finden Sie die Sonderausgabe Großkältetechnik 2013 - Kälte Klima ...

Supermarktkälte ‹ Technikgen für die Kreis laufsimulation wie z. B.Umgebungstemperatur und Kühllast einzulesen.Die eingelesenen Klimadaten werdenmit der Meteorologischen DatenbankMETEONORM (Remund 2010) während derLaufzeit in die Simulation geladen, unterVerwendung des Programms TILWeather-Client.Um den aktuellen Stand der Technik einesbestehenden R-744-Supermarkt-Kälte- undHeizsystems abzubilden, wurde zunächstdas Modell eines Referenzsystems erstellt.Referenz-System – R-744-Booster-System mit WärmerückgewinnungBild 2 zeigt ein zweistufiges R-744-Booster-Systemmit Flashgas-Bypass-Ventil, mitVerdampfern auf zwei verschiedenen Temperaturstufenund Wärmerückgewinnung(siehe Fröschle 2010 and Javer schek 2011).Das System ist ausgestattet mit einemSeparator auf Mitteldruckniveau, das auf34 bar eingeregelt wird. Die Flüssigkeit,die aus dem Separator austritt, wird ineinem internen Wärmeüber trager unterkühltund mittels der Expansionsventileauf zwei unterschiedliche Druck- bzw.Tempera turniveaus entsprechend derKühlmöbel für Normal- und Tiefkühlwarenverteilt: auf ein Mitteldruckni veau fürdie Normalkühlung bei 28 bar/-8 °C undauf ein Niederdruckniveau für die Tiefkühlungbei 12 bar/-35 °C. Das aus demSeparator ausströmende Gas wird imFlashgas-Bypassventil (FGB) auf das mittlereVerdampfungsdruckniveau gedrosseltund direkt von den Mitteldruck-Kompressorenwie der verdichtet. Der Gaskühler istin drei verschiedene Gaskühler aufgeteilt.Entsprechend der unter schiedlichen Temperaturniveauskönnen damit Wärmerückgewinnungüber die Raumluft, Warmwassererzeugung,Fußbodenheizung, derBetrieb eines geothermischen Speichers,eine Parkplatzheiz ung oder die Rückkühlungauf Umgebungstemperatur erfolgen(Titze 2012). In jeder Verdichterstufe sindjeweils zwei Verdichter parallel geschaltet,von denen jeweils einer mit konstanterund einer mit variabler Drehzahl betriebenwird.Bild 3 zeigt das Modelica/TIL-Simulationsmodellfür den Referenzsupermarkt mitR-744 als Kältemittel, zur Vereinfachung wirdnur der NK-Bereich simuliert. Es wird ein Gemischaus Wasser und Glykol als Kühlfluid fürdie Verdampfer verwendet.Die Regelung des Referenzsystems erfolgtmit Hilfe von vier Regeleinheiten: Die Kühllastder Normal kühlverdampfer wird überdie Verdichterdrehzahl geregelt. Für transkritischeBetriebsbedingungen wird eineHochdruckregelung über das HD-Ventil realisiert.Bei unterkritischen Bedingungen erfolgteine Regelung der Unterkühlung ebenfallsüber das HD-Ventil. Der Mitteldruck imSeparator wird über das FGB-Ventil geregeltund die Verdampferregelung erfolgt mittelsÜberhitzungsregelung durch die Verdampferventile.Multi-ejektor-SystemBild 4 zeigt das Modelica/TIL-Simulationsmodellfür das Multi-Ejektor-System. Wiedas Referenzsystem ist auch der Ejektorkreislauf(NK) als vereinfachter einstufigerBooster-Kreislauf mit Wasser/Glykol/R-744-Plattenwärmeübertragern ausgestattet.Im Gegensatz zum Referenzsystem werdendie Verdampfer für Normalkühlung nichtmit einer Überhitzungsrelegung, sonderngeflutet betrieben. Daher befindet sichzwischen dem internen Wärmeübertrager(IWÜ) und der Saugseite der Ejektoren einSeparator (SP 1). Während in der Praxis derFüllstand und damit der Dampfgehalt überEj 1 Ej2 Ej 3SP 2FlüssigkeitGasGasGaskühler 2IWÜMulti-EjektorRegelungSP 1MD-Ventiledie MD-Ventile eingeregelt werden kann,wird in der Simulation der Dampfgehalt direktüber einen Sensor auf einen Wert von95 % eingestellt.Damit die Abdeckung verschiedenerKühllast- und Heizlastanforderungen inVoll- und Teillastbetrieb möglich ist, werdendrei Ejektoren mit jeweils konstantemTreibdüsenquerschnitt parallel angeordnet.Ejektor 1 ist permanent in Betrieb und mitder Flüssigkeitsseite des Separators verbunden.Ejektor 2 und Ejektor 3 sind mit derGasseite des Separators derart mit einem3-Wege-Ventil verbunden. So können alledrei Verbindungen verbunden bzw. getrenntwerden und 1-3 Ejektoren parallelgeschaltet werden.Regelung des Referenzsystemsund ejektorauslegungFür die Auslegung einer COP-optimiertenHochdruckregelung für das Referenzsystemwurde eine Hochdruckvariation bei unterschiedlichenUmgebungstemperaturendurchgeführt (siehe Bild 5). Für überkritischeBetriebspunkte wird der maximale COPdurch einen von der Umgebungstemperaturabhängigen Hochdruck eingestellt. Für unterkritischeBetriebspunkte kann ein hoherRegelungüberfluteterVerdampferGaskühler 1RegelungKühllastBild 4: Modelica/TIL-Simulationsmodell für eine Supermarktkälteanlage mit Multi-Ejektor-System. Vereinfachteeinstufige Boosteranlage mit Wasser/Glykol-Wärmeübertragern.www.kka-online.info 47