Kältetechnik

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Die VRF-Technologie nach DIN V 18599 – nachhaltiges Bauen mit energieeffizientem Klimasystem

Im Bereich Klimatechnik, erhielt die VRF bzw. VRV Technologie, als energiesparend bekannt, mit der DIN V 18599 große Bedeutung für nachhaltiges Bauen.

Diese alternativen Klima- bzw. Wärmeanlagen verfügen über variable Kältemittel-Volumenströme, die vor allem bei problematischem Kühllastverhalten der Umwelt zu Gute kommen.

Durch Wärmetauscher im Innen – und Außenbereich eines (Nichtwohn-) Gebäudes, wird die Abwärme eines zu kühlenden Raumes zur Nutzwärme eines zu heizenden Raumes. Dabei wird Energie gespart, da die Primärenergienutzung der Wärmepumpenfunktion sehr hoch ist. Durch den Verzicht auf klassische Öl- und Gasheizsysteme sowie die Verwendung erneuerbarer Energien (z.B. Luft) kann bis zu 50 % CO2-Einsparung erreicht werden.
Ein weiterer Vorteil liegt in den 3-Leiter-Systemen, die es ermöglichen, gleichzeitig zu heizen und zu kühlen und dabei durch mögliche Wärmerückgewinnung weiterhin energieeffizient zu arbeiten. Zudem kann beim Abtaubetrieb die Heizleistung durchgehend fortgesetzt werden und aufgrund von modernster Elektronik sind die Kompressoreneinheiten leistungsregulierbar. Außerdem verbraucht dieses dezentrale Klimatisierungssystem wenig Platz, arbeitet sehr leise und kann sich auf die individuellen Bedürfnisse des Nutzers einstellen sowie Teillastverluste reduzieren.

Wie im tiefergehenden Fachartikel des FachJournal nachzulesen, zahlt sich dieses Konzept besonders in Hotels aus, da dort die Teillastproblematik erhöht ist. In einem Low-Budget-Hotel in Augsburg wurde nach einer ökologisch vorteilhaften Lösung für das Teillastverhalten mit geringen Investitionskosten gesucht.

Die individuelle Klimatisierung, die geringen Betriebskosten und der hohe Nutzerkomfort der VRV-Technologie eigneten sich bestens für das Ziel, nachhaltiges Bauen unter den Aspekten der ökonomischen, ökologischen, der technischen und der Prozessqualität zu garantieren.

Latentwärmespeicher: PCM als effektiver Temperatur-Pufferspeicher in Baustoffen

Die Wirtschaftlichkeit von PCM (Phase Change Material) in der TGA mit PCM express einfach ermitteln.

Im Bereich der Gebäudeklimatisierung spielen Umwelteinflüsse eine große Rolle. Während im Winter der U-Wert möglichst gut sein sollte, ist im Sommer besonderer Wärmeschutz zu beachten. Um die Klimatisierung mit erneuerbaren Energien realisieren zu können, muss zunächst nach DIN 4108-2 (7/2003) durch die Bewertung des Cwirk die Speichermasse eines Gebäudes ermittelt werden.

Damit Neubauten mit geringer Masse den gleichen thermischen Komfort wie Gebäude mit massiven Wänden aus Beton oder Stein erhalten, kann Phasenwechselmaterial (PCM = Phase Change Material), sog. Latentwärmespeicher, von Vorteil sein.

Bei diesen mikroverkapselten Latentwärmespeichern handelt es sich um mikrometergroße Wachströpfchen, die in Kapselhüllen aus Acrylglas verpackt werden. Ab 23ºC verflüssigt sich das Wachs in der unzerstörbaren Hülle und kann so Wärme speichern oder abgeben. Da die Kapseln jedoch weiterhin pulverförmig bleiben, lassen sie sich hervorragend in herkömmliche Baustoffe wie Mörtel oder Beton einarbeiten.

Passiv lässt sich diese Dispersion in kühleren Regionen anwenden, wenn auf Kühlung durch Nachtluft statt auf Klimaanlagen gesetzt wird. Aber sie findet auch aktiv Verwendung. Wenn man das PCM als Teil der TGA nutzt und es in Verbindung mit einer Klimaanlage einsetzt, muss diese weniger Kühlleistung aufbringen, wird aber wesentlich effektiver arbeiten.

Diese Entlastung der technischen Klimatisierung resultiert aus der Fähigkeit der Latentwärmespeicher, große Teile der Wärmemenge temperaturunschädlich zwischenspeichern zu können.

Eine neu entwickelte Software vergleicht beide Varianten und errechnet deren Wirtschaftlichkeit. So können Planer jederzeit den Nutzen einer optimierten Gebäudetechnik durch PCM-Baustoffe selbst ermitteln. Die Latentwärmespeicher tragen zu einer umweltfreundlicheren Kühltechnologie bei, da es sich hier um regenerative Kältequellen handelt, die im Gegensatz zu (oder zumindest in Verbindung mit) konventionellen Klimatisierungsgeräten energieeffizienter und wirtschaftlich vorteilhafter sind.

