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22 KI Kälte · Luft · Klimatechnik · 8-9 2012 www.ki-portal.de WISSENSCHAFT KäLTETECHNIK/CO 2 -KäLTEANLAGEN Schlüsserwörter: CO 2 , transkritischer Kreislauf, Kältezahl, Unterkühlung CO 2 als Kältemittel wird neben hohen Drücken noch durch eine niedrige Käl- tezahl im transkritischen Betrieb be- nachteiligt. Künstliche Unterkühlung des aus dem Gaskühler austretenden Gases durch eine zusätzliche Kälteanla- ge erhöht deutlich die Kältezahl (bis um 70 % bei der CO 2 -Gaskühleraustritts- temperatur von 50 °C), was den Einsatz in heißen Regionen ermöglichen oder wirtschaftlicher machen kann. Transcritical CO 2 refrigerating plant with mechanical subcooling Keywords: Carbon dioxide, transcritical cycle, EER, subcooling CO 2 as a refrigerant is disadvantaged next to high pressures also by low ef- ficiency in transcritical operation. Me- chanical subcooling of refrigerant lea- ving the gas cooler through an additio- nal refrigerating system significantly in- creases the efficiency (by up to 70 % at CO 2 gas cooler outlet temperature of 50 ° C), which can enable use in hot re- gions or make it more efficient. Einleitung Nach dem Ausstieg aus der Nutzung von chlorierten Kältemitteln (CFC und HCFC), die mehr oder weniger die Ozonschicht zerstören, hat sich erwiesen, dass die neu eingeführten fluorierten Kältemittel (HFC) einen hohen Treibhauseffekt (GWP) aufweisen. Die damit ausgelöste neuerliche Suche nach umweltfreundli- chen Kältemitteln hat die natürlichen Stoffe wieder in den Vordergrund ge- rückt. Neben dem in der Industrie seit langem verwendeten Ammoniak hat sich in den letzten Jahren auch Kohlendi- oxid für den Einsatz im Bereich der Ge- werbekälteerzeugung durchgesetzt. Bei- spielhaft sei hier die Carrier Kältetechnik erwähnt, die in den letzten Jahren mehr als 1000 überkritische CO 2 -Kälteanlagen europaweit installiert und in Betrieb ge- nommen hat [2]. Stand der Technik Aufgrund der hohen Drücke und der rela- tiv niedrigen kritischen Temperatur von CO 2 (31,05 °C) haben sich in den letzten Jahren zwei CO 2 -Systeme etabliert: Kaskadensysteme mit CO 2 nur im Tief- kältekreis und/oder als Wärmeträger bei Normalkälte, wobei ein weiteres Kältemittel für den Normalkältekreis benötigt wird; transkritische Anlagen. In diesem Beitrag werden transkritische Anlagen untersucht. Das Schema einer transkritischen CO 2 -Kälteanlage ist in Abb. 1 gezeigt. Im transkritischen Bereich existiert keine Abhängigkeit zwischen dem Gasdruck und der Gastemperatur, sodass bei der Leistungsregelung des Gaskühlers ledig- lich die Gasaustrittstemperatur beein- flusst wird und nicht der Gasdruck. Die- ser wird in transkritischen Kreisläufen vom Drosselventil bestimmt, das somit in DX-Kälteanlagen zwei Aufgaben hät- te: neben der Regelung der Kältemitte- leinspritzung in den Verdampfer wie bei herkömmlichen (unterkritischen) Kälte- anlagen noch die Haltung des ge- wünschten Hochdrucks. Daher erfolgt die Entspannung üblicherweise in zwei Stufen mit nur einer Regelaufgabe je Drosselventil: das erste stellt den Hoch- druck ein und das zweite reguliert die Kältemittel-einspritzung in den Ver- dampfer. Da bei Mitteldruck keine wärmetech- nischen Prozesse ablaufen, lässt sich ab- leiten, dass die thermodynamische Be- rechnung dem Kältekreislauf mit einer einstufigen Entspannung entspricht, der im Diagramm log(p)-h in Abb. 1 rot ein- gezeichnet ist, einschließlich der Veran- schaulichung der spezifischen Kälteleis- tung q o und der spezifischen isentropen Arbeit a ie . Somit gilt z.B. für die Kältezahl des Kreislaufs: (1) und jene einer realen Kälteanlage mit dem Verdichter mit dem isentropen Wir- kungsgrad η ie : (2) Es ist allgemein bekannt, dass die Käl- tezahl bei transkritischem Betrieb so- wohl von der Gaskühleraustrittstempe- ratur (t 3 ), als auch vom Hochdruck (p 2 ) abhängt. Bei einer festen Gaskühleraus- trittstemperatur, die von der Umge- bungstemperatur bestimmt wird, nimmt die Kältezahl mit zunehmendem Hoch- druck zunächst zu, bis bei einem Druck der maximale Wert erreicht wird. Dann sinkt sie wieder ab [1]. Der Hochdruck, bei dem die maximale Kältezahl erreicht wird, wird im Weiteren als optimaler Hochdruck bezeichnet. Er ist nicht kons- tant, jedoch von der Gasaustrittstempe- ratur abhängig [1]. Diese Tatschache wird in Abb. 2a am Beispiel der CO 2 -Kälteanlage mit einem Verdichter Bitzer Typ 4FTC-30K-40P und der Verdampfungstemperatur von -10 °C veranschaulicht. Im Teil 2a ist der Verlauf der Kältezahl in Abhängigkeit vom Hochdruck (Achse X) für unter- schiedliche Gasaustrittstemperaturen dargestellt. Im Teil 2b sind die jeweils maximal erreichten Kältezahlen und der ihnen entsprechende (optimale) Hoch- druck über dem untersuchten Gasaus- trittstemperaturbereich nochmals zu- sammengefasst. Die Berechnungen wurden durch den Druck von 120 bar Transkritische CO 2 -Kälteanlagen mit künstlicher Unterkühlung Autor Ing. Miroslav Petrák, Ph.D., Güntner AG & Co. KG, Representative Office CZ Praha, Czech Republic

