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Výměníky tepla Ostrava

Wärmetauscher für Wärmepumpe

Verflüssiger für Wärmepumpe

Der Verflüssiger ist der Wärmetauscher der Wärmepumpe in ihrem sekundären Kreislauf. Das heiße Kältemittel im Verflüssiger überträgt Wärme auf das Heizungswasser. Das heiße Kältemittel gelangt im gasförmigen Zustand in den Wärmetauscher und wird nach der Kondensation gekühlt, kondensiert und unterkühlt. Die auf das Heizungswasser übertragene Wärme stammt hauptsächlich aus dem Phasenwechsel (d.h. der Kondensation des Kältemittels). Einer der Berechnungsparameter für den Wärmetauscher bei einer Wärmepumpe ist die Verflüssigungstemperatur des Kältemittels.

Übersicht der Verflüssiger nach Kapazität

Die Liste zeigt Plattenwärmetauscher, die häufig als Verflüssiger verwendet werden:

  • SWEP B8LASH (für Leistungen von 3–10 kW, B8LASH ist asymmetrisch; die Anschlüsse sind Kombinationsanschlüsse mit ¾"); der Wärmetauscher eignet sich als Verflüssiger für das Sinclair Split ASGE-Klimagerät, wenn es zu einer Wärmepumpe umgebaut wird,
  • SWEP B26H, B26FH (asymmetrischer Wärmetauscher mit einer Leistung von 5–20 kW, speziell für Wärmepumpen ausgelegt. Er verfügt über Lötanschlüsse zum Primärkreis und externe Gewinde ISO G 1" zum Sekundärkreis),
  • SWEP B25TH, B85H, B86H (für Leistungen von 10–50 kW, Klimaanlage; die Anschlüsse sind Kombinationsanschlüsse von 1" oder Kombinationsanschlüsse von 1 ¼".),
  • SWEP B18H, B185H, B16DW (Für Erdgas, CO2 CO2 Katalog PDF bis zu 140 bar; die Anschlüsse erfolgen entsprechend den Kundenwünschen),

Der asymmetrische Wärmetauscher verfügt über engere Kanäle im internen Kreislauf, die für das Kältemittel ausgelegt sind. In der Regel gibt es auf der Wasserseite etwa zehnmal mehr Durchfluss als auf der Kältemittelseite. Daher ist der asymmetrische Wärmetauscher für Klimaanlagen und Wärmepumpen optimiert.

Combo 1". Click for complete drawing
Klicken Sie auf das Bild, um den Vergleich zwischen der Standardverbindung und der Combo-Verbindung anzuzeigen. Einige SWEP-Wärmetauscher sind mit Combo-Verbindungen von ¾", 1" oder 1 ¼" ausgestattet.

Die SWEP B25TH-Version ist bei Technikern beliebt, weil sie auf der Kältemittelseite reine Lötverbindungen aufweist. Die SWEP B85H und B86H hingegen weisen eine höhere Effizienz im Vergleich zur B25TH auf, ihre Verbindungen sind Combo-Verbindungen: Die Anschlüsse sind außen mit Gewinde versehen und bieten auch innen eine Rohrleitung zum Löten (siehe Bild, klicken Sie, um die Zeichnung der Verbindung zu öffnen). Die B86H erreicht die höchste Effizienz, weist jedoch auch den höchsten Druckverlust auf. Die Druckverluste können durch Erhöhen der Anzahl der Platten reduziert werden.

Alle SWEP-Wärmetauscher haben Edelstahlverbindungen, und zum Löten muss Lötzinn mit mindestens 45 % Silberanteil verwendet werden.

Wärmetauscher für Wärmepumpen

Übersicht der Verflüssiger für Wärmepumpen, wobei der Wärmetauscher als Kältemittel-Verflüssiger dient. Die Druckverluste für den Wasserkreislauf (Heizung) sind in der Tabelle aufgeführt. Die Verflüssigerberechnung erfolgt für das Kältemittel R410A auf der Primärseite, das Wasser auf der Sekundärseite hat eine Temperaturdifferenz von .

