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Einzige Fachzeitschrift für Industrie-, Gewerbe-, Klimakälte und Wärmepumpen

Das Winterthurer Institut für Energiesysteme und Fluid-Engineering (IEFE) hat den Hydraulikanschluss im institutseigenen Kältemaschinenprüfstand um eine mobile Einheit erweitert. Damit können nun auch Spezialanwendungen geprüft werden. Diese Ergänzung des Leistungsangebots erlaubt ein deutlich breiteres Spektrum an Betriebspunkten und somit eine individuelle Anpassung an unterschiedlichste Kundenbedürfnisse.

Das Institut für Energiesysteme und Fluid-Engineering (IEFE) betreibt seit 2013 einen Kältemaschinenprüfstand, der der angewandten Forschung und der Ausbildung von Ingenieuren und Ingenieurinnen in höheren Studiensemestern dient. Neben Tests an zwei fix installierten Kältemaschinen (CO2 und R134a) kann der Prüfstand genutzt werden, um Kundenmaschinen über einen zusätzlichen Hydraulikanschluss in die vorhandene Laborumgebung einzubinden. Um den Anforderungen des Kältemaschinen- und Wärmepumpenmarktes gerecht zu werden, hat das IEFE nun eine modulare und mobile Hydraulikerweiterung entwickelt.

Messdatenerfassung nach Kundenwunsch

Die momentane Instrumentierung des Kältemaschinenprüfstands ermöglicht eine Echtzeitüberwachung und Aufzeichnung von Wärmepumpen- bzw. Kältemaschinenprozessen. Messdaten aus der vollständig instrumentierten Sekundärseite als auch primärseitige Prozessgrössen werden erfasst und mittels dynamisch aktualisiertem Log-p-h-Diagramm auf dem Bildschirm der Laborcomputer in Echtzeit visualisiert. Es besteht die Möglichkeit, die Prozessgrössen hierbei per Modbus-Schnittstelle an die Laborcomputer zu übertragen. Besitzt die Maschinensteuerung keine Datenschnittstelle oder ist eine weitere Instrumentierung erwünscht, können die IEFE-Forschenden durch zusätzlich applizierte Sensoren die gewünschten Messdaten erfassen. Durch die enge Zusammenarbeit mit Herstellern, Planern sowie Betreibern von Kältemaschinen und Wärmepumpen ist das Institut nahe am Markt und kennt dessen spezifische Bedürfnisse. Das in diesem Bereich über viele Jahre aufgebaute und erworbene Know-how erstreckt sich über die gezielte Bearbeitung von Forschungs- und Entwicklungsprojekten bis hin zu hochgenauen Performanceuntersuchungen im hauseigenen Prüfstand oder vor Ort beim Kunden (mobile

Erweiterung des Messbereichs

Der gegenwärtige Anschluss ist fix in das Hydrauliksystem integriert und auf Maschinen mit Kälteleistungen bis 60 kW ausgelegt. Damit der Prüfstand für beliebige Betriebspunkte und insbesondere für sehr geringe Durchflüsse anwendbar ist, wurde eine modulare Hydraulikerweiterung für den bestehenden Anschluss konzipiert und somit der Messbereich erweitert. Liegt ein geforderter Betriebspunkt ausserhalb des messbaren Bereiches der Sensorik des fixen Hydraulikanschlusses, kann die mobile Hydraulikerweiterung nach Kundenabsprache auf die geforderten Betriebspunkte angepasst werden. Dabei können sowohl Geräte, wie Pumpen und Ventile, als auch Sensoren und Rohrdimensionen optimal auf den geplanten Betrieb angepasst werden, was die Genauigkeit der Messung deutlich erhöht.

Die neue Hydraulikerweiterung mit Anschluss an zwei Verflüssiger ist mobil auf einem Rollwagen aufgebaut. Sie wird über Schläuche zwischen den bestehenden Anschlüssen der Hydraulik und der Maschine eingebunden. Durch den mobilen Aufbau können die Schlauchverbindungen kurz gehalten werden, was die Regelstabilität durch verringerte Totzeiten erhöht. Da der mobile Anschluss beliebig erweiterbar ist, ist eine hohe Flexibilität für künftige Kundenversuche gegeben.

Flexibilität ohne Qualitätsverlust

Um der hohen Genauigkeitsanforderung der bisherigen Laborumgebung gerecht zu werden, wurde das bewährte Messkonzept der bestehenden Anlagen auch für die neue Hydraulikerweiterung übernommen. Im Hinblick darauf setzten die IEFE-Forschenden qua-litativ hochwertige Messgeräte  ein und nahmen eine umfassende Instrumentierung der Sekundärseite vor. Der COP wird über die elektrische Leistung und die sekundärseitige Wärmeleistung bestimmt. Magnetisch-induktive Durchflussmesser ermitteln den jeweiligen Volumenstrom. Für eine exakte Temperaturmessung wurden Temperaturtauchfühler am Ein- und Austritt der Wärmetauscher kalibriert.

Das bisher eingesetzte Datenerfassungssystem wurde entsprechend für die mobile Hydraulik-erweiterung übernommen und ermöglicht weiterhin die bewährte Flexibilität des bestehenden Systems. Dies gewährleistet eine bequeme Speicherung und Ausgabe der Messdaten für die weitere Auswertung und Dokumentation der getesteten Anlage. Ebenso besteht weiterhin die Möglichkeit unter Hinzunahme von primärseitigen Messdaten aus der Maschinensteuerung, den Kreisprozess der Testmaschine in Echtzeit zu visualisieren und damit zu überwachen.

Erfolgreicher Test an nicht alltäglicher Anlage

Anfang dieses Jahres kam die -mobile Hydraulikerweiterung bei ei-ner Performanceüberprüfung ei-ner Kundenanlage erstmals zum Einsatz. Bei der geprüften Maschine handelte es sich um eine Spezialanwendung, welche an ihrem späteren Einsatzort Heisswasser für eine Sauna und ein Dampfbad bereitstellt. Nebst Warmwassertemperaturen von über 100°C und gleichzeitiger Wärmeabgabe auf unterschiedlichen Wärmeniveaus waren sehr kleine Massenströme auf der Wasserseite der beiden Gaskühler gefordert. Um eine optimale Regelung des Wasser-Glykol-Gemisches und eine möglichst exakte Volumenstrommessung zu gewährleisten, setzte das IEFE die neue mobile Hydraulikerweiterung ein. Damit hat die neue mobile Hydraulikerweiterung ihre Bewährungsprobe beim Test der Hochtemperaturwärmepumpe erfolgreich bestanden: Die Maschine konnte unter den geplanten Betriebspunkten auf ihre Performance kontrolliert werden. Durch die neue Erweiterung ist es nun möglich, die Laborinfrastruktur auf vielfältige Anforderungen anzupassen und eine temporär