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WISSENSCHAFT KälTETECHNIK/CO2-KälTEANlAgEN

Schlüsserwörter: CO2, transkritischer Kreislauf, Kältezahl, Unterkühlung

CO2 als Kältemittel wird neben hohen Drücken noch durch eine niedrige Käl-tezahl im transkritischen Betrieb be-nachteiligt. Künstliche Unterkühlung des aus dem Gaskühler austretenden Gases durch eine zusätzliche Kälteanla-ge erhöht deutlich die Kältezahl (bis um 70 % bei der CO2-Gaskühleraustritts-temperatur von 50 °C), was den Einsatz in heißen Regionen ermöglichen oder wirtschaftlicher machen kann.

Transcritical CO2 refrigerating plant with mechanical subcoolingKeywords: Carbon dioxide, transcritical cycle, EER, subcooling

CO2 as a refrigerant is disadvantaged next to high pressures also by low ef-ficiency in transcritical operation. Me-chanical subcooling of refrigerant lea-ving the gas cooler through an additio-nal refrigerating system significantly in-creases the efficiency (by up to 70 % at CO2 gas cooler outlet temperature of 50 ° C), which can enable use in hot re-gions or make it more efficient.

EinleitungNach dem Ausstieg aus der Nutzung von chlorierten Kältemitteln (CFC und HCFC), die mehr oder weniger die Ozonschicht zerstören, hat sich erwiesen, dass die neu eingeführten fluorierten Kältemittel (HFC) einen hohen Treibhauseffekt (GWP) aufweisen. Die damit ausgelöste neuerliche Suche nach umweltfreundli-chen Kältemitteln hat die natürlichen Stoffe wieder in den Vordergrund ge-rückt. Neben dem in der Industrie seit langem verwendeten Ammoniak hat sich in den letzten Jahren auch Kohlendi-oxid für den Einsatz im Bereich der Ge-werbekälteerzeugung durchgesetzt. Bei-spielhaft sei hier die Carrier Kältetechnik erwähnt, die in den letzten Jahren mehr als 1000 überkritische CO2-Kälteanlagen europaweit installiert und in Betrieb ge-nommen hat [2]. Stand der TechnikAufgrund der hohen Drücke und der rela-tiv niedrigen kritischen Temperatur von CO2 (31,05 °C) haben sich in den letzten Jahren zwei CO2-Systeme etabliert:

