Das sollten Sie wissen

Betriebsstörungen

Frage Häufig werden in Bestandssystemen, aber auch in Neuanlagen, die mit Kälte- bzw. Wärmeträgern als Betriebsmittel ausgestattet sind, teilweise schwer definierbare Leistungs- und Übertragungsverluste beklagt. Woher kommen diese Pro­bleme?

Antwort Selbst wenn diese Betriebsstörungen nicht zeitnah diagnostiziert werden, führen die hier beschriebenen Kavitationserscheinungen zu immer wiederkehrenden Schäden an den Hauptbaugruppen eines Kaltwasser- und Solesystems oder an den Sekundär- bzw. Heizungsnetzen von Wärmepumpenanlagen.

Die Schäden werden im weitesten Sinne durch den Zerfall der Dampfblasen (Rückverflüssigung) in dem Wärmeträgermedium und an der Stelle höheren Druckes hervorgerufen. Die Entstehung der zuvor genannten Gasblasen kann an der Stelle eines hy­draulischen Systems beobachtet werden, an der der statische Systemdruck wenig unterhalb des zugehörigen Sättigungsdruckes des Wasser- bzw. Gemischdampfes messbar vorliegt.

Sehr häufig wird die Entstehung von Kavitationserscheinungen auf der Saugseite von Umwälzpumpen festgestellt. Hier kommt es zu unmittelbaren Leistungsverlusten durch die Erhöhung des Volumenstromes und der damit verbundenen höheren Strömungsgeschwindigkeit. Denn wie aus der Strömungsdynamik hinlänglich bekannt steigen damit die Druckverluste des Leitungsabschnittes quadratisch an. Kavitation kann aber bereits in den weiter stromaufwärts installierten Rohrleitungen und deren Einbauteilen entstehen. Damit wird sich die Übertragung der thermischen Leistung zusätzlich noch verschlechtern.

Wie bereits beschrieben, werden diese Tatsachen oft nur zufällig festgestellt. Der Autor möchte an dieser Stelle aber darauf hinweisen, dass Anlagensysteme (z. B. Kälteanwendungen) über viele Betriebsjahre mit einer viel zu hohen elektrischen Antriebsleistung für die Umwälz- oder Kreiselpumpen betrieben werden müssen. Frei nach dem Motto: Hauptsache, es wird kalt (oder bei Wärmepumpen warm).

Damit nun erkannt werden kann, worin die strömungsphysikalischen Ursachen der Kavitation liegen, wird in der nächsten Ausgabe Das sollten Sie wissen ein kleiner Exkurs in die Thermodynamik und die Strömungslehre durch­geführt.

Ein erster Ausblick auf die Vorschläge für die Praxis

Jeder Hersteller von Kreisel- bzw. Umwälzpumpen gibt in den Kennlinien-Diagrammen der jeweiligen Strömungsmaschine sogenannte Kavitationsgrenzen an.

Diese Grenze wird in der Literatur auch als NPSH-Höhe (net positive suction head) oder auch niedrigstmögliche Saugdruckhöhe bezeichnet und hat oft die Einheit Meter (Flüssigkeitssäule). Dieser NPSH- Pumpenwert sollte im Hinblick auf die Druckverlustberechnung des ungünstigsten Leitungsstranges niemals unterschritten werden. Im Gegenteil, Fachleute empfehlen hier einen moderaten Sicherheitszuschlag von 0,5 m oder in SI-Einheiten ausgedrückt: 50 kPa.

Neben druckverlustarmen Armaturen wird die sogenannte Vor-Druckhaltung empfohlen. Das Ausdehnungsgefäß soll auf der Saugseite der Pumpen angeordnet werden, um die partielle Erhöhung des statischen Druckes an der Eintrittsstelle zu erhöhen.

