Abtauung von Kühlverdampfern
Das Abtauen von Kältemittelverdampfern ist ein wesentliches Verfahren, um die Effizienz und optimale Leistung von Kühlsystemen zu erhalten. Inspektion und Wartung garantieren einen effizienten Wärmeaustausch im Inneren des Verdampfers und gewährleisten dessen ordnungsgemäßen Betrieb.
Warum bildet sich Frost?
Die Bildung von Reif an Kältemittelverdampfern ist hauptsächlich das Ergebnis der Kondensation und des Gefrierens von Feuchtigkeit in der Luft. Dieser Prozess beginnt, wenn die Luft, die durch die Verdampferschlange zirkuliert, bis zu ihrem Taupunkt abkühlt und die vorhandene Feuchtigkeit kondensiert, wenn diese Temperatur unterschritten wird, und sich in Reif verwandelt.
Was ist die Abtauung bei Kühlverdampfern?
Das Abtauen ist ein Prozess, bei dem Eis- oder Reifablagerungen auf der Verdampferoberfläche eines Kühlsystems entfernt werden. Dieser Vorgang ist Teil der Wartung und des ordnungsgemäßen Betriebs der Anlage.
Arten der Abtauung bei Kühlverdampfern
Die am häufigsten verwendeten Arten der Abtauung bei Kältemittelverdampfern sind:
- Durch die Luft.
- Durch Wasser.
- Durch elektrische Widerstände.
- Durch Gas oder heiße Flüssigkeit.
Psychrometrische Analyse: Ein Blick auf das Verfahren
Wir verwenden ein psychrometrisches Diagramm, um diesen Prozess zu veranschaulichen. Hier wird die Abkühlung der sensiblen Luft durch eine horizontale Bewegung nach links dargestellt, vom Lufteintritt bis zum Taupunkt. Jenseits dieses Punktes führt jede weitere Abkühlung zu einer Verringerung der absoluten Luftfeuchtigkeit, was durch eine vertikale Abwärtsbewegung im Diagramm dargestellt wird.
Praxisbeispiel: Auswirkungen auf Kühlhäuser
Nehmen wir einen Kühlraum mit einer Temperatur von 0°C. Wenn die Lufteintrittstemperatur etwas höher ist, z. B. 2 °C, und die Austrittstemperatur des Wärmetauschers -10 °C beträgt, bleibt die absolute Luftfeuchtigkeit während der fühlbaren Kühlung konstant, bis der Taupunkt erreicht ist. Wenn die Abkühlung fortgesetzt wird und dieser Punkt überschritten wird, kondensiert die Feuchtigkeit und gefriert anschließend und bildet Frost.
Berechnung der Frostbildung
Die Menge des gebildeten Eises kann mit der folgenden Formel berechnet werden:
Wozu dient das Abtauen von Kühlmittelverdampfern?
In Kälteanlagen ist die Eis- oder Reifbildung auf Verdampfern ein ernsthaftes Problem, das die Effizienz und Funktionsfähigkeit der Anlage erheblich beeinträchtigt. Wenn sich Eis auf Verdampfern bildet, wirkt es wie ein Wärmeisolator, erhöht den Wärmewiderstand und verringert die Wärmeübertragungsleistung, die mit der folgenden Gleichung berechnet werden kann:
U= Wärmeübergangskoeffizient im Verdampfer
S= verfügbare Wärmeaustauschfläche
ΔT= Temperaturdifferenz zwischen Lufteintritt und Verdampfung (wir gehen von einer gleichen Lamelle aus)
Je mehr Eis sich bildet, desto geringer wird der Wärmeübergangskoeffizient, so dass das System zum Ausgleich mit niedrigeren Temperaturen und Drücken arbeiten muss. Dies erhöht nicht nur den Energieverbrauch, sondern kann auch zu ungeplanten Systemausfällen, Betriebsstörungen und beschleunigtem Komponentenverschleiß führen.
Wichtigkeit des Auftauens
Das Abtauen von Kältemittelverdampfern ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Betriebseffizienz von Kühlsystemen. Durch regelmäßiges Entfernen des angesammelten Reifs wird dies erreicht:
- Wiederherstellung der Wärmeübertragungsleistung. Die Abtauung von Kältemittelverdampfern ermöglicht den Betrieb des Verdampfers mit voller Leistung, so dass das System unter optimalen Auslegungsbedingungen arbeiten kann.
