Parameter und Empfehlungen für eine optimale Anlageneffizienz und Betriebssicherheit

Optimierung der Regelgüte (CF)

Ein großer Regelbereich der Leistungsregelung sorgt für einen stabilen Betrieb, auch bei Last- oder Leistungsänderungen. Dies ist aber nur dann möglich, wenn der Regelbereich des Führungsverdichters die Leistungslücken abdecken kann, die von anderen Verdichtern beim Ein- und Ausschalten hervorgerufen werden. Die Regelgüte (CF) errechnet sich dabei aus der Differenz der Leistung des Führungsverdichters bei maximaler und minimaler Frequenz, geteilt durch die Leistung des nachfolgenden Verdichters, multipliziert mit 100%.

Die Leistungsregelung der Verdichter in der Verdichterstufen sollte idealerweise Werte ≥ 100% erreichen. Werte < 80% sind nicht gut und können instabile Betriebszustände verursachen.

Siehe dazu auch Technische Information KT-600.

Teillast / Minimallast abdecken

Das Abdecken von Teillastzuständen bis hin zur Minimallast, z. B. durch den Führungsverdichter, garantiert einen kontinuierlichen Massenstrom, stabile Saug- und Hochdrücke und stabile Sauggastemperaturen. Ein schlechter Wirkungsgrad der Anlage, evtl. Nassbetrieb, verminderter Ölrücklauf, schwankende Regelkreise und ungünstige Betriebsbedingungen für die Verdichter werden dadurch verhindert.

Häufiges Anlaufen und Abschalten (Schalthäufigkeit) der Verdichter vermeiden

Hohe Schalthäufigkeiten führen zu verstärkter mechanischer Belastung des Triebwerks und thermomechanischer Belastung des Verdichtermotors. Bei Betrieb mit niedriger Verdichterfequenz oder immer wiederkehrendem Abschalten, besteht die Gefahr von Mangelschmierung!

Bei Verdichtern ohne Frequenzumrichter:

• Max. sechs Anläufe pro Stunde und mind.10 Minuten zwischen zwei Anläufen.

Bei Verdichtern mit Frequenzumrichter:

• Betrieb der Verdichter in der Anlaufphase mit einer Frequenz von ≥ 40 Hz für ≥ 10 s
  Damit wird eine ausreichende Ölversorgung des Triebwerks gewährleistet, bevor die Regelung freigegeben wird.
• Dabei beachten, dass häufiges Anlaufen und Abschalten meist in der Nacht bzw. außerhalb der Öffnungszeiten vorkommt!
• Schalthäufigkeiten > 120 pro Tag sind kritisch. Regelverhalten der Anlage überprüfen!
• Schalthäufigkeiten > 160 pro Tag reduzieren die Lebensdauer des Verdichters!

Wenn Kühlmöbel nachträglich mit Glastüren ausgestattet werden, folgende Punkte beachten:

• Die meisten Anlagen werden mit einer großen Leistungsreserve bestellt und ausgeliefert. Eine nachträgliche Installation von Glastüren reduziert die erforderliche Kälteleistung je nach Temperaturklasse und Verdampfungstemperatur um weitere 40 .. 50%. Die Abweichung zwischen installierter und benötigter Kälteleistung steigt damit erheblich, mit großen Auswirkungen auf das Teillastverhalten der Anlage. Schalthäufigkeiten werden beispielsweise stark ansteigen.
• Bei Anlagen mit häufigem Anlaufen und Abschalten des Führungsverdichters prüfen, ob die zusätzliche Installation von Glastüren mit einem Umbau der Anlage kombiniert werden kann.
  Geeignete Maßnahmen wären:
• Führungsverdichter eine Fördervolumenstufe kleiner wählen und
• Folgeverdichter mit gestufter Leistungsregelung ausführen.
• Außerdem: Hinweise im Kapitel zur Optimierung der Regelgüte beachten! (Parameter und Empfehlungen für eine optimale Anlageneffizienz und Betriebssicherheit)

Kältemittelmassenstrom stabil und mit Bedacht regeln

Eine an die Gegebenheiten der Anlage angepasste, zurückhaltende Regelung aller Anlagenkomponenten, führt zu einem stabilen Kältemittelmassenstrom ohne aufschwingende Regelkreise.