■ Kaskadensysteme mit CO2 nur im Tief-kältekreis und/oder als Wärmeträger bei Normalkälte, wobei ein weiteres Kältemittel für den Normalkältekreis benötigt wird;

■ transkritische Anlagen.In diesem Beitrag werden transkritische Anlagen untersucht.

Das Schema einer transkritischen CO2-Kälteanlage ist in Abb. 1 gezeigt. Im transkritischen Bereich existiert keine Abhängigkeit zwischen dem Gasdruck und der Gastemperatur, sodass bei der Leistungsregelung des Gaskühlers ledig-lich die Gasaustrittstemperatur beein-flusst wird und nicht der Gasdruck. Die-ser wird in transkritischen Kreisläufen vom Drosselventil bestimmt, das somit in DX-Kälteanlagen zwei Aufgaben hät-te: neben der Regelung der Kältemitte-leinspritzung in den Verdampfer wie bei herkömmlichen (unterkritischen) Kälte-anlagen noch die Haltung des ge-wünschten Hochdrucks. Daher erfolgt die Entspannung üblicherweise in zwei Stufen mit nur einer Regelaufgabe je Drosselventil: das erste stellt den Hoch-druck ein und das zweite reguliert die

Kältemittel-einspritzung in den Ver-dampfer.

Da bei Mitteldruck keine wärmetech-nischen Prozesse ablaufen, lässt sich ab-leiten, dass die thermodynamische Be-rechnung dem Kältekreislauf mit einer einstufigen Entspannung entspricht, der im Diagramm log(p)-h in Abb. 1 rot ein-gezeichnet ist, einschließlich der Veran-schaulichung der spezifischen Kälteleis-tung qo und der spezifischen isentropen Arbeit aie. Somit gilt z.B. für die Kältezahl des Kreislaufs: (1)

und jene einer realen Kälteanlage mit dem Verdichter mit dem isentropen Wir-kungsgrad ηie:

(2)

Es ist allgemein bekannt, dass die Käl-tezahl bei transkritischem Betrieb so-wohl von der Gaskühleraustrittstempe-ratur (t3), als auch vom Hochdruck (p2) abhängt. Bei einer festen Gaskühleraus-trittstemperatur, die von der Umge-bungstemperatur bestimmt wird, nimmt die Kältezahl mit zunehmendem Hoch-druck zunächst zu, bis bei einem Druck der maximale Wert erreicht wird. Dann sinkt sie wieder ab [1]. Der Hochdruck, bei dem die maximale Kältezahl erreicht wird, wird im Weiteren als optimaler Hochdruck bezeichnet. Er ist nicht kons-tant, jedoch von der Gasaustrittstempe-ratur abhängig [1].

Diese Tatschache wird in Abb. 2a am Beispiel der CO2-Kälteanlage mit einem Verdichter Bitzer Typ 4FTC-30K-40P und der Verdampfungstemperatur von -10 °C veranschaulicht. Im Teil 2a ist der Verlauf der Kältezahl in Abhängigkeit vom Hochdruck (Achse X) für unter-schiedliche Gasaustrittstemperaturen dargestellt. Im Teil 2b sind die jeweils maximal erreichten Kältezahlen und der ihnen entsprechende (optimale) Hoch-druck über dem untersuchten Gasaus-trittstemperaturbereich nochmals zu-sammengefasst. Die Berechnungen wurden durch den Druck von 120 bar

Transkritische CO2-Kälteanlagen mit künstlicher Unterkühlung

AutorIng. Miroslav Petrák, Ph.D., Güntner AG & Co. KG, Representative Office CZPraha, Czech Republic

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begrenzt, auf den die meisten Kompo-nenten limitiert sind. Andernfalls würde der optimale Hochdruck bei hohen Gasaustrittstemperaturen weiter konti-nuierlich ansteigen. Um die Anlage wirtschaftlich zu betreiben, muss der Hochdruck ständig an diesen optimalen Hochdruck angepasst werden.

