Auswahl von Verdichter und Zubehör
Verdichterauswahl und Leistungsabstufung
Für die Auslegung des Parallelverbunds muss die nötige Leistung genau beurteilt werden:
- Leistungsbedarf bei höchster Last (Auslegungsbedingungen)
- Leistungsbedarf bei geringster Last (Nachtbetrieb, Betrieb außerhalb von Öffnungszeiten z.B. bei Supermärkten, reduzierter Kältebedarf und niedrige Verflüssigungstemperatur bei geringen Außentemperaturen, ...)
- Anzahl der gleichzeitig betriebenen Verdampfer
Da jeder Verdampfer einen unterschiedlichen Einfluss auf die Gesamtlast haben kann, sind ggf. die einzelnen Lasten danach zu gewichten, wie viel sie über eine bestimmte Betriebsdauer zur Gesamtlast beitragen. Mit intelligenter Regelung ist aber eine Lastverteilung so möglich, dass sich der Kältebedarf nicht drastisch ändert.
Die beste Regelgüte wird erzielt, wenn der Verbund den Kältebedarf durch quasi stufenloses Variieren der Kälteleistung zwischen Minimum und Maximum abdecken kann. Ein zu geringer Regelbereich und bedeutsame Last- oder Leistungsänderungen führen zu Instabilität des Gesamtsystems. Verdichter mit variabler Drehzahl oder feinstufiger mechanischer Leistungsregelung (z.B. CRII) sind sinnvoll für eine stabile Prozessregelung, sofern der Regelbereich zumindest eines Verdichters die Leistungslücken abdecken kann, die von anderen Verdichtern beim Ein- und Ausschalten hervorgerufen werden.
VsC: Verdichter mit variabler Drehzahl
FsC: Verdichter mit fester Drehzahl
CF: Regelgüte in %
Weitere Informationen zur optimierten Auswahl von Verdichtern und deren Leistungsregelung siehe ASERCOM "Leitlinie für die Auslegung von Verbundsätzen mit frequenzgeregelten Verdichtern" (Kapitel 2).
Mehrstufige Kälteanlagen
Eine Leistungsregelung ist für moderne Kälteanlagen unverzichtbar, v.a. für Kältemittel mit hohen Ansaugdichten und volumetrischen Kälteleistungen. Ziele sind:
- Abdeckung auch geringer Mindestlasten, vorzugsweise ohne Ein-Aus-Schaltung
- eine hohe Regelgüte (CF) mit minimalen Leistungsänderungen pro Stufe
- Kostenreduzierung, z.B. durch höhere Leistung bei geringerer Zahl von Verdichtern
- geringe Vielfalt der verwendeten Verdichter
- Betriebssicherheit
Die gegensätzlichen Anforderungen führen manchmal zu Laststufen mit vielen Ein-Aus-Zyklen und instabilen (schwankenden) Betriebszuständen, die durch geringe Regelgüte entstehen. Dies kann zu reduziertem Wirkungsgrad, Nassbetrieb, schwankendem Regelkreis, ungünstigen Betriebsbedingungen für die Verdichter, schlechter Temperaturregelung und Produktqualität führen.
Ergänzend zum obigen Beispiel einer einstufigen Kälteanlage kann es daher hilfreich sein, die Regelgüte einer mehrstufigen Kälteanlage (Normal- und Tiefkühlung) nach der folgenden Methode zu berechnen. Sie trägt dem Trend der Industrie Rechnung, dass immer weniger Verdichter pro Sauggruppe oder Temperaturstufe eingesetzt werden, und soll die gegensätzlichen Anforderungen kombinieren: Hohe Regelgüte, Abdeckung minimaler Lastzustände und Bewertung der gesamten Anlage. Erreicht wird dies durch die gesonderte Bewertung der Tiefkühlstufe (LT) und der Mindestlast der Normalkühlstufe (MT).