Weitere Hinweise und Erläuterungen zum praktischen Gebrauch bei der Planung und dem Betrieb von indirekten Kühlsystemen werden beispielsweise in den Seminaren T12 und T27 der Bundesfachschule Kälte-Klima-Technik vermittelt.

http://www.bfs-kaelte-klima.de/german/seminare.asp?art=T

Grenzwerte

Frage Warum darf man die Fühler von mechanischen Expansionsventilen keinen hohen Temperaturen aussetzen und wo genau liegen die Grenzwerte?

Antwort Die Frage lässt sich nicht pauschal beantworten, da es auf den Hersteller ankommt und auch auf die Art der Fühlerfüllung. Grundsätzlich unterscheidet man üblicherweise zwischen Flüssigfüllungen, Gasfüllungen und Adsorptionsfüllungen. In einem ALCO-Katalog haben wir folgende Angaben zu den zulässigen Maximaltemperaturen gefunden:

• Flüssigfüllung: 75 °C
• Gasfüllung: 175 °C und
• Adsorptionsfüllung: 130 °C

Durch die relativ größere Füllmenge bei der Flüssigfüllung würden höhere Temperaturen auch hohe Drücke im Thermosystem bedeuten. Bei der Gasfüllung gilt es (zusätzlich zu dem Grenzwert) zu beachten, dass im Betrieb der Fühler stets die kälteste Stelle des Thermosystems sein muss, weil es sonst zu Funktionsstörungen kommen kann (nur dann kondensiert die Steuerfüllung im Fühler). Hohe Fühlertemperaturen können zum Beispiel dann entstehen, wenn der Fühler bei Lötarbeiten nicht entfernt wird, oder auch bei Heißgasabtauung im Gegenstrom. Grundsätzlich würden wir Ihnen empfehlen, bei einem konkreten Fall Kontakt mit dem Ventilhersteller aufzunehmen. Der sollte Ihnen verbindliche Daten nennen können.

Verordnungen

Frage Welche Sachkunde wird eigentlich für Arbeiten an mobilen Einrichtungen, wie zum Beispiel Klimaanlagen in Bussen oder Flugzeugen, gefordert?

Antwort Die F-Gase-Verordnung (EG-Verordnung 842/2006) befasst sich vorwiegend mit stationären Anlagen. Allerdings wird für die Rückgewinnung von fluorierten Treibhausgasen aus mobilen Einrichtungen angemessen ausgebildetes Personal verlangt, um ordnungsgemäßes Recycling, Aufbereitung oder Zerstörung sicherzustellen.

Die Chemikalienklimaschutzverordnung stellt keine speziellen Anforderungen für Rückgewinnungstätigkeiten und Wartung an Klimaanlagen von Fahrzeugen, sondern verlangt lediglich die Teilnahme an einem Trainingsprogramm nach Art. 3 Abs. 2 der VO (EG) 307/2008. In Anlehnung an diese Anforderung hat der Ausschuss der Bund/Länderarbeitsgemeinschaft Chemikaliensicherheit (BLAC) beschlossen,dass auf der Grundlage von § 5 Abs. 2 Satz 1 Nr. 5 ChemKlimaschutzV i. V. m. Art. 3 Abs. 2 der VO (EG) 307/2008 ausgestellte Sachkunde­bescheinigungen gemäß § 5 Abs. 1 Nr. 1 ChemKlimaschutzV für Rückgewinnungstätigkeiten an größeren mobilen Anlagen (Kfz über 3,5 t, Busse, Lkw, Baumaschinen) im Sinne Art. 4 Abs. 3 der VO (EG) 842/2006 ausreichend sind. Natürlich werden auch Sachkundebescheinigungen der Kategorien I bis III gemäß VO (EG) 303/2008 anerkannt. Für Wartungsarbeiten an großen mobilen Einrichtungen (zum Beispiel Busklimaanlagen) ist daher vorerst die erfolgreiche Teilnahme an einem anerkannten Trainingsprogramm für Kfz-Klimaanlagen (gemäß EG-Verordnung 307/2008) ausreichend. Alternativ werden auch Zertifizierungen, die sich auf stationäre Anlagen beziehen, anerkannt.

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