Künstliche UnterkühlungDie künstliche Unterkühlung des aus dem Kondensator kommenden Kältemit-tels durch eine andere zusätzliche Kälte-anlage ist eine allgemein bekannte Me-thode zur Steigerung der Kältezahl [4]. Unter Unterkühlung wird im Weiteren bei transkritischen Kreisläufen die Errei-chung einer niedrigeren Kältemitteltem-peratur verstanden, als im Gaskühler durch Wärmeabgabe an die Umgebung möglich wäre.

Das Schema der Anlage ist in Abb. 3 gezeigt. Im CO2-Kreislauf wird ein wei-terer Wärmetauscher zur Abkühlung des CO2 hinter den Gaskühler geschal-tet, in dem CO2 durch das auf der se-

kundären Seite des Wärmetauschers verdampfende Kältemittel abgekühlt wird. Der Wärmetauscher ist also der Verdampfer der zusätzlichen Kältean-lage, die im Weiteren als Unterküh-lungskälteanlage bezeichnet wird. Alle zu dieser Anlage gehörenden Daten und Variablen werden mit einem Strich gekennzeichnet (z.B. P, tk , to usw.). Die Verdampfungstemperatur der Unter-kühlungskälteanlage ist niedriger als die CO2-Unterkühlungstemperatur to < t4 , und ihre Kälteleistung ist gleich der Unterkühlungsleistung des CO2-Kreis-laufs

(3)

Es lässt sich voraussetzen, dass die Un-terkühlung den optimalen Hochdruck beeinflusst. Es muss also eine kom-plett neue Optimierung durchgeführt werden, wobei die maximale Kältezahl nicht von zwei, sondern von drei Varia-beln abhängt: der CO2-Gasaustritts-temperatur (t3), dem Hochdruck (p2)

und der CO2-Unterkühlungstempera-tur (t4).

Für die Kältezahl der kompletten An-lage mit künstlicher Unterkühlung durch eine zusätzliche mit der Kältezahl betriebene Unterkühlungskälteanlage gilt

(4)Es ist sichtbar, dass durch die Kälte-

zahl viele weiteren Größen (Varia-beln) der Unterkühlungskälteanlage in die Berechnungen einfließen, z.B. deren Verdampfungs- und Verflüssigungstem-peraturen, die durch die Auswahl der Wärmeatauscher bzw. ihren Temperatur-differenzen bestimmt werden, und deren Kältemittel. Dies würde zu einer weitge-hend komplexen Optimierung mit zahl-reichen Parametern führen. Um die An-zahl der Berechnungen in Grenzen zu halten und die Ergebnisse noch über-sichtlich präsentieren zu können, wur-den bei Berechnungen folgende Voraus-setzungen für die Unterkühlungskälte-anlage getroffen:

■ die Verdampfungstemperatur liegt um 5 K unter der CO2-Unterkühlungs-temperatur t4: ;

■ die Verflüssigungstemperatur liegt um 10 K über der Umgebungstempe-ratur: ;

■ Einsatz des Kältemittels R134a; ■ isentroper Wirkungsgrad des Verdich-

ters .Je niedriger die CO2-Unterkühlungstem-peratur (t4) ist, d.h. je größer die künstli-che Unterkühlung ist, desto bessere Para-meter weist der CO2-Kreislauf auf. Desto mehr Energie benötigt hingegen die ex-terne Unterkühlungskälteanlage, sowohl

Herkömmliche Schaltung einer transkritischen CO2-Kälteanlage

1

Parameter einer CO2-Kälteanlage mit dem Verdichter Bitzer 4FTC-30K-40P: a) Kältezahl; b) maximal erreichte Kältezahl und optimaler Hochdruck

2a 2b

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–10 °C; ■ verwendeter Verdichter Bitzer Typ

4FTC-30K-40P; ■ Hochdruck p2 im Bereich von 75 bar

(Einschränkung nur auf den trans-kritischen Bereich) bis maximal 120 bar.

