Bei mehreren HLK-Systemen müssen vor Ort Rohrleitungen für die Kältetechnik entworfen und installiert werden. Beispiele hierfür sind Verflüssigereinheiten, Direktexpansions-(DX)-Wärmetauscher in Klimageräten, externe Verdampfer mit luftgekühlten Chillern und Chiller mit externen luftgekühlten Kondensatoren. Dieser Leitfaden behandelt R-22, R-407C, R-410A und R-134a, die in gewerblichen Klimaanlagen verwendet werden. Sie gilt nicht für industrielle Kälteanlagen und/oder Systeme mit variablem Kältemittelvolumen (VRV).
Die in diesem Anwendungsleitfaden enthaltenen Informationen basieren auf Kapitel 2 des Kältemittelhandbuchs von ASHRAE und auf den guten Erfahrungen von McQuay mit dieser Art von Ausrüstung.
Ein ordnungsgemäß konstruiertes und installiertes Kältemittelleitungssystem sollte:
- Sorgen Sie für einen ausreichenden Kältemittelfluss zu den Verdampfern, indem Sie praktische Kältemittelleitungsgrößen verwenden, die den Druckabfall begrenzen.
- Vermeiden Sie es, übermäßiges Öl einzuschließen, damit der Kompressor jederzeit über genügend Öl verfügt, um ordnungsgemäß zu funktionieren.
- Vermeiden Sie Schläge mit flüssigem Kältemittel.
- Sei sauber und trocken.
Checkliste für die Auslegung von Kältemittelleitungen
Der erste Schritt bei der Planung von Kältemittelleitungen besteht darin, Produkt- und Baustelleninformationen zu sammeln. Nachfolgend finden Sie jeweils eine Checkliste. Wie diese Informationen verwendet werden, wird im weiteren Verlauf dieses Handbuchs erläutert.
Produktinformation
- Modellnummer der Gerätekomponenten (Kondensationsteil, Verdampfer usw.)
- Maximale Kapazität pro Kältekreislauf
- Mindestleistung pro Kältekreislauf
- Einheitsbetriebsgebühr
- Abpumpkapazität der Einheit
- Kältemitteltyp
- Geräteoptionen (Heißgasbypass usw.)
- Enthält die Ausrüstung Absperrventile und Füllanschlüsse
- Hat das Gerät eine Abpumpfunktion?
Informationen zur Baustelle
- Skizze, wie Rohrleitungen ausgeführt werden, einschließlich:
- Entfernungen
- Höhenänderungen
- Ausstattungsplan
- Ausstattung
- Spezifische Details für Verdampfer-Rohranschlüsse
- Umgebungsbedingungen, unter denen Rohrleitungen verlegt werden
- Umgebungsbetriebsbereich (wird das System im Winter betrieben?)
- Art der Kühllast (Komfort oder Prozess)
- Geräteisolation (Federisolatoren, Schergummi usw.)
Typische Anordnungen von Kältemittelleitungen
Diese Abbildung zeigt eine auf dem Boden montierte Verflüssigereinheit, die mit einer DX-Spule verbunden ist, die in einer auf dem Dach montierten Lüftungseinheit installiert ist.
- Eine Flüssigkeitsleitung führt flüssiges Kältemittel vom Kondensator zu einem Wärmeausdehnungsventil (TX) neben der Schlange.
- Eine Saugleitung führt dem Sauganschluss des Kompressors Kältemittelgas zu.
Diese Abbildung zeigt eine auf dem Dach montierte luftgekühlte Kältemaschine mit einem entfernten Verdampfer innerhalb des Gebäudes.
- 1. Es gibt zwei Kühlkreisläufe, jeder mit einer Flüssigkeitsleitung, die flüssiges Kältemittel vom Kondensator zu einem TX-Ventil neben dem Verdampfer führt, und einer Saugleitung, die Kältemittelgas vom Verdampfer zu den Sauganschlüssen des Kompressors zurückführt.
- 2. An einem der Kreisläufe befindet sich eine doppelte Saugleitung.
Diese Abbildung zeigt einen Innenkühler mit einem entfernten luftgekühlten Kondensator auf dem Dach.
- 1. Die Druckgasleitung verläuft von der Druckseite des Kompressors zum Einlass des Kondensators.
- 2. Die Flüssigkeitsleitung verbindet den Auslass des Kondensators mit einem TX-Ventil am Verdampfer.