• Betrieb mit Frequenzumrichter:
  Im Regelbetrieb anzustrebende Drehzahlrampen ansteigend 1 Hz/s und absteigend 2,5 Hz/s, involvierte Zeitglieder beachten (Verbundsteuerung, Frequenzumrichter), ggf. ein Zeitglied auf Null setzen.
• Instabile Betriebszustände vermeiden:
• wie z. B. den "Gas Loop" / "Umspülbetrieb"− keine Sollwerte für die Hochdruckregelung im Bereich des kritischen Punkts festlegen, um schwankende Mengen an Drosseldampf im Mitteldruckbehälter, verursacht durch Druck- und Temperaturzustände zwischen Siedelinie und Taulinie am Gaskühler zu vermeiden!
• z. B. durch sich gegenseitig beeinflussende Anlagenkomponenten (z. B. Gaskühlerventilator und Hochdruckregelventil) auf wesentliche Prozessregelgrößen (z. B. den optimalen Hochdruck).

Weitere Empfehlungen:

• Startöffnungsgrad der elektronischen Expansionsventile bei Verdampfern mit hoher Kälteleistung reduzieren − passend zur Gesamt-Kälteleistung der Anlage.
• Wärmerückgewinnungssysteme mit Druckanhebung mit Puffer-Speicher auf der Warmwasser-Seite ausführen. Dies verhindert einen ständigen Wechsel der Betriebsmodi.

Zulässigen Betriebsbedingungen einhalten

• Maximale Druckgastemperatur 160°C, gemessen im Inneren der Zylinderköpfe oder 140°C an der Oberfläche der Druckgasleitung (siehe Betriebsanleitung KB-130).
• Bei Dauerbetrieb darf die minimale Druckgastemperatur nicht unter 50°C und die minimale Öltemperatur nicht unter 30°C sinken.
• Eine minimale Überhitzung des Sauggases von 10 K darf bei Anlagen mit Kühlung durch direkte Verdampfung nicht unterschritten werden!
• Die maximalen Betriebsströme der Verdichter beachten!

Eine Standard-Verbundsteuerung überwacht die Variablen Hochdruck, Druckgastemperatur, Sauggasüberhitzung, Ölstand und Motortemperatur nur unabhängig voneinander und bietet nur eine Standard-Sicherheitsabschaltung. Die zulässige Druckgastemperatur ist jedoch abhängig vom Druckverhältnis, der Sauggasüberhitzung, der Verdichterfrequenz, der Betriebszeit und der Dynamik des Betriebs.

Eine niedrige Verdichterfrequenz und eine höhere Sauggasüberhitzung haben Einfluss auf die thermische Belastung des Verdichters und reduzieren dessen Einsatzgrenze. In der Abbildung unten kennzeichnet die gestrichelte Linie ③ beispielsweise die maximal zulässige Druckgastemperatur (t_max.) für eine Verdichterfrequenz von 25 Hz mit einer Sauggasüberhitzung von 30 K und damit die Einschränkung der Einsatzgrenze.

①	tmax, 10 K, 50 Hz	②	tmax, 10 K, 25 Hz
③	tmax, 30 K, 25 Hz	④	toil min, 10 K, 50 Hz

Ölzirkulation und Schmierung sicherstellen

Durch eine sorgfältige Planung des Rohrleitungsnetzes den Ölrücklauf aus der Anlage sicherstellen!
Ölverlagerung und Ablagerungen in den Wärmeübertragern lassen sich dadurch vermeiden.

• Minimale Strömungsgeschwindigkeiten beachten, in Steigleitungen bespielsweise gem. Jacobsschen Formel berechnen.
• Vertikale Steigleitungen mit Ölsammel- und Ölabreißbögen planen.

Eine hohe Gaslöslichkeit des Kältemittels im Öl kann zu starken Entgasungseffekten führen, die die Viskosität und Tribologie negativ beeinflussen.

Ein kontinuierlicher Betrieb der Verdichter ohne häufiges Anlaufen und Abschalten begünstigt eine gute Ölrückführung aus der Anlage. Dadurch wird auch vermieden, dass z. B. nach Abtauphasen oder bei hoher Kälteleistung, kaltes mit Kältemittel angereichertes Öl schlagartig von den Kühlstellen zu den Verdichtern zurückgeführt wird.

Stabile Betriebsbedingungen ermöglichen darüber hinaus auch, dass die Ölvorlage in den Ölniveaureglern beruhigt ist und der Stand dem Niveau im Triebwerk angeglichen ist.