R32 Druck-Temperatur-Tabelle
R32, R410A, R407C, R134a Druck-Temperatur-Tabelle
Leistung Wärmetauschertyp Druckverlust
5 kW B26FHx18 4 kPa
10 kW B26Hx24 9 kPa
15 kW B26Hx40 8 kPa
20 kW B85Hx50 17 kPa
30 kW B85Hx70 20 kPa

Der Auslegungsdruck des Wärmetauschers kann aus dem in seinem Datenblatt bereitgestellten Diagramm abgelesen werden. Die Auslegungsdrücke gängiger Wärmetauscher liegen in etwa wie folgt:

Druck-Temperatur-Diagramme für einzelne Kältemittel sind im Internet häufig verfügbar. Zur besseren Übersicht sind die Drücke in bar(g) für die Kältemittel R410A, R407C, R134a und R32 in der folgenden Tabelle zusammengefasst (Quelle A-GAS):

R32 bar(a)R32 bar(g)R32 psig
-70 °C0,36-0,65-9,46
-68 °C0,41-0,61-8,77
-66 °C0,46-0,55-8,02
-64 °C0,52-0,5 -7,19
-62 °C0,58-0,43-6,27
-60 °C0,65-0,36-5,27
-58 °C0,73-0,29-4,17
-56 °C0,81-0,21-2,98
-54 °C0,9-0,12 -1,67
-52 °C1-0,02 -0,26
-50 °C1,10,09 1,28
-48 °C1,220,2 2,95
-46 °C1,340,33 4,75
-44 °C1,470,46 6,69
-42 °C1,620,61 8,78
-40 °C1,770,76 11,0
-38 °C1,940,93 13,5
-36 °C2,121,11 16,1
-34 °C2,311,3 18,8
-32 °C2,521,5 21,8
-30 °C2,731,72 25,0
-28 °C2,971,95 28,3
-26 °C3,222,2 31,9
-24 °C3,482,47 35,8
-22 °C3,762,75 39,8
-20 °C4,063,04 44,2
-18 °C4,373,36 48,7
-16 °C4,713,69 53,6
-14 °C5,064,05 58,7
-12 °C5,434,42 64,1
-10 °C5,834,81 69,8
-8 °C6,245,23 75,8
-6 °C6,685,67 82,2
-4 °C7,146,13 88,8
-2 °C7,626,61 95,8
0 °C8,137,12 103
2 °C8,667,65 111
4 °C9,228,21 119
6 °C9,818,8 128
8 °C10,49,41 136
10 °C11,110,1 146
12 °C11,710,7 156
14 °C12,511,4 166
16 °C13,212,2 176
18 °C14,012,9 188
20 °C14,813,7 199
22 °C15,614,6 211
24 °C16,515,4 224
26 °C17,416,3 237
28 °C18,317,3 251
30 °C19,318,3 265
32 °C20,319,3 280
34 °C21,420,3 295
36 °C22,521,4 311
38 °C23,622,6 327
40 °C24,823,8 345
42 °C26,025,0 363
44 °C27,326,3 381
46 °C28,627,6 400
48 °C30,029,0 420
50 °C31,430,4 441
52 °C32,931,9 462
54 °C34,433,4 484
56 °C36,035,0 507
58 °C37,636,6 531
60 °C39,338,3 556
62 °C41,140,1 581
64 °C42,941,9 607
66 °C44,843,8 635
68 °C46,845,7 663
70 °C48,847,8 692
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Der Druck in bar(a) ist absolut, während der Druck in bar(g) relativ zum atmosphärischen Druck ist (Überdruck zur umgebenden Luft). Einige Kältemittel (z. B. R407C) bestehen aus mehreren Kältemitteln, von denen jedes seine eigenen Kondensationstemperaturen hat. Daher werden für diese Kältemittel zwei Temperaturen angegeben: a) Siedetemperatur bezieht sich auf den Punkt, an dem das flüssige Kältemittel zu sieden beginnt und in den gasförmigen Zustand übergeht. b) Kondensationstemperatur stellt den Punkt dar, an dem das gasförmige Kältemittel wieder in den flüssigen Zustand kondensiert.

Wärmepumpen einfrieren, Ausfall des Wärmetauschers

Der Austauscherriss tritt am häufigsten in diesen beiden Fällen auf:

  • Der Betriebsdruck des Kältemittels ist höher als der Auslegungsdruck des Wärmetauschers. Das System muss einen Hochdruckschalter enthalten. Dieser schaltet den Kompressor aus, wenn der Arbeitsdruck überschritten wird (z. B. im Falle eines Fehlers).
  • Der Wärmetauscher darf nicht einfrieren. Es besteht die Gefahr, dass das Medium im Kondensator einfriert, wenn die Wärmepumpe im Rückwärtsgang betrieben wird. Die Umkehrbetriebsart wird für einige Minuten gestartet, um den Verdampfer abzutauen. Außerdem, wenn bei kalter Startbedingung die Verdampfertemperatur sehr niedrig ist, kann der Verdampfer einfrieren.
Grundsätzliche Schaltung ohne Schutz vor Einfrieren
Grundsätzliche Schaltung (Heizbetrieb): ohne Schutz vor Einfrieren
Schaltung mit Heißgasbypass-Ventil
Schaltung mit Heißgasbypass-Ventil (Heizbetrieb): Wenn die Verdampfungstemperatur unter einen festgelegten Wert fällt, führt dieses Ventil einen Teil des heißen Gases direkt in den Verdampfer ein. Dies verhindert, dass die Verdampfungstemperatur abnimmt, und schützt sie so vor dem Einfrieren.

Das Kältemittel kann eine Temperatur von -20 °C haben. Daher besteht unter ungünstigen Umständen die Gefahr, dass das Wasser im Kondensator einfriert. Selbst wenn das Wasser am Ausgang des Wärmetauschers 3 °C beträgt, kann sich im Inneren des Wärmetauschers ein Bereich mit einer Temperatur unter dem Gefrierpunkt befinden. Maßnahmen gegen das Einfrieren sind beispielsweise:

SWEP B26FH-Wärmetauscher für R410A-Wärmepumpe
  • Temperatursensor am Auslass des Wassers vom Wärmetauscher: Wenn sie unter eine bestimmte Temperatur fällt, schaltet sich der Kompressor aus.
  • Frostschutz, elektrische Beheizung des Wärmetauschers während des Umkehrbetriebs.
  • Durchflussschalter: Um das Einfrieren des Wärmetauschers zu verhindern, ist es erforderlich, den vollen Durchfluss auf der Wassseite aufrechtzuerhalten: Verwendung der konstanten Geschwindigkeit der Umwälzpumpe. Die Ventile an den Heizkörpern müssen geöffnet sein.
  • Ein Filter ist erforderlich, um zu verhindern, dass Partikel in den Wärmetauscher gelangen und den Fluss innerhalb des Wärmetauschers lokal stören. Der Filter sollte Partikel größer als 1 mm stoppen.
  • Verzögertes Abschalten der Wasserpumpe beim Stoppen des Kompressors. Die Pumpe kann einige Minuten nach dem Ausschalten des Kompressors weiterlaufen und umgekehrt: Die Wasserpumpe vor dem Starten des Kompressors einschalten.
  • Das Ausschalten des Lüfters während des Abtauvorgangs erhöht die Verdampfertemperatur.
  • Der Verdichter wird mit möglichst geringer Leistung gestartet. Dadurch wird der Rückgang der Verdampfungstemperatur während des Anlaufs minimiert.
  • Klimaanlagen sind für den Sommerbetrieb optimiert. Bei der Umstellung auf eine Wärmepumpe können an der Außeneinheit mit Lüfter größere Probleme mit Frost auftreten. Das liegt daran, dass Klimaanlagen zwischen den Lamellen kleinere Abstände haben als übliche Wärmepumpen.

Das Einfrieren von Wasser im Wärmetauscher bedeutet eine Beschädigung des Wärmetauschers und in der Regel auch Schäden an der Gesamtwärmepumpe (Wasser kann in den Kältemittelkreislauf gelangen). Aus diesem Grund bietet SWEP auch eine spezielle Version des am häufigsten verwendeten SWEP B26H-Wärmetauschers für das Kältemittel R410A an: die modifizierte B26FH-Version hat keine Kanäle in der Ecke am Kältemittel-Einlass, wo der Wärmetauscher am anfälligsten für das Einfrieren ist. Dies reduziert insgesamt das Risiko des "Einfrierens der Wärmepumpe".

Verdampfer für Wärmepumpe

Der Verdampfer ist der Wärmetauscher der Wärmepumpe im Primärkreislauf. In diesem Wärmetauscher verdampft das kalte flüssige Kältemittel. Das System ist normalerweise so eingestellt, dass das Expansionsventil vor dem Verdampfer den Druck reduziert. Dies verringert die Siedetemperatur. Die Temperatur des Verdampferkältemittels ist auf etwa 0 °C eingestellt, kann aber niedriger sein. Damit das Kältemittel verdampfen kann, muss ihm Wärme zugeführt werden. Diese wird beispielsweise aus der Umgebungsluft oder aus dem Boden entnommen (und später dem Heizwasser im Verflüssiger zugeführt). Der Großteil der auf diese Weise von der Umgebung auf das Kältemittel übertragene Energie wird in der Phasenumwandlung gespeichert.

