als Faustformel nimmt bei Verdoppelung des Abstandes der Schalldruck um ca. 4 dB(A) ab. Beispielweise bei einer Schalldruckpegelangabe von 66dB(A) in 5m Abstand ergibt sich in 10m Abstand ein Schalldruckpegel von ca. 62dB(A) und in 20m Abstand von ca. 58dB(A) usw.


Maschinen-Grundlagen:

Worin unterscheiden sich luftgekühlte und wassergekühlte Kaltwassersätze?
Luftgekühlte Kaltwassersätze (Flüssigkeitskühler) zeichnen sich durch Ihre kompakte Bauart aus und sind in einem Leistungsbereich von 5 – 2.000kW verfügbar. Das Kältemittel hat einen direkten Wärmeübergang zur Luft und somit findet die Verflüssigung des Kältemittels direkt durch die Umgebungsluft statt.

Wassergekühlte Kaltwassersätze sind effizienter, jedoch durch eine externe Rückkühler-Einheit auch wesentlich teurer in der Anschaffung und aufwendiger in der Installation. Im Mietsegment liegt der Kälteleistungsbereich zwischen 5 und 4.500kW je Geräteeinheit. 

Was ist der Unterschied zwischen Scroll- und Schraubenverdichtern?
Da der Verdichter eine besonders wichtige Rolle in einer Kältemaschine einnimmt wird diese Frage besonder ausführlich beantwortet. Je nach Anforderung und Leistungsbereich kommen Scroll-, Schrauben- oder Turboverdichter zum Einsatz.

Scrollverdichter
Scrollverdichter werden in einem Leistungsbereich von 5 – 100kW Kälteleistung hergestellt und sind vollhermetisch ausgeführt. Es können mehrere Verdichter pro Kältekreislauf zusammengeschaltet werden. So können durch die sogenannte Multiscrolleinheiten Maschinenleistungsbereiche bis 600kW und mehr erreicht werden.

Schnittbild Scrollverdichter (Quelle: Danfoss)

Abbildung: Vollhermetischer Scrollverdichter (Danfoss)

Die Verdichtung des Kältemittels erfolgt durch eine orbitierende Bahn einer beweglichen Spirale in einer festen Spirale bei Drehzahlen von ca. 2900 U/min bei 50Hz.

Verdichtungsprinzip bei Scrollverdichtern (Quelle: Bitzer)

Abbildung: Verdichtungsprinzip bei Scrollverdichtern (Bitzer)

Die gängige Leistungsregelung hierbei erfolgt über das Zu- und Wegschalten einzelner Verdichter. Bei nachfolgendem Beispiel sorgen vier Verdichter für 100% Kälteleistung. Bei einer Verbraucherlast von ca. 85% sind drei Verdichter im Dauerbetrieb und ein Verdichter wird durch das sogenannte „Takten“ Zu- und Weggeschaltet. Die Schalthäufigkeit sollte zum Schutze der Verdichter nicht sechs pro Stunde überschreiten.

Betriebszyklus Scrollverdichter

Abbildung: Betriebszyklus Scrollverdichter


–> Kaltwassertemperatur-Schwankungen durch das Zu- und Abschalten des Verdichters


Schraubenverdichter
Halbhermetische Schraubenverdichter werden in einem Leistungsbereich von 100 – 1.200kW Kälteleistung hergestellt. Mit bis zu drei separaten Kältekreisen können Kälteleistungen von über 2.000kW pro Geräteeinheit erreicht werden. Die Verdichtung des Kältemittels erfolgt über eine kontinuierliche und vibrationsarme Rotation der Schraube bei einer Drehzahl von 2.900 U/min (50Hz).

Im nachfolgenden Foto ist ein McQuay Einrotorschraubenverdichter abgebildet. Dieser besteht aus einem Hauptrotor, der direkt an den Motor gekoppelt und mit zwei sich gegenüberliegenden Nebenrotoren verzahnt ist. Der gleichzeitige Ablauf von Ansaugen und Verdichten führt zu einer fast vollständigen Aufhebung von radialen und axialen Lasten und somit zu sehr geringen Lagerbelastungen.

Halbhermetischer Schraubenverdichter + Schraubenverdichter-Funktionsprinzip

Abbildung: Halbhermetischer Schraubenverdichter + Abbildung: Schraubenverdichter-Funktionsprinzip

Die Leistungsregelung der Schraubenverdichter ist stufenlos. Je nach Verdichtergröße und Anzahl ist eine stufenlose Leistungsregelung bis zu 10% möglich. Anhand des nachfolgenden Beispiels ist gut zu erkennen, dass bei einer Verbraucherlast von ca. 85% die Verdichterleistung exakt angepasst werden kann. Je nach Anwendungsfall oder tolerierter Abweichung der Kaltwassertemperaturen ist diese Technologie, die eine Genauigkeit von ±0,2K (°C) ermöglicht, unumgänglich.

Betriebszyklus Schraubenverdichter

Abbildung: Betriebszyklus Schraubenverdichter


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