ErgebnisseIn Abb. 4a bis 4d sind die Kältezahlen der kompletten Kälteanlage für die vier Un-terkühlungstemperaturen dargestellt. Im Vergleich zur Anlage ohne Unterkühlung

aufgrund der sinkenden Verdampfungs-temperatur als auch wegen der anstei-genden übertragenen Unterkühlungsleis-tung. Für die Berechnungen wird sie folg-lich im breiteren Bereich um 5 K skaliert:

■ CO2-Untekühlungstemperatur t4 = 25, 20, 15 und 10 °C.

Weitere Voraussetzungen für den CO2-Kreislauf sind:

■ CO2-Gasaustrittstemperatur aus dem Gaskühler t3 liegt um 5 K über der Umgebungstemperatur t3 = tLuft + 5 ;

■ feste Verdampfungstemperatur to =

CO2-Kälteanlage mit künstlicher Unterkühlung

3

Kältezahl der CO2-Kälteanlage mit künstlicher Unterkühlung auf: a) 25 °C; b) 20 °C; c) 15 °C; d) 10 °C. (Verdichter Bitzer 4FTC-30K-40P)

4a

4c

4b

4d

(Abb. 2a), sind nicht nur die Werte ange-stiegen, sondern auch die Linien verlaufen flacher. Speziell bei hohen Gasaustritts-temperaturen aus dem Gaskühler gibt es nur einen geringfügigen Unterschied in der Kältezahl über den dargestellten Hochdruckbereich. Augenfällig ist auch der Anstieg der Kennlinien von zuneh-mender Gasaustrittstemperatur bei nied-rigen Drücken, so dass bei hohen Gasaus-trittstemperaturen der maximale Kälte-zahlwert bereits bei niedrigem Druck von 75 bar erreicht wird.

In Abb. 5 sind die jeweils maximalen Leistungszahlen aller vier Unterküh-lungsvarianten zusammengefasst und jenen der normalen Kälteanlage ohne Unterkühlung (übernommen aus Abb. 2b) gegenüber gestellt. Die Kältezahlen aller Unterkühlungsvarianten liegen sehr nahe beieinander, jedoch erkennt man, dass bei niedrigen Gasaustrittstempera-turen (bis ca. 40 °C) die geringe Unter-kühlung auf 25 °C etwas schlechter ist als die drei restlichen. Bei hohen Gasaus-trittstemperaturen über 40 °C sind hin-gegen die großen Unterkühlungen auf 10 und 15 °C schlechter, wobei die Unter-kühlungstemperatur von 10 °C am „schlechtesten“ ist. Somit scheint die Unterkühlungstemperatur von 20 °C energetisch optimal zu sein, da sie im gesamten Bereich der Gasaustrittstem-peratur die höchsten Kältezahlen ge-währleistet.

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trittsenthalpie h3 größer als die Enthalpie h1’ ist (h3 > h1’). Dann müsste die Unter-kühlungsanlage sogar eine größere Kälte-leistung als die CO2-Kälteanlage besitzen. Deshalb wird in der Praxis auf kleine Drü-cke von 75 bar gemäß Abb. 7 verzichtet und die CO2-Kälteanlage mit höheren Drü-cken (etwa dem Verlauf für die Unterküh-lungstemperatur von 10 °C) betrieben – auch wenn dies nach Abb. 4 nur mit einer geringfügigen Verschlechterung der Wirt-schaftlichkeit verbunden ist, um die Größe der Unterkühlungsanlage möglichst klein zu halten.

Aus den genannten Gründen kann man in Praxis nur eine moderate Unter-kühlung auf etwa 25 oder 20 °C erwar-ten. Deshalb wurde auch auf die Angabe von für die Unterkühlungstempe-ratur von 10 °C verzichtet.