Für kleine Anwendungen kann der klassische SWEP Plattenwärmetauscher verwendet werden. Der Kältemittel-Einlassanschluss sollte niemals größer sein als der Kältemittel-Auslassanschluss. Für den ordnungsgemäßen Betrieb sollte die empfohlene Kältemittelgeschwindigkeit von 10 bis 25 m/s am Einlass und 5 bis 10 m/s am Auslass (2,5 bis 5 m/s, wenn der Anschluss horizontal ist) gewährleistet sein; dies verhindert auch die Ansammlung von Öl im Wärmetauscher.

Hochleistungspumpen erfordern mehr Platten im Wärmetauscher. Wenn für den Verdampfer mehr als 30 Platten benötigt werden, ist es in der Regel notwendig, eine spezialisierte Art von Plattenwärmetauscher auszuwählen (V-Typ, P-Typ, F-Typ oder Q-Typ). Die V-Serie Wärmetauscher sind klassische Wärmetauscher, die mit einem System zur gleichmäßigen Verteilung des Kältemittels ausgestattet sind (z. B. V25, V80). Ohne diese Maßnahme würde bei einer größeren Anzahl von Platten das Kältemittel nur durch die Platten in der Nähe des Einlasses fließen. Der Wärmetauscher würde nicht die erwartete Effizienz haben und könnte einfrieren. Das Verteilsystem ist kein Hindernis, wenn ein solcher Wärmetauscher auch als Verflüssiger verwendet wird.

Wärmetauscher ohne Verteilsystem, der als Verdampfer verwendet wird
Klassischer Wärmetauscher ohne Verteilsystem, der als Verdampfer verwendet wird. Für größere Kapazitäten wird in der Regel ein spezialisierter Verdampfer eingesetzt. Am häufigsten handelt es sich dabei um die SWEP V- und P-Serien.

Spezialisierte Typen (zum Beispiel die meisten Wärmetauscher der V-Serie und insbesondere P-Typ und andere Verdampfer) sind nicht auf Lager und müssen hergestellt werden.

Trennwärmetauscher für Wärmepumpen

Der Trennwärmetauscher wird beispielsweise verwendet, um den Frostschutzmittelkreislauf vom Heizungswasserkreislauf zu trennen. Auf diese Weise kann draußen eine Mischung mit Glykol verwendet werden, während im Heizkreislauf im Gebäude nur Heizungswasser vorhanden ist. Der Trennwärmetauscher kann auch dazu verwendet werden, die Wärmepumpe von verschmutzten oder aggressiven Medien zu trennen.

Um die Effizienz der Wärmepumpe aufrechtzuerhalten, ist es notwendig, die Temperaturen beider Kreisläufe so nah wie möglich beieinander zu halten. Die Druckverluste steigen mit dem Quadrat des Durchflusses.

Durchflussrate Wärmetauschertyp Druckverlust
1 m3/h E8THx20 E8THx20 Protokoll,
B85Hx20 B85Hx20 Protokoll,
XB06H-1-30 XB06H-1-30 Protokoll
10 kPa
2 m3/h E8THx40 E8THx40 Protokoll,
B85Hx40 B85Hx40 Protokoll,
XB12H-1-40 XB12H-1-40 Protokoll,
XB37M-1-26 XB37M-1-26 Protokoll,
XB37H-1-36 XB37H-1-36 Protokoll
13 kPa
3 m3/h B28Hx36 B28Hx36 Protokoll,
B85Hx50 B85Hx50 Protokoll,
XB12H-1-50 XB12H-1-50 Protokoll,
XB37M-1-36 XB37M-1-36 Protokoll,
XB37H-1-50 XB37H-1-50 Protokoll
16 kPa
5 m3/h B28Hx56 B28Hx56 Protokoll,
B85Hx70 B85Hx70 Protokoll,
XB12H-1-80 XB12H-1-80 Protokoll,
XB37M-1-60 XB37M-1-60 Protokoll,
XB37H-1-80 XB37H-1-80 Protokoll
20 kPa
10 m3/h B28Hx116 B28Hx116 Protokoll,
B85Hx140 B85Hx140 Protokoll
25 kPa
Übersicht über Plattenwärmetauscher zur Kreislauftrennung

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