QVsC max: Kälteleistung des Verdichters mit variabler Drehzahl bei maximaler Drehzahl
QVsC min: Kälteleistung des Verdichters mit variabler Drehzahl bei minimaler Drehzahl
QFsC: Minimale Kälteleistung des Verdichters mit fester Drehzahl (ggf. unter Berücksichtigung der Leistungsregelung)
nom: nominelle Leistung unter Auslegungsbedingungen
min: minimale Leistung unter Auslegungsbedingungen
In einem ersten Schritt (Formel 1 und 3) werden die Regelfaktoren für die Normal- (MT) und die Tiefkühlstufe (LT) berechnet wie in der ASERCOM Leitlinie beschrieben.
Zusätzlich berechnet Formel 2 die Fähigkeit, die Mindestlast der Normalkühlstufe abzudecken. Dafür werden Standardbedingungen ohne Tiefkühllast angenommen (d.h. nur Normalkühlung, der Verdichter der Tiefkühlstufe ist rechnerisch ausgeschaltet).
Im letzten Schritt (Formel 4) wird CFSystem als Summe der einzelnen CF berechnet.
Die endgültige Bewertung unterscheidet 5 Kategorien der Regelgüte CF:
Regelgüte CF | Bewertung |
|---|---|
CF ≥ 3 | ausgezeichnet |
3 > CF ≥ 2,5 | gut |
2,5 > CF ≥ 1,95 | akzeptabel |
1,95 > CF ≥ 1,55 | ungünstig |
CF < 1,55 | inakzeptabel |
Diese Berechnung des CF ist auch anwendbar, wenn keiner der Verdichter leistungsgeregelt ist. In diesem Fall hat der betreffende Term den Wert Null, was die Gesamt-Regelgüte CFSystem deutlich reduziert.
Tandemverdichter
Der Tandemverdichter ist die einfachste Version eines Parallelverbunds zweier Verdichter. Durch die gemeinsame großvolumige Saugkammer ist in der Regel eine gleichmäßige Ölverteilung gewährleistet. Für optimalen Ölhaushalt und hohe Lebensdauer sollte jedoch generell eine Steuerung mit automatischer Grundlastumschaltung vorgesehen werden, die auch eine ausreichende Mindestlaufzeit der beiden Verdichter gewährleistet. Kurzzeitbetrieb erhöht den Ölwurf und mindert die Lebensdauer.
Eine feinstufige Leistungsanpassung ist durch Ein- und Ausschalten der beiden Verdichter in Kombination mit Leistungsreglern (Zylinderabschaltung – CRII) möglich. Drehzahlregelung (nur) einer Verdichterseite ist eine Alternative. Auch hier ist Grundlastumschaltung zu empfehlen, wobei der Frequenzumrichter durch elektrische Umsteuerung wechselweise dem Grundlastverdichter zugeordnet werden sollte.
Zusatzkühlung
Bei Verbundanlagen sind Verdichter und Verflüssiger häufig getrennt voneinander aufgestellt. Je nach Bedingungen kann daher eine Zusatzkühlung nötig sein (siehe Einsatzgrenzen) - entweder mit
- Luft (Zusatzventilator)
- und / oder elektronisch geregelter Kältemitteleinspritzung (RI)
- oder Wasser (wassergekühlte Zylinderköpfe bei Verdichtern 4JE .. 4FE , 6JE .. 6FE).
Beim Abschalten eines Verdichters muss jeweils auch dessen Zusatzkühlung abgeschaltet werden. Dies geschieht beim Ventilator durch einfache Koppelung von Verdichter- und Ventilatorschütz. Bei Einsatz eines elektronischen Verdichtermoduls CM-RC wird der Zusatzventilator bei Bedarf nach der Druckgastemperatur gesteuert. Dem wassergekühlten Zylinderkopf muss ein Magnetventil vorgeschaltet werden, das den Wasserfluss bei Stillstand des Verdichters absperrt. Eine ständig eingeschaltete Zusatzkühlung erhöht das Risiko für Kältemittelverflüssigung im Zylinderkopf und mindert die Wirkung der Ölheizung. Das kann zu starker Anreicherung des Öls mit Kältemittel führen.