Wärmepumpen 4

• Verdichter
• Wärmeübertrager
• Expansionsventil und Drosselorgane
• Regelung- und Abtaueinrichtung

• Rollkolben
• Scroll
• Hubkolben
• Schrauben
• Turbo

• Ein Verdichter ist eine Verdrängermaschine eingeteilt in
• Hubkolben
• Drehkolben (Schraube, Kreiskolben, Rollkolben, Drehschieber)
• Orbitierend (Scroll)

• 1 Ventilator
• 2 Verdampfer
• 3 Verdichter
• 4 Verflüssiger
• 5 Sammler
• 7 Schauglas
• 8 Expansionsventil

Verdichter: Einrichtung zur mechanischen Erhöhung des Druckes eines gasförmigen Kältemittels

Motorverdichter: Kombination aus Verdichter und E-Motor in einer Einheit

• Bestehend aus Verdichter + Elektromotor im selben Gehäuse (verschweißt)
• ohne Welle nach außen
• E-Motor arbeitet im Gemisch aus Öl und Kältemitteldampf
• Kühlung durch kaltes Sauggas
• Vorteile:
• geringer Platzbedarf
• Motorkühlung durch Kältemittel
• Dicht
• Flüssigkeitsschlagschutz durch Gehäuse

• Nachteile:
• nicht reparaturfähig
• Sauggasüberhitzung möglich
• Motorwicklung mit KM+Öl in Kontakt

• bestehend aus Verdichter und E-Motor im selben Gehäuse (Verschraubt)
• abnehmbarer Montagedeckel
• ohne Welle nach außen
• E-Motor arbeitet im Gemisch aus Öl und Kältemitteldampf
• Kühlung durch kaltes Sauggas
• Vorteile:
• Motorwicklung nicht in direktem Kontakt mit KM+Öl
• Reparaturfreundlich
• Leistungsregelung
• keine Sauggasüberhitzung

• Nachteile:
• Gleitringdichtung
• Wartungsintensiv (Keilriemen)
• Schlupf ca. 4%

• Antriebswelle des Verdichters durch Kältemitteldichtes Gehäuse geführt
• Welle durch Stopfbuchse gedichtet
• E-Motor separat und durch Lüfter gekühlt
• Vorteile:
• Kompressor und Antrieb in demontierbaren Gehäuse
• Mehr Reparaturmöglichkeiten
• Platzsparend
• keine Gleitringdichtung
• keine Wartung

• Nachteile:
• Möglichkeit von Undichtigkeiten (vor allem bei schlechter Lagerung --> Schwingung im Betrieb)

• Hubkolben: 10-1.000.000 W
• Rollkolben: 500-40.000 W
• Scroll: 1.000-100.000 W
• Schraube: 30.000-3.000.000 W
• Turbo: 50.000 -10.000.000 W

• Unempfindlich gegen Zustand des Kältemitteldampfs
• Bei Lastschwankungen kein Aufschäumen des Öls
• Schutz gegen zu hohe Verdichterendtemperaturen und gegen Überwärmung des Motors
• möglichst verlustlose Leistungsregelung
• möglichst geringe Wärmeabgabe an Umgebung
• wartungsfreier Betrieb > 25.000 h (3-5 Jahre)

• Lebensdauer >10 Jahre
• hohe Widerstandsfähigkeit gegen Flüssigkeiten
• Toleranz bei Mangelschmierung
• hohe Eigensicherheit
• geringe Abmessungen
• niedriges Gewicht
• Eignung für alle Kältemittel (meist durch Varianten der Verdichter)
• Breitbandige Leistungsregelbarkeit
• Geräuscharm
• Eignung Verbundsysteme
• hohe Dichtigkeit

• A exzentrisch gelagerter Rotor
• B Saugleitung
• C Druckleitung
• D Gehäuse
• E Spannfeder
• F Trennschieber

• Vorteile:
• hohe Effizienz
• großer Leistunsbereich
• Vibrationsarmer Lauf
• Geräuscharm
• Kostengünstig
• kompakte Bauform
• lange Lebensdauer

• Druckraumprinzip
• komprimierter Dampf im Verdichtergehäuse
• gute Ölabscheidung
• Saugdruckseite direkt mit Stutzen zur Gehäuseaußenseite
• Flüssigkeitsabscheider saugseitig

• Kleine Baumaße
• wenig Bauteile
• keine Arbeitsventile
• hoher Liefergrad (5-50m^3/h)
• hohe Drehzahl bei ruhigem Lauf
• unempfindlich gegen Flüssigkeitsschläge
• einfache Schmierung

• 2 Evolvenspiralen (feste+ orbitierende) bilden mehrerer Sichelförmige Gastaschen
• Gastaschen verschieben sich von außen nach innen
• Volumenabnahme und Verdichtung
• Verdichtung in mehreren Taschen gleichzeitig
• jeweils 2 Taschen mit gleichem Druck gegenüberliegend
• gleichmäßiger nahezu kontinuierlicher Verdichtungsprozess