- Reduzieren Sie die Notwendigkeit, unter extremen Bedingungen zu arbeiten. Da die Verdampferoberflächen eisfrei gehalten werden, muss der Kompressor nicht im Leerlauf laufen, um den Übertragungsverlust auszugleichen, was den Energieverbrauch senkt.
- Verhinderung unerwünschter Ausfallzeiten. Eine wirksame Frostentfernung verhindert unerwünschte Ausfallzeiten aufgrund von Unterdruck oder die Aktivierung von Sicherheitsmaßnahmen im Zusammenhang mit übermäßiger Eisbildung.
Wie löst man die Reifbildung auf der Verdampferschlange?
Frostbildung an Verdampfern in Kühlsystemen kann zu einer Reihe von Betriebsproblemen führen und die Effizienz des Systems erheblich verringern. Die Identifizierung und Behebung der Faktoren, die zu diesem Phänomen beitragen, ist entscheidend für die Aufrechterhaltung einer optimalen Leistung. Im Folgenden werden die wichtigsten Faktoren, die die Frostbildung begünstigen, sowie Strategien zu deren Eindämmung erläutert:
Eindringen von Feuchtigkeit in Kühlhäuser
Kühlräume sind nicht völlig luftdicht; das Eindringen von warmer, feuchter Luft von außen kann erheblich sein, insbesondere durch Türen, die geöffnet werden oder schlecht abgedichtet sind.
| Herkunft | Problem | Lösung |
| Unzureichende Abdichtung und Luftdichtheit | Luftaustritt | Korrekte Abdichtung und Luftdichtheit, Inspektion und Identifizierung |
| Türen, Vorhänge und Vorkammer | Häufiges Öffnen | Automatische Türen, Luftschleier und -streifen, Vor-Kameras |
| Produktverpackung | Feuchtigkeitsabgabe | Verpackungstechniken, Vorkühlung von Produkten… |
| Außenklima | Heiße und feuchte Klimazonen | Physische Barrieren, Zugangskontrolle. |
Stellen Sie sich vor, dass die Temperatur der Luft in dem kalten Raum ansteigt und von einem Ausgangszustand (Punkt 1a) zu einem Zustand mit höherer Temperatur und Feuchtigkeit (Punkt 1b) übergeht. Diese Veränderung ist in Abbildung 3 deutlich dargestellt. An diesem neuen Punkt ist die absolute Luftfeuchtigkeit höher, was bedeutet, dass mehr Wasserdampf in der Luft vorhanden ist.
Mit zunehmender Luftfeuchtigkeit steigt beim Durchströmen des Verdampfers auch die Menge an Feuchtigkeit, die den Taupunkt erreicht und anschließend kondensiert (von Δw1 auf Δw2).
Einfluss des Temperaturbereichs und Auswirkungen von Wärmebrücken
Der Temperaturbereich innerhalb einer Kammer bestimmt, ob die Luft den Taupunkt an den Verdampferoberflächen erreicht. In Systemen, die so konfiguriert sind, dass sie oberhalb des Taupunkts bleiben, kondensiert der Dampf nicht, was Frostbildung verhindert. Bei mittleren und niedrigen Temperaturanforderungen wird der Taupunkt jedoch häufiger erreicht und überschritten, was die Gefahr der Frostbildung erhöht.
Darüber hinaus hat der thermische Abstand, definiert als die Differenz zwischen der Lufteintrittstemperatur und der Verdampfertemperatur, einen direkten Einfluss auf die Intensität der Entfeuchtung. Ein höherer thermischer Abstand kann dazu führen, dass mehr Feuchtigkeit kondensiert und schließlich im Verdampfer gefriert, wie in der Abbildung dargestellt. Mit zunehmendem thermischen Sprung steigt auch die Menge der entzogenen absoluten Feuchtigkeit, die sich von einem Anfangszustandspunkt 2a zu einem kritischeren Zustandspunkt 2b bewegt. Dies führt zu einer Änderung der absoluten Luftfeuchtigkeit von Δw1 zu Δw2 und damit zu einer verstärkten Entfeuchtung.