- 3. Die Heißgas-Bypassleitung des Kreislaufs verläuft von der Druckleitung des Kompressors zum Anschluss der Flüssigkeitsleitung am Verdampfer.
Grundlagen des Rohrleitungsdesigns
Ein gutes Rohrleitungsdesign führt zu einem Gleichgewicht zwischen den Anschaffungskosten, dem Druckabfall und der Systemzuverlässigkeit. Die Anschaffungskosten werden durch den Durchmesser und die Anordnung der Rohrleitungen beeinflusst. Der Druckabfall in der Rohrleitung muss minimiert werden, um eine Beeinträchtigung von Leistung und Kapazität zu vermeiden. Da bei fast allen vor Ort verrohrten Systemen Kompressoröl durch den Kühlkreislauf und zurück zum Kompressor fließt, muss eine Mindestgeschwindigkeit in der Rohrleitung aufrechterhalten werden, damit bei Voll- und Teillastbedingungen ausreichend Öl in den Kompressorsumpf zurückgeführt wird.
Eine gute Faustregel ist mindestens:
- 500 Fuß pro Minute (fpm) oder 2,54 Meter pro Sekunde (mps) für horizontale Saug- und Heißgasleitungen.
- 1000 fpm (5,08 mps) für Saug- und Heißgassteigleitungen.
- Weniger als 300 fpm (1,54 mps), um das Auftreten von Flüssigkeitshämmern zu vermeiden, wenn das Magnetventil an Flüssigkeitsleitungen schließt.
Hartgezogene Kupferrohre werden für Halogenkohlenstoff-Kühlsysteme verwendet. Die Typen L und K sind für Klima- und Kälteanwendungen (ACR) zugelassen. Typ M wird nicht verwendet, da die Wand zu dünn ist. Die Nenngröße basiert auf dem Außendurchmesser (OD). Typische Größen umfassen 5/8 Zoll, 7/8 Zoll, 1-1/8 Zoll usw.
Für ACR-Anwendungen vorgesehene Kupferrohre werden vom Hersteller dehydriert, mit Stickstoff gefüllt und verschlossen (siehe Abbildung unten).
Geformte Fittings wie Bögen und T-Stücke werden mit den hartgezogenen Kupferrohren verwendet. Alle Verbindungen werden von einem qualifizierten Techniker mit Acetylen-Sauerstoffbrennern gelötet. Wie bereits erwähnt, werden die Kältemittelleitungsgrößen so gewählt, dass sie den Druckabfall mit den Anschaffungskosten ausgleichen, in diesem Fall der Kupferrohre, während gleichzeitig eine ausreichende Kältemittelgeschwindigkeit aufrechterhalten wird, um Öl zum Kompressor zurückzubefördern. Druckverluste werden berechnet, indem die erforderliche Schlauchlänge zu den entsprechenden Fuß (Metern) aller Fittings in der Leitung addiert wird. Dieser wird dann in PSI (kPa) umgerechnet.
Druckabfall und Temperaturänderung
Wenn das Kältemittel durch die Rohre fließt, fällt der Druck ab und ändert die Sättigungstemperatur des Kältemittels. Abnahmen sowohl des Drucks als auch der Sättigungstemperatur wirken sich nachteilig auf die Kompressorleistung aus. Die richtige Konstruktion des Kühlsystems versucht, diese Änderung auf weniger als 1,1 °C (2 °F) pro Leitung zu minimieren. Daher ist es üblich, beim Anpassen von Kühlsystemkomponenten einen Druckabfall zu hören, der als „2 °F“ gegenüber PSI (kPa) bezeichnet wird.
Beispielsweise, kann eine Kondensationseinheit 25 Tonnen (87,9 kW) Kühlleistung bei einer gesättigten Saugtemperatur von 7,2 °C (45 °F) erzeugen. Unter der Annahme eines Leitungsverlusts von 1,1 °C (2 °F) müsste der Verdampfer so dimensioniert werden, dass er 25 Tonnen (87,9 kW) Kälte bei einer gesättigten Saugtemperatur von 47 °F (7,2 °C) liefert.