• hohe Betriebssicherheit
• Kältemittelgas aus Gehäuse angesaugt
• Restverdampfung von ggf noch flüssigem KM
• Hubvolumen 2-15 cm^3

• 2 schrägverzahnte Rotoren
• einer von beiden angetrieben
• Rotoren eng umschlossen
• Ein- und Auslassfenster im Gehäuse

• Eigenschaften:
• gleichmäßige Förderung
• keine freien Massenkräfte
• großer Liefergrad
• keine Saug-/Druckseitigen Arbeitsventile
• liegende Anordnung
• Volumenstrom 40-5000m^3/h

• Vorteile:
• ruhiger Lauf bei hohen Drehzahlen
• 1/7 bis 1/13 Gewicht eines vergleichbaren Hubkolbenverdichters
• einfacher, robuster Aufbau
• gute Regelbarkeit

• Nachteile:
• schlechter Wirkungsgrad wegen innerer Undichtigkeit (Schlupf) und hoher Strömungsgeschwindigkeit
• empfindliche Läuferlagerung
• Lärmentwicklung
• teure und komplizierte Rotorherstellung

• rechts: Leitrad
• -->Veränderung des Dralls und der Strömungsgeschwindigkeit
• --> um Verdichter bzw. Laufrad im gewünschten Bereich zu betreiben

Strömungsmaschine

• in 2 Magnetfeldlagern kontaktlos geführte Welle
• Ölfreier Verdichter
• Kälteleistung: 50-2400kW

• Zweistufiges Laufrad:
• hintereinanderschaltung der Dichtung
• große axiale Krafteinwirkung auf Lager

• Radialverdichter:
• Drehzahl 4000-25000 1/min
• Saugvolumenstrom: 500-50000 m^3/h

Druckverhältnis: 4-4,5 (viel kleiner als bei anderen Verdichtern)

• Betrieb des Laufrades:
• nicht jenseits der Pumpgrenze
• --> instabiler Betrieb
• --> Druckstöße im Verdichtungsprozess
• --> Fliehkräfte zu hoch
• nicht jenseits der Schluckgrenze

• T-Aufheizungsgrad Sauggas
• i-indizierter Liefergrad
• p-Druckverlustgrad
• d-innerer Dichtheitsgrad

• d-Zylinderdurchmesser
• s-Kolbenhub
• n-Drehzahl
• z-Zylinderanzahl

• i-innere Gütegrad
• m-mechanischer Gütegrad
• el-elektrische Gütegrad
• d-Dichtheitsgütegrad

• in allen Fällen diskontinuierliche Verdichtung
• -->kompensierbar über Drehzahl

• bei Luft/Luft
•   bei Wasser/Wasser

• Rohrbündelverdampfer
• Doppelrohr-koaxial-Verdampfer k=450-700 W/(m^2 K) w(H2O)=1-1,5m/s
• Plattenverdampfer
• Lamellenrohrverdampfer k=9-25 W/(m^2 K)

• Rohrbündelverflüssiger k=600-1200 W/(m^2 K) 
• Doppelrohr-koaxial-Verflüssiger k=500-800 W/(m^2 K) ; w(H2O)=0,5-2 m/s
• Plattenverflüssiger

• immer auf Luftseite
• Erhöhung der Turbulenz
• Anzahl der Rohre
• Lamellenform

versetzte Rohrsysteme haben besseren Wärmeübergang (weniger Fläche für gleiches Ergebnis benötigt)

• Trockenexpansion: Verdampfung in den Rohren
• Überflutet: Verdampfung außen an den Rohren
• Kondensation außen an den Rohren

• WKE Verdampfer: Kältemittel im Kernrohr, Wasser im Ringraum

WKC-Verflüssiger: Kältemittel im Ringraum, Wasser im Kernrohr

Kaskadierungg und damit Leistungsmodulation einfach umsetzbar

• Verdampfung mit und ohne Verdampfer:
• je größer Plattenpaket desto anspruchsvoller Navigation des Kältemittels
• -->ungleichmäßige Verteilung von Kältemittel
• -->Leistungsvorgaben werden nicht erreicht

• 1 Verdichter
• 2 Regler
• 3 4-Wege-Ventil
• 4 Temperaturfühler
• 5 Drucksensor
• 6 Druckschalter
• 7 Verdampfer
• 8 Verflüssiger
• 9 Temperaturfühler
• 10 Expansionsorgan
• 11 Schauglas
• 12 Filtertrockner für Flüssigkeitsleitungen

• Filtern fester Bestandteile durch Verschleiß, thermische Überlastung des Öls, Korrosion
• Entfernung von Feuchtigkeit aus dem Kreislauf (eingebracht durch Montage (->normalerweise wird vakuumiert), Diffusion an Schläuchen und Dichtungen
• EInbau in Flüssigkeitsleitung vor Entspannungsorgan
• Entfernung von Schadstoffen (Feuchtigkeit) durch Adsorption (Zeolith, Silica Gel+aktiviertes Alu)
• Kapazitätsgrenze durch Schauglas feststellbar