ZusammenfassungNach den bisherigen Erkenntnissen und Erfahrungen mit der CO2-Technik sind CO2-Kälteanlagen im Vergleich zu herkömmlichen Kälteanlagen mit HFC-Kältemitteln wirtschaftlicher bei un-terkritischem Betrieb, bei transkriti-

lungstemperatur von 10 °C nicht mehr erscheint. Die Berechnungen begannen ab 75 bar – daraus folgt auch, dass der optimale Hochdruck bei einem noch niedrigen Wert liegen könnte. Dies konn-te jedoch nicht erfasst werden. Gleiches gilt auch für die Werte bei der Gasaus-trittstemperatur um 30 °C.

Schließlich wird noch die erforderliche Größe der zusätzlichen externen Unter-kühlungskälteanlage untersucht. Neben der Wirtschaftlichkeit sind auch die Be-schaffungskosten von großer Bedeu-tung. Die Anlagengröße wird durch ihre Kälteleistung definiert, die nach Glei-chung (3) der Unterkühlungsleistung des CO2-Kreislaufs entspricht. In den Tab. 1a bis 1c ist die Unterkühlungsleistung auf die Kälteleistung der gesamten Anlage (des CO2-Kreislaufs) bezogen. Beispiels-weise bedeutet der Wert 1, dass die Un-terkühlungsanlage eine gleich große Käl-teleistung wie die primäre CO2-Kältena-lage aufweisen müsste, d.h. im Gasküh-ler würde nur die Verdichtungsenergie der CO2-Verdichter abgeführt. Den Gas-kühler könnte man dennoch nicht auf kleinere Leistung auslegen, denn man möchte ebenfalls unterkritisch arbei-ten können (vom Herbst bis Frühling). In diesem Falle wird der Gaskühler mit voller Last belastet.

Aus den Tabellen ist ersichtlich, dass dies bei niedrigen Drücken der Fall ist, vor allem in Kombi-nation mit hohen Gasaustrittstempe-raturen. Ein Wert größer als 1 bedeu-tet, dass die Gasaus-

In Abb. 6 ist die relative Verbesserung der Kältezahl gegenüber der transkriti-schen CO2-Kälteanlage ohne die künstli-che Unterkühlung dargestellt. Sie wurde als Basis mit 100 % für jede Gasaustritts-temperatur angenommen. Die Verbesse-rung nimmt von ca. 20 % bei der Gasaus-trittstemperatur von 30 °C bis zu 70 % bei der Gasaustrittstemperatur von 50 °C zu.

Rückschlüsse über die Auswirkung der Unterkühlung auf den optimalen Hochdruck lässt Abb. 7 zu. Der optimale Hochdruck für die Kälteanlage ohne die Unterkühlung ist aus Abb. 2b übernom-men (blaue Farbe). Der optimale Hoch-druck nimmt auch bei der künstlichen Unterkühlung mit der zunehmenden Gasaustrittstemperatur zunächst zu, je-doch nicht so stark wie ohne Unterküh-lung. Dadurch ergibt sich eine Druck-senkung bei der Gasaustrittstemperatur von 35 °C um ca. 5 bar, bei 40 °C um fast 10 bar und bei 45 °C bereits um ca. 15 bar. In diesem zunehmenden Bereich verhält sich der optimale Hochdruck nahezu unabhängig von der Unterküh-lungstemperatur.

Durch das in Abb. 4 beschriebene Phä-nomen erscheint bei einer gewissen Gasaustrittstemperatur die maximale Kältezahl bei niedrigem Druckwert, was durch den Sprung auf 75 bar angedeutet ist. Dieser dargestellte kontinuierliche Senkungsverlauf ergibt sich aus schritt-weisen Berechnungen um 1 K. Tatsäch-lich liegt innerhalb eines 1-K-Schrittes ein Grenzpunkt, bei dem das Maximum bei niedrigem Druck auftritt und die Kennlinie schrittweise abfallen würde. Man erkennt, dass dieser Sprung mit zu-nehmender Unterkühlung (auf niedrige-ren Unterkühlungstemperaturen) bei immer höheren Gasaustrittstemperatu-ren auftritt, wobei er bei der Unterküh-