Die folgende Tabelle vergleicht Druckabfälle bei Temperaturen und Drücken für mehrere gängige Kältemittel. Beachten Sie, dass die Kältemittel bei gleicher Temperaturänderung unterschiedliche Druckabfälle haben. Beispielsweise beziehen sich viele Dokumente auf einen akzeptablen Druckabfall von 1,1 °C (2 °F) oder etwa 20,7 kPa (3 PSI) für R-22. Die gleiche Änderung von 3 PSI in R-410A führt zu einer Temperaturänderung von 1,2 °F (0,7 °C).
Hinweis Saug- und Auslassdruckabfall basierend auf 30,5 m (100 Äquivalent Fuß) und 4,4 °C (40 °F) Sättigungstemperatur.
Flüssigkeitsleitungen
Flüssigkeitsleitungen verbinden den Kondensator mit dem Verdampfer und transportieren flüssiges Kältemittel zum TX-Ventil. Wenn das Kältemittel in der Flüssigkeitsleitung gasförmig wird, weil der Druck zu weit abfällt oder weil die Höhe zunimmt, funktioniert das Kühlsystem schlecht. Flüssigkeitsunterkühlung ist die einzige Methode, die verhindert, dass Kältemittel aufgrund von Druckabfällen in der Leitung gasförmig wird.
Die tatsächliche Leitungsgröße sollte nicht mehr als einen Druckabfall von 1,1 bis 1,7 °C (2 bis 3 °F) bieten. Der tatsächliche Druckabfall in PSI (kPa) hängt vom Kältemittel ab.
Von einer Überdimensionierung der Flüssigkeitsleitungen wird abgeraten, da dies die Kältemittelfüllung des Systems erheblich erhöht. Dies wiederum wirkt sich auf die Ölfüllung aus.
Wenn das flüssige Kältemittel vom Kondensator zum Verdampfer gehoben wird, sinkt der Kältemitteldruck. Unterschiedliche Kältemittel haben je nach Höhe unterschiedliche Druckänderungen. Siehe Tabelle 2 für spezifische Kältemittel. Der Gesamtdruckabfall in der Flüssigkeitsleitung ist die Summe aus dem Reibungsverlust plus dem Gewicht der flüssigen Kältemittelsäule in der Steigleitung.
Kältemittel | Druckabfall PSI/ft (kPa/m) Riser |
R-22 | 0,50 (11,31) |
R-407C | 0,47 (10,63) |
R-410A | 0,43 (9,73) |
R-134a | 0,50 (11,31) |
Nur unterkühltes flüssiges Kältemittel verhindert in dieser Situation ein Flashen am TX-Ventil. Wenn der Kondensator über dem Verdampfer installiert worden wäre, hätte der Druckanstieg durch das Gewicht des flüssigen Kältemittels in der Leitung verhindert, dass das Kältemittel in einer richtig dimensionierten Leitung ohne Unterkühlung verdampft.
Es ist wichtig, am TX-Ventil eine gewisse Unterkühlung zu haben, damit das Ventil ordnungsgemäß funktioniert und nicht vorzeitig ausfällt. Befolgen Sie die Empfehlungen des Herstellers. Wenn keine verfügbar sind, sorgen Sie für eine Unterkühlung von 2,2 bis 3,3 °C (4 bis 6 °F) am TX-Ventil.
Für Flüssigkeitsleitungen müssen mehrere Kältemittelleitungskomponenten und/oder Zubehör vor Ort ausgewählt und installiert werden (Abbildung unten). Absperrventile und Füllanschlüsse sind erforderlich. Im Allgemeinen ist es wünschenswert, Absperrventile für die Wartung der grundlegenden Systemkomponenten, wie z. B. einer Kondensationseinheit oder eines Kondensators, zu haben. In vielen Fällen liefern die Hersteller Absperrventile mit ihrem Produkt, also überprüfen Sie unbedingt, was enthalten ist. Absperrventile gibt es in verschiedenen Arten und Formen.
In Bezug auf diese Figur :
- Am Kondensator arbeitet ein Flüssigkeitsleitungs-Filtertrockner. Der Filtertrockner entfernt Schmutz aus dem flüssigen Kältemittel und enthält ein Trockenmittel, um Feuchtigkeit im System zu absorbieren. Filtertrockner sind entweder wegwerfbar oder permanent mit austauschbaren Kernen.
- Als nächstes gibt es ein Schauglas, das es Technikern ermöglicht, den Zustand des Kältemittels in der Flüssigkeitsleitung zu sehen. Viele Schaugläser enthalten einen Feuchtigkeitsindikator, der seine Farbe ändert, wenn Feuchtigkeit im Kältemittel vorhanden ist.
