Liebe Besucherinnen und Besucher,
mit der heutigen Ausgabe verraten wir Ihnen Tipps, wie Sie den sogenannten Siedeverzug in Kälteanlagen verhindern und geben eine Übersicht, welche Prüfungen Betreiber von Kälteanlagen benötigen.
Tipp: Siedeverzug in Kälteanlagen vermeiden und Leistungseinbrüche verhindern
Kältemittel nehmen Wärmeenergie auf und geben sie wieder ab. Dieser immer wiederkehrende Kreisprozess erfolgt durch das Verdampfen oder auch Sieden des Kältemittels. Jedes Kältemittel hat einen eigenen festgelegten Siedepunkt. Der Siedepunkt stellt die Bedingungen dar, welche beim Phasenübergang eines Stoffes von der flüssigen in die gasförmige Phase vorliegen, was als Sieden oder Verdampfen bezeichnet wird. Das natürliche Kältemittel Ammoniak hat beispielsweise einen Siedepunkt von -33,34°C. Das folgende Beispiel einer Kälteanlage mit Siedeverzug wird mit Ammoniak betrieben.
Wodurch entsteht der Siedeverzug?
Flüssige Kältemittel sorgen am Verdampfer-Ausgang/-Eingang für eine Druckerhöhung. Dabei gilt: Je höher der Flüssigkeitsstand, desto höher der Druck am untersten Punkt des Verdampfers. Dieser Druck erhöht die Siedetemperatur des Kältemittels. Die Anlagen benötigen und verdampfen jedoch nur ein Drittel des Kältemittels, zwei Drittel werden in flüssigem Zustand dem Abscheider zurückgeführt. Dort gilt, dass die Ammoniak-Pumpen den Druckabfall über die Pumpenvorlaufleitung, Pumpenrücklaufleitung, den Verdampfer und die Einbauteile (Ventile, Fittinge etc.) überwinden müssen. Durch die Druckabfälle ist der Druck im Verdampfer höher als der Druck im Abscheider. Dieser wichtige Faktor muss bei der Planung der Kälteverdichter beachtet werden, um sie ausreichend zu dimensionieren.
Die steigenden Flüssigkeitssäulen in den vertikalen Rohrleitungen des Verdampfers erzeugen also den Siedeverzug. Doch welche Faktoren verursachen und begünstigen den Prozess?
- Lange vertikale Rohrleitungen zu den Verdampfern.
- Geringe Strömungsgeschwindigkeiten in der Saugleitung. Die Flüssigkeitströpfchen werden nicht ausreichend mitgefördert und summieren sich zu einer Flüssigkeitssäule in der Saugleitung auf.
- Teillastbetrieb des Verdampfers (zum Beispiel: Plattenfrosteranlage). Die Kerntemperatur des Produktes ist fast erreicht, wodurch die Kälteleistung sinkt. Es wird weniger Kältemittel verdampft, aber der Pumpenumlauf wird nicht eingeschränkt. Auch dadurch kommt es zu einer Anreicherung von flüssigem Kältemittel in der Saugleitung des Verdichters.
Was sind die energetischen Folgen des Siedeverzugs?
Die Flüssigkeitssäule erhöht die Verdampfungstemperatur. Dadurch sinkt die Leistung im Verdampfer, welche im Anlagenprozess nicht mehr zur Verfügung steht. Nun müsste der Saugdruck des Abscheiders eben um diese Druckdifferenz weiter abgesenkt werden, um den Normalzustand zu erhalten. Das bedeutet also eine Absenkung der Verdampfungstemperatur an den Verdichtern. Dadurch sinkt gleichzeitig die Verdichterleistung und somit auch der EER (Kühlleistung im Verhältnis zum Stromverbrauch). Der Einfluss des Siedeverzugs auf die Leistung einer energieoptimierten Kälteerzeugung ist also entsprechend hoch.
Wie wird der Siedeverzug verhindert?
Der erste Schritt, um einen Siedeverzug effektiv zu verhindern, liegt darin, ihn überhaupt erst zu erkennen. Der plausibelste Weg ist die Erkennung der Flüssigkeitssäule durch eine Differenzdruckmessung, aber auch durch eine Flüssigkeitsdetektion in der Saugleitung des Verdampfers. Dabei kommt es darauf an, die Umwälzmenge des Kältemittels zum Verdampfer zu reduzieren, bis die Flüssigkeitssäule wieder abgebaut ist und ausschließlich der Verdampfer überflutet betrieben wird. Falls Sie eine ausführliche Beratung wünschen, melden Sie sich gerne bei unserem Team.
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Sicherheit: Welche Prüfungen werden Betreibern von Kälteanlagen abverlangt?
Betreiber von Kälteanlagen müssen den Arbeitsschutz sicherstellen: Eine sachverständige Person muss die Prüfungen nach § 15 Betriebssicherheitsverordnung (Aufstellungsprüfung), die Abnahme der Druckbehälter und der Schaltanlage durchführen. Diese Prüfungen gelten für alle Kälteanlagen – auch für die synthetischen Kältemittel. Die Druckbehälter müssen im wiederkehrenden Rhythmus einer Prüfung unterzogen werden, maximal in einem fünfjährigen Zyklus.
Kälteanlagen mit wassergefährdenden Stoffen wie Ammoniak müssen nach AwSV, dem Wasserrecht, von einem Sachverständigen nach AwSV geprüft werden. Dies betrifft unter Umständen auch Soleanlagen. In Wasserschutz- oder Überschwemmungsgebieten gelten verschärfte Regelungen. Die Prüfung nach AwSV muss wiederkehrend stattfinden, maximal in einem fünfjährigen Zyklus.
Für Rückkühlanlagen, welche Wasser verdunsten, sind Prüfungen und Überwachungsleistungen nach § 42 BImSchV vorgeschrieben – nach Einschätzung von Mitgliedern der Normenkommission für alle Anlagen, welche Wasser versprühen oder verrieseln.
Prüfungen nach § 29a Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) sind verpflichtend für Anlagen, die unter das Bundes-Immissionsschutzgesetz fallen. Dies kann auch Anlagen betreffen, welche als Nebenanlagen innerhalb eines genehmigungspflichtigen Betriebes betrieben werden. Hier schreibt die Behörde die Anforderungen an die Prüfungen vor – mindestens müssen diese alle fünf Jahre von einem Sachverständigen abgenommen werden. Die Prüfgrundlage hierfür ist die TRAS 110 für Ammoniakkälteanlagen beziehungsweise die Einschätzung des Sachverständigen.
Prüfgutachten eines Sachverständigen, so werden die Prüfberichte genannt, sind immer an die Person des Sachverständigen gebunden, niemals an eine Organisation. Deshalb spielen Vertrauen und Sachkompetenz eine entscheidende Rolle bei der Auswahl des Sachverständigen.
Jan H. Engeland arbeitet seit mehr als 20 Jahren in der Kälteindustrie und ist als Sachverständiger berechtigt, sicherheitstechnische Prüfungen anzubieten für
- 29a BImSchG
- AwSV
- 15 Betriebssicherheitsverordnung
- Prüfungen nach DGUV V3 für Schaltanlagen
Darüber hinaus ist Herr Engeland öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger für Kältetechnik der Ingenieurkammer Niedersachsen. Die Bezeichnung „Sachverständiger“ ist gesetzlich nicht geschützt – nur der „öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger“ ist gesetzlich geschützt, verlangt eine Prüfung vor einer Prüfungskommission der Kammer und sichert dem Auftraggeber Kompetenz und Unabhängigkeit.