Maximal erreichbare Kältezahl

5

Verbesserung der Kältezahl durch künstliche Unterkühlung

6

Optimaler Hochdruck der CO2-Kälteanlage

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schen Betrieb verhält es sich demge-genüber umgekehrt [2]. Der Einsatz transkritischer CO2-Kälteanlagen er-weist sich daher nur in klimatisch käl-teren Gebieten mit einer relativ kurzen Zeitperiode im transkritischen Betrieb als sinnvoll. Nach Carrier Kältetechnik handelt es um Regionen mit einer durchschnittlichen jährlichen Lufttem-peratur bis 15 °C [3].

Die künstliche Unterkühlung durch eine externe Kälteanlage steigert die Käl-tezahl der Anlage im transkritischen Be-trieb deutlich und kann einen energe-tisch sinnvollen Einsatz transkritischer CO2-Kälteanlagen auch in wärmeren Re-gionen (z.B. Südeuropa) ermöglichen. Um die Größe der zusätzlichen Unter-kühlungskälteanlage in Grenzen zu hal-ten, wird es sich eher um eine moderate Unterkühlung (auf ca. 25 °C, maximal 20 °C) handeln.

Die Unterkühlungskälteanlagen können in kompakter Bauweise für eine Dachauf-stellung ausgeführt werden, in denen auch Kältemittel, die ansonsten wegen ihrer Ex-plosivität, Giftigkeit oder anderer Eigen-schaften nicht im Bereich der Erzeugung von Gewerbekälte eingesetzt würden, wie z.B. Propan, Ammoniak. Somit könnten wiederum HFC-freie Kälteanlagen instal-liert werden.

Symbolea (J.kg-1) spezifische ArbeitEER (1) Kältezahl (Energy Efficiency Ratio)h (J.kg-1) Enthalpiep (Pa) DruckP (W) Leistungsaufnahmeq (J.kg-1) spezifische Wärme

(W) Wärmeleistungs (J.kg-1.K-1) Entropie t (°C) Temperaturη (1) Wirkungsgrad

Untere Indizes:ie isentropk Verflüssigungo Verdampfungu Unterkühlung1,2,3,… Zustand

Obere Indizes: ■ Unterkühlungskälteanlage

literatur[1] Liao, S., Jakobsen, A.: Optimal Heat Rejec-

tion Pressure In Transcritical Carbon Dioxide Air Conditioning And Heat Pump Systems. Natural Working Fluids ‚98. IIR-Gustav Lo-renzen Conference, Oslo, 1998. ISSN 0151-1637

Tabelle 1a Unterkühlungsleistung (bezogen auf die Kälteleistung des CO2-Kreislaufs als (1)) für die Unterkühlungstemperatur von 25 °C

p2 Gasaustrittstemperatur aus dem Gaskühler t3 (°C)(bar) 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50

75 0,14 0,29 0,70 0,79 0,84 0,89 0,93 0,96 1,00 1,02 1,0580 0,12 0,18 0,29 0,57 0,71 0,79 0,85 0,89 0,93 0,96 1,0085 0,10 0,16 0,22 0,31 0,48 0,64 0,73 0,80 0,85 0,90 0,9390 0,10 0,14 0,19 0,25 0,33 0,45 0,58 0,68 0,76 0,82 0,8695 0,09 0,13 0,17 0,22 0,28 0,35 0,45 0,55 0,65 0,72 0,78

100 0,08 0,12 0,16 0,21 0,25 0,31 0,38 0,45 0,54 0,62 0,70105 0,08 0,12 0,15 0,19 0,23 0,28 0,34 0,40 0,46 0,54 0,61110 0,08 0,11 0,15 0,18 0,22 0,26 0,31 0,36 0,42 0,48 0,54115 0,07 0,11 0,14 0,17 0,21 0,25 0,29 0,33 0,38 0,43 0,49120 0,07 0,10 0,13 0,17 0,20 0,24 0,28 0,32 0,36 0,40 0,45