- Hinter dem Schauglas befindet sich das TX-Ventil.
Mögliches Zubehör für dieses System sind:
- Ein Heißgas-Bypass-Anschluss. Dies ist ein Spezialfitting, das in den Verteiler integriert wird – ein Auxiliary Side Connector (ASC).
- Ein Abpump-Magnetventil. Wenn ein Abpumpen verwendet wird, befindet sich das Magnetventil direkt vor dem TX-Ventil, so nah wie möglich am Verdampfer.
- Empfänger in der Flüssigkeitsleitung. Diese werden verwendet, um überschüssiges Kältemittel entweder zum Abpumpen oder für Wartungszwecke zu speichern (wenn der Kondensator kein ausreichendes Volumen hat, um die Systemladung zu halten) oder als Teil eines Ansatzes zur Regelung einer überfluteten niedrigen Umgebungstemperatur. Sammler werden normalerweise vermieden, weil sie die Unterkühlung des Kondensators entfernen, die Anschaffungskosten erhöhen und die Kältemittelfüllung erhöhen.
Flüssigkeitsleitungen sollten 10,4 mm/m (1/8 Zoll pro Fuß) in Richtung des Kältemittelflusses geneigt sein. Fangen ist unnötig.
Saugleitungen
Sauggasleitungen lassen Kältemittelgas vom Verdampfer in den Einlass des Kompressors strömen. Eine Unterdimensionierung der Saugleitung verringert die Kompressorleistung, indem sie gezwungen wird, mit einem niedrigeren Saugdruck zu arbeiten, um die gewünschte Verdampfertemperatur aufrechtzuerhalten. Eine Überdimensionierung der Saugleitung erhöht die anfänglichen Projektkosten und kann zu einer unzureichenden Kältemittelgasgeschwindigkeit führen, um Öl vom Verdampfer zum Kompressor zu befördern. Dies ist besonders wichtig, wenn vertikale Saugsteigleitungen verwendet werden.
Saugleitungen sollten für einen Druckverlust von maximal 1,1 bis 1,7 °C (2 bis 3 °F) ausgelegt sein. Der tatsächliche Druckabfall in PSI (kPa) hängt vom Kältemittel ab.
Details zur Saugleitungsverrohrung
Während des Betriebs ist die Saugleitung mit überhitztem Kältemitteldampf und Öl gefüllt. Das Öl fließt auf der Unterseite des Rohrs und wird von dem darüber strömenden Kältemittelgas mitbewegt. Wenn das System stoppt, kann das Kältemittel je nach Umgebungsbedingungen in der Leitung kondensieren. Dies kann zu Schlägen führen, wenn das flüssige Kältemittel beim Neustart des Systems in den Kompressor gesaugt wird.
Um eine gute Ölrückführung zu fördern, sollten die Saugleitungen 10,4 mm/m (1/8 Zoll pro Fuß) in Richtung des Kältemittelflusses geneigt sein. Verdampferanschlüsse erfordern besondere Sorgfalt, da der Verdampfer während der Ausschaltzyklen potenziell eine große Menge an kondensiertem Kältemittel enthalten kann. Zur Minimierung von Schlägen des kondensierten Kältemittels sollten die Verdampfer von der Saugleitung mit einem umgekehrten Ableiter isoliert werden, wie in den folgenden Abbildungen gezeigt:
Der Ableiter sollte sich über die Oberseite des Verdampfers erstrecken, bevor er zum Kompressor führt.
- Bei mehreren Verdampfern sollte die Saugleitung so ausgelegt werden, dass die Druckabfälle gleich sind und das Kältemittel und Öl von einer Schlange nicht in eine andere Schlange fließen kann.
- Ableiter können am Boden von Steigleitungen verwendet werden, um kondensiertes Kältemittel aufzufangen, bevor es zum Kompressor fließt. Zwischenfallen sind in einem Riser richtiger Größe unnötig, da sie zum Druckabfall beitragen.
- Üblicherweise werden bei kommerziell hergestellten Klimaanlagen die Kompressoren an einen gemeinsamen Anschluss an der Seite des Geräts „vorverrohrt“.
