Betriebsbedingungen

Um Kältemittel über ihre Stoffdaten miteinander vergleichen zu können ist es wichtig, die Bedingungen direkt dort festzulegen, wo Kältemittel ist. Das wäre z.B. die Verdampfungstemperatur, die Ansaugüberhitzung und andere Zustände des Kältemittels. Druckverluste und unerwünschter Wärmeeintrag werden nicht mit berechnet. Die Festlegung einer praxisnäheren Kühlraumtemperatur würde zu einer ganzen Reihe von weiteren notwendigen Annahmen zur kältemittelabhängigen Verdampfer- und Anlagengestaltung führen, die den Vergleich deutlich verändern können. Diese Einflussfaktoren können nach dem eigentlichen Kältemittelvergleich auf Grundlage der Ergebnisse gut eingeschätzt werden, wenn die Bedingungen genügend variiert wurden. Die Variation ist mit einem Tabellenkalkulationsprogramm recht gut machbar.

Hier wurden verschiedene Betriebsbedingungen für Normalkühlung (MT) und Tiefkühlung (LT) aus Normen für Verdichter und Verflüssigungssätze eingesetzt und dann teilweise noch zusätzlich einzelne Größen variiert. Da die Normbedingungen für Kohlendioxid (R744) teilweise nicht vergleichbar definiert sind, wird es im Weiteren nicht betrachtet.

Beispielbetriebsbedingungen für den Vergleich von Kältemitteln. Werte to Verdampfungstemperatur, tc Verflüssigungstemperatur.

Punkt

to in °C

tc in °C

Sauggas-temperatur in °C

Flüssigk. t / Unterk.

Verdichtung

Norm

MT 10 K

-10

45

0

0 K

EN12900

MT 20°C

-10

45

20

0 K

EN12900

LT 10 K

-35

40

-25

0 K

EN12900

LT 20°C

-35

40

20

0 K

EN12900

LT 2st 10 K

-35

40

-25

0 K

2-stufig eco

EN12900

LT 2st 20°C

-35

40

20

0 K

2-stufig eco

EN12900

Verdampfung

-40 .. +10

40

10 K

0 K

Verflüssigung MT

-10

20 .. 60

10 K

0 K

Verflüssigung LT

-35

20 .. 60

10 K

0 K

SEPR CU LT

-35

ta+15 K

20°C

0 K

EN13215

SEPR CU LT 2st

-35

ta+15 K

10 K

0 K

2-stufig eco

EN13215

SEPR Umgebungs-temperaturen

 

32, 25, 15, 5°C

Bei den Betriebsbedingungen handelt es sich zum großen Teil um Werte aus Normen, die für den Vergleich von Verdichtern und Verflüssigungssätzen verschiedener Hersteller bewährt sind, mit jeweils gleichem Kältemittel bei gleicher Kälteanwendung. Sie sind jedoch nicht entwickelt, um am Einzelpunkt Kältemittel zu vergleichen. Ein sinnvoller Vergleich der Kältemittel ist erst bei Betrachtung verschiedener Betriebspunkte und ggf. weiterer Variationen im Zusammenhang möglich.

Der Vergleich von Kältemitteln an nur einem Betriebspunkt in nur einer Anlagenschaltung birgt das Risiko, dass die Bedingungen für ein Kältemittel deutlich günstiger sind als für ein anderes, der Vergleich somit nicht neutral ist und nicht zur bestmöglichen Lösung führt.

Kältemittel mit Temperaturgleit

Zeotrope Kältemittelgemische verändern bei Verdampfung und Verflüssigung bei konstantem Druck die Temperatur. In den Kältemitteltabellen ist als Anhaltswert die Änderung, also der Anstieg der Temperatur, vom Siedepunkt bis zum Taupunkt bei Atmosphärendruck als Temperaturgleit aufgeführt. In realen Verdampfern ist der Temperaturgleit kleiner, da schon am Einritt ein Dampfanteil vorliegt.

Der Einfluss des Temperaturgleit auf die energetische Bewertung ist stark von der Gestaltung der Anlage abhängig. Bei Luftkühlern für Räume mit hoher Luftfeuchtigkeit wird häufig mit sehr geringer Temperaturdifferenz zwischen Kältemittel und Luft und mit geringer Luftabkühlung gearbeitet. Dann müsste der Taupunkt als Verdampfungstemperatur herangezogen werden. Bei der Kühlung von Luft- oder Flüssigkeitsströmen mit größerer Abkühlung ist der Einfluss anders. Bei großer mittlerer Temperaturdifferenz in Wärmeübertragern, die energetisch allerdings selten sinnvoll ist, ist der Einfluss des Temperaturgleit gering. In den genannten Fällen müsste die mittlere Verdampfungstemperaturdifferenz herangezogen werden.

In den dargestellten Diagrammen wurde der Taupunkt als Referenz verwendet. Bei den betrachteten Gemischen kann die Effizienz bei mittlerer Verdampfungstemperatur etwa 3 bis 6% höher angegeben werden.