Tabelle 1b Unterkühlungsleistung (bezogen auf die Kälteleistung des CO2-Kreislaufs als (1)) für die Unterkühlungstemperatur von 20 °C

p2 Gasaustrittstemperatur aus dem Gaskühler t3 (°C)(bar) 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50

75 0,22 0,36 0,73 0,81 0,86 0,90 0,94 0,97 1,00 1,02 1,0580 0,19 0,25 0,35 0,61 0,74 0,81 0,86 0,90 0,94 0,97 1,0085 0,18 0,22 0,28 0,37 0,52 0,67 0,76 0,82 0,86 0,90 0,9490 0,16 0,21 0,25 0,31 0,38 0,49 0,61 0,71 0,78 0,83 0,8795 0,16 0,19 0,23 0,28 0,33 0,40 0,49 0,58 0,67 0,74 0,80

100 0,15 0,18 0,22 0,26 0,31 0,36 0,42 0,49 0,57 0,65 0,72105 0,14 0,18 0,21 0,25 0,29 0,33 0,38 0,44 0,50 0,57 0,64110 0,14 0,17 0,20 0,24 0,27 0,31 0,36 0,40 0,45 0,51 0,57115 0,13 0,16 0,20 0,23 0,26 0,30 0,34 0,38 0,42 0,47 0,52120 0,13 0,16 0,19 0,22 0,25 0,29 0,32 0,36 0,40 0,44 0,49

Tabelle 1c Unterkühlungsleistung (bezogen auf die Kälteleistung des CO2-Kreislaufs als (1)) für die Unterkühlungstemperatur von 15 °C

p2 Gasaustrittstemperatur aus dem Gaskühler t3 (°C)(bar) 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50

75 0,28 0,40 0,74 0,82 0,87 0,91 0,94 0,97 1,00 1,02 1,0480 0,25 0,31 0,40 0,63 0,76 0,82 0,87 0,91 0,94 0,97 1,0085 0,23 0,28 0,33 0,41 0,55 0,69 0,77 0,83 0,87 0,91 0,9490 0,22 0,26 0,30 0,35 0,42 0,52 0,64 0,73 0,79 0,84 0,8895 0,21 0,24 0,28 0,33 0,38 0,44 0,52 0,61 0,69 0,76 0,81

100 0,20 0,23 0,27 0,31 0,35 0,40 0,46 0,52 0,60 0,67 0,74105 0,19 0,23 0,26 0,29 0,33 0,37 0,42 0,47 0,53 0,60 0,66110 0,19 0,22 0,25 0,28 0,32 0,35 0,39 0,44 0,49 0,54 0,60115 0,18 0,21 0,24 0,27 0,30 0,34 0,37 0,41 0,46 0,50 0,55120 0,18 0,21 0,24 0,26 0,29 0,33 0,36 0,40 0,43 0,47 0,52

[2] Finckh, O., Schrey, R., Wozny, M.: Energy And Efficiency Comparison Between Standardized HFC And CO2 Transcritical Systems for Supermarket Applications. The 23rd International Congress of Refri-geration, ID: 357. Prague, 2011. ISBN 978-2-913149-89-2

[3] Heinbokel, B.: CO2OLtecTM-Systemtech-nik im Lebensmitteleinzelhandel. Die KÄL-TE + KlimatechniBk 10/2011, S. 48-53, 64. Jahrgang. ISSN 0343-2246

[4] Dvořák, Z. Chladicí technika I. ČVUT v Praze, 2. přepracované vydání, 1970.

[5] Petrák, J., Klazar, L.: Tepelné vlastnosti ekologicky vhodných chladiv. ČVUT v Praze, (1992)

[6] Unterlagen der Fa. Bitzer Kühlmaschi-nenbau GmbH

[7] Thermodynamische Stoffdaten-Be-rechnungsutility Refprop. National In-stitute of Standards and Technology, USA