- Saugleitungsfiltertrockner sind erhältlich, um das Kältemittel zu reinigen, bevor es in den Kompressor eintritt. Da sie einen erheblichen Druckabfall darstellen, sollten sie nur hinzugefügt werden, wenn die Umstände dies erfordern, z. B. nach einem Compressor Burnout. In diesem Fall wird der Saugfiltertrockner oft nach der Einlaufzeit des Austauschkompressors ausgebaut. Saugfiltertrockner fangen beträchtliche Ölmengen auf, daher sollten sie gemäß den Herstellerangaben installiert werden, um den Ölabfluss zu fördern.
Entladungsleitungen
Druckgasleitungen (häufig als Heißgasleitungen bezeichnet) ermöglichen, dass Kältemittel vom Auslass des Kompressors zum Einlass des Kondensators strömt. Unterdimensionierte Druckleitungen verringern die Kompressorkapazität und erhöhen die Kompressorarbeit. Überdimensionierte Auslassleitungen erhöhen die Anfangskosten des Projekts und können zu einer unzureichenden Geschwindigkeit des Kältemittelgases führen, um Öl zurück zum Kompressor zu transportieren. Abbildungen unten.
Einzelheiten zur Verrohrung der Druckleitung
Abflussleitungen transportieren sowohl Kältemitteldampf als auch Öl. Da Kältemittel während des Ausschaltzyklus kondensieren kann, sollten die Rohrleitungen so ausgelegt sein, dass flüssiges Kältemittel und Öl nicht in den Kompressor zurückfließen. Am Boden der Steigleitungen können Abscheider angebracht werden, um Öl und kondensiertes Kältemittel während der Ausschaltzyklen aufzufangen, bevor es zurück in den Kompressor fließt. Zwischenfallen in den Steigrohren sind bei einem richtig bemessenen Steigrohr unnötig, da sie den Druckabfall erhöhen. Die Auslassleitungen sollten 10,4 mm/m (1/8 Zoll pro Fuß) in Richtung des Kältemittelflusses zum Kondensator geneigt sein.
Immer wenn sich ein Kondensator über dem Kompressor befindet, sollte am Kondensatoreinlass ein umgedrehter Ableiter oder ein Rückschlagventil installiert werden, um zu verhindern, dass flüssiges Kältemittel während der Ausschaltzyklen zurück in den Kompressor fließt. In einigen Fällen (z. B. bei Kolbenkompressoren) ist ein Druckschalldämpfer in der Druckleitung installiert, um Pulsationen (die Vibrationen verursachen) zu minimieren. Öl wird leicht in einem Druckschalldämpfer eingeschlossen, daher sollte es im horizontalen oder nach unten gerichteten Teil der Rohrleitung so nah wie möglich am Kompressor platziert werden.
Mehrere Kühlkreisläufe
Zur Steuerung und Redundanz enthalten viele Kühlsysteme zwei oder mehr Kühlkreisläufe. Jeder Stromkreis muss separat gehalten und so ausgelegt werden, als ob es sich um ein einzelnes System handeln würde. In einigen Fällen bedient ein einzelner Kühlkreislauf mehrere Verdampfer, aber mehrere Kühlkreisläufe sollten niemals an einen einzelnen Verdampfer angeschlossen werden. Ein häufiger Fehler ist die Installation einer Zweikreis-Verflüssigereinheit mit einer Einkreis-Verdampferschlange.
Diese Abbildung zeigt gängige DX-Spulen, die mehrere Schaltkreise umfassen. Am gebräuchlichsten ist Interlaced. Es ist möglich, einzelne Wärmetauscher mit jeweils einem einzigen Kreislauf im selben System zu installieren und an einen eigenen Kältekreislauf anzuschließen.
Während die meisten gängigen Klimaanlagen einen Verdampfer für jeden Kreislauf haben, ist es möglich, mehrere Verdampfer an einen einzigen Kühlkreislauf anzuschließen.
Die Abbildung unten zeigt einen einzelnen Kühlkreislauf, der zwei DX-Spulen versorgt. Beachten Sie, dass jede Spule ihr eigenes Magnetventil und thermisches Expansionsventil hat. Für jeden Verteiler sollte ein TX-Ventil vorhanden sein. Einzelne Solenoide sollten verwendet werden, wenn die Verdampfer unabhängig voneinander betrieben werden (z. B. zur Leistungsregelung). Wenn beide Verdampfer gleichzeitig betrieben werden, kann ein einzelnes Magnetventil in einer gemeinsamen Leitung verwendet werden.