Art des Kältemittels und Phasenwechselschlupf
Bei einigen Kältemitteln kommt es während des Phasenwechsels zu einem so genannten „Schlupf“, was bedeutet, dass die Verdampfungstemperatur nicht im gesamten Verdampfer konstant ist. Dadurch können kältere Stellen entstehen, an denen Kondensation und Gefrieren von Feuchtigkeit wahrscheinlicher sind.
Eine Analyse des Mollier-Diagramms, wie in Abbildung 3 für das Kältemittel R-407C dargestellt, kann dabei helfen, zu veranschaulichen, wie sich die thermodynamischen Eigenschaften des Kältemittels auf den Betrieb des Verdampfers und die Frostbildung in einer Situation mit mittlerer Temperatur auswirken, in der die (Kältemittel-) Taupunkttemperatur -10°C, die durchschnittliche Verdampfungstemperatur -12,5°C, die Expansions-Temperatur des Kältemittels -14,5°C und die Blasentemperatur -16,5°C bei einem relativen Druck von 2,6 bar beträgt.
Faktoren, die zur Frostbildung an Verdampfern beitragen
Frostbildung an Verdampfern kann auch durch spezifische Betriebs- und Wartungsprobleme verursacht werden. Jedes dieser Probleme trägt auf unterschiedliche Weise zum Phänomen der Frostbildung bei und erfordert besondere Aufmerksamkeit für seine Lösung:
| Herkunft | Problem | Lösung |
| Kältemittelleckage am Verdampfer | Druckverlust im Kältemittelkreislauf und Temperaturverlust | Regelmäßige Inspektionen |
| Verschmutzter und verstopfter Verdampfer | Unmöglichkeit des Wärmeaustauschs | Regelmäßige Wartung und Reinigung einplanen |
| Mangelnder Luftstrom durch Ventilatoren | Reduzierter Wärmeaustausch | Lüfterbetrieb prüfen |
| Verstopfter TEV oder Filter | Druckverlust im Kältemittelkreislauf und Temperaturverlust | TEV inspizieren und einstellen. Filter auswechseln. |
Kühlleistung des Verdampfers
Schmutz wirkt sowohl als Isolator, der den Übertragungskoeffizienten verringert, als auch als Hindernis für den Luftstrom, das den Luftmassendurchsatz verringert. Diese Beziehung ist in der Gleichung für die vom Verdampfer angebotene Kühlleistung deutlich zu erkennen.
Dies erfordert eine niedrigere Luftaustrittstemperatur (höherer Gradient) und folglich, wie wir im Fall der Erhöhung des Wärmesprungs gesehen haben, eine Erhöhung der absoluten Feuchtigkeit, die der Luft in der Kammer entzogen wird.
Kühlleistung des Kreislaufs
Die Gleichung besagt, dass bei einer Verringerung des durch das System zirkulierenden Massendurchsatzes die Kühlleistung des Geräts abnimmt. Infolgedessen nimmt auch die Kühlleistung des Verdampfers ab.
In einem Trockenexpansionsverdampfer verdampft das Kältemittel später, wodurch sich der Gasanteil anstelle der Flüssigkeit erhöht. Dadurch sinkt der Wärmeübergangskoeffizient und die Temperatur der Auslassluft nähert sich der Temperatur der Einlassluft an, wodurch der Temperaturunterschied im Luftstrom verringert wird.
Die Abbildung zeigt die Luft- und Kältemitteltemperaturkurven entlang der Rohrschlange, in blau für den Normalbetrieb und in rot für ein Kältemittelleck. Eine frühzeitige Verdampfung verlängert die Zeit, in der das Kältemittel gasförmig bleibt, wodurch der Wärmeübergangskoeffizient sinkt. Dies führt zu einer geringeren Wärmeübertragung und einer höheren Luftaustrittstemperatur. Außerdem wird das verdampfte Kältemittel zu einem überhitzten Gas, wodurch sich die Steigung der Lufttemperaturlinie verringert.
Das psychrometrische Diagramm zeigt zwei Fälle: einen normalen Fall mit 90% Wirkungsgrad und einen Fall mit Durchflussbegrenzung.
- Im ersten Fall liegt die Luftaustrittstemperatur nahe an der Temperatur der Verdampferlamelle.
- Im zweiten Fall, mit Durchflussbegrenzung, bewegt sie sich weg, näher an die Eintrittstemperatur.