• Kontrolle ausreichender Füllmenge (Blasenfrei)
• Kontrolle von Feuchtigkeit
• Puffergefäße, die nicht benötigtes Kältemittel speichern und bei Bedarf freigeben:
• -->Abscheider (Niederdruckvariante)
• -->Sammler (Hochdruckvariante)

• Verdichterdrehzahl
• Verdichtereffizienz
• Expansionsventil-Öffnung
• Größer Verdampfer
• Größe Kondensator

Freigabe oder Blockierung eines Medienstroms

• Regelung des Kältekreislaufes

• Kleinere Überhitzung einstellbar (2-3 K)
• ideale Überhitzung auch bei Teillastbetrieb
• geringere Verdichterarbeit
• geringerer Verflüssigungsdruck

• Umkehrung zwischen Heizen und Kühlen
• -->Prozess ist umkehrbar
• -->Für Abtauung interessant

Vermeidung von unerwünschter Kältemittelrückströmung

Verflüssigungsdruckregler: Bei Luftbeaufschlagten Verflüssiger, sorgt für konstanten und ausreichend hohen Verflüssigungs- und Sammlerdruck

Verdampfungsdruckregler: Anwendung bei Anlagen mit mehreren Verdampfern mit unterschiedlichen Drücken

Startregler: Einbau vor Verdichter, Verhinderung zu hoher Saugdrücke, Schützt Verdichter beim Anlaufen

• Schutz gegen zu hohen und zu niedrigen Druck bei Verdichtern
• Druckwächter: Öffnung des Stromkreises, wenn Druck zu hoch/niedrig, Selbstständige Schließung des Stromkreises

Druckbegrenzer: Öffnung des Stromkreises, wenn Druck zu hoch/niedrig, Manueller Reset zum wiedereinschalten

Sicherheitsdruckbegrenzer: Öffnung des Stromkreises wenn Druck zu hoch/niedrig, Manueller Reset mit Werkzeug notwendig

Aussetzbetrieb: nur noch bei Sole/Wasser-WP

• mechanische Leistungsregelung:
• -->Hubkolben: Ventilabhebung, interner Bypass, Hubverstellung, Absperrung Saugkanal
• -->Schraube: interner Bypass, Regelschieber
• -->Scroll: interner Bypass, Abheben der Spiralen

Drehzahlregelung: Polumschaltbarer Motor, Regelgetriebe, Frequenzumrichter (Pulsweitenmodulation)

• zeitweises Abschalten des Verdichters
• bei Parallelschaltung mehrerer Verdichter, Abschalten einzelner Verdichter

• Drehzahlregelung
• Volumenstromregelung durch Steuerschieber

• Drehzahlregelung
• Drosselregelung (Klappe in Saugleitung)
• Drallregelung (durch Leitschaufeln)
• Bypassregelung(zwischen Druck- und Saugstutzen)

• Drehzahlregelung (Massenstrom ~ Drehzahl) durch Polumschaltung, durch Frequenzumformer
• Saugventilabhebung bei >2 Zylindern
• Saugdruckregelung oder Absperrung Saugleitung

• 1)stufenlose Drehzahlregelung von Drehstrom-Asynchron-Motoren
• -->stufenlose Leistungsregelung
• -->Leistungserhöhung durch Betrieb oberhalb Synchron-Betrieb

• 2) Sanftanlauf
• -->deutliche Reduzierung des Anlaufstroms bei vollem Drehmoment
• -->reduzierte mechanische Belastung
• -->verminderte Gefahr von Öl- und Flüssigkeitsschlägen

• Bypassregelung

• Saugdruckregelung:

direkte oder indirekte Beheizung des Verdampfers

• Umschalten auf Kühlbetrieb (Kreislaufumkehr): Abtauen durch heißen Kältemitteldampf
• -->ausreichend Wärmekapazität auf Heizseite benötigt um einfrieren der Heizung zu verhindern
• -->ausreichend Wasser im Heiznetz benötigt

Heißgasbypassabtauung (geringere Heizleistung)

Wasserberieselung (nur sinnvoll mit warmen Abwasser)

Weil Außenfläche des Verdampfers immer kälter als Außenluft ist

Nein, eine leichte Bereifung erhöht den Wärmeübergang

• Zeitschaltwerke (nicht gut, früher)
• Luftwiderstandsmessung (Druckverlust) -->Verschmutzung trägt auch dazu bei :(
• Temperaturdifferenzmessung zwischen Luft und Verdampferoberfläche -->bei Bereifung nimmt Temperaturdifferenz zu -->bewährtes Verfahren
• Messung Leistungsaufnahme Ventilator
• Verdampfungsdruckmessung