Eine genauere Beschreibung der Funktionsweise von PCM (Was ist PCM) und die Einsatzmöglichkeiten in der Gebäudeklimatisierung sowie Informationen zum Software-Tool PCMexpress finden Sie in einem Fachartikel im FachJournal

Grundfos RC-Pumpe fördert das natürliche Kältemittel CO2

Grundfos Pumpen RC Gruppe
Grundfos Pumpen - RC-Gruppe

Mehrstufige Kältemittelpumpe mit Spaltrohrmotor

In der Kälte- wie auch in der Klimatechnik kommt dem jeweils gewählten Kältemittel eine zentrale Funktion zu: Es transportiert Wärmeenergie vom Kühlgut weg in die Umgebungsluft.

Seit die lange Zeit aus thermodynamischen Gründen bevorzugt eingesetzten halogenierten Kohlenwasserstoffe als umweltschädlich erkannt wurden – als Stichworte mögen Treibhauspotential und Ozon-Abbau genügen – sucht die Industrie nach umweltneutralen Konzepten mit einem möglichst geringen GWP-Potential (GWP = Global Warming Potential). Dabei stehen auch die natürlichen Kältemittel Kohlendioxid und Ammoniak im Fokus des Interesses. CO2 weist das geringste GWP-Potential auf; es ist chemisch inaktiv, nicht brennbar und als Bestandteil unsere Atemluft für den Menschen ungefährlich (von extremen Konzentrationen einmal abgesehen).

Mit der ‚Neuentdeckung’ von CO2 als Kältemittel muss die Anlagentechnik allerdings entsprechend angepasst werden, unter anderem aufgrund des notwendig hohen Betriebsdruckes. Auch die Anforderungen an die Kältemittelpumpen ändern sich.

Fast alle herkömmlichen Kältemittelpumpen sind im Grunde Chemiepumpen, die für den Betrieb mit Kältemitteln geringfügig modifiziert wurden. Die Eigenschaften von CO2 unterscheiden sich jedoch erheblich von denen der traditionellen Kältemittel – und dies bedingt eine entsprechende Spezifikation insbesondere der Pumpenhydraulik.

In enger Zusammenarbeit mit führenden Unternehmen der Branche hat Grundfos die RC-Pumpe (Refrigerant Pump) entwickelt: Die wellendichtungslose Spaltrohrmotor-Pumpe ist spezifisch für das Fördern von R744 (Kohlendioxid), als auch anderen Kältemitteln (R717 Ammoniak, R134a, R404A, R407C, R410A, R507A) konzipiert und weist eine Förderleistung zwischen 0,2 und 9 m3/h auf.

Die zylindrische Bauform der RC-Pumpe ist besonders geeignet für Hochdruckanwendungen, weil eine einzige statische O-Ringdichtung für die Abdichtung zwischen dem Pumpenmantel und dem Motorgehäuse ausreicht. Die durchgängig zylindrische Bauform der aus Edelstahl (1.4301) gefertigten Komponenten mit ihren glatten Oberflächen erleichtert zudem das Dämmen der Pumpe – ein großer Vorteil insbesondere beim Tieftemperatureinsatz.

Die mehrstufig ausgeführte Pumpenhydraulik ist auf das Fördern von Medien nahe dem Siedepunkt ausgelegt: Die erste Kammer ist größer dimensioniert, das über den Saugstutzen zufließende Kältemittel darf deshalb in begrenztem Maße Dampfblasen enthalten. Zudem sind alle RC-Pumpen mit einem Inducer (Vorlaufrad) ausgerüstet, um die Förderleistung bei einem mit Dampfblasen beaufschlagten Medium zu verbessern. Ein Grobfilter im Zulauf zur ersten Kammer verhindert, dass Metallspäne/Metallteile in die Pumpenhydraulik gelangen.

Die wesentlichen Merkmale dieser RC-Kältemittelpumpen:

  • geringer Energieverbrauch durch hohen Pumpenwirkungsgrad und Drehzahlregelung
  • einfache Installation und Wartung dank des geringen Gewichts, der kompakten Bauweise und des neuartigen Servicekonzepts mit kompletter Reparatureinheit für den schnellen Austausch.
  • nur geringe Zulaufhöhen erforderlich (kleiner NPSHerf-Wert) dank der hohen Festigkeit der Hydraulikbauteile gegenüber gelegentlich im Zulauf auftretenden Dampfblasen; daraus resultiert auch eine geringere Aufstellhöhe innerhalb der Anlage.
  • Frequenzumrichterbetrieb im Bereich von 25 bis 50 Hz zulässig

Am Saug- und Druckstutzen sind Anschlüsse für Differenzdruckgeber vorgesehen, die für eine druckabhängige Drehzahlregelung oder die Überwachung der Förderleistung genutzt werden können. Das Motorgehäuse verfügt über einen Anschluss für einen Druckgeber zur Überwachung des Drucks im Statorgehäuse.

RC-Kältemittelpumpen sind wartungsfrei, wenn sie stets innerhalb der vorgegebenen Einsatzgrenzen betrieben werden. Im Falle einer Störung greift das neuartige Servicekonzept: Zur Überprüfung bzw. dem Austausch der wesentlichen Pumpenkomponenten verbleibt der Pumpenmantel in der Rohrleitung – Motor und Laufradeinheit werden in einem Stück aus dem Pumpenmantel ausgebaut und können durch eine neue Reparatureinheit ersetzt werden. Die alte Reparatureinheit wird anschließend bei Grundfos überholt.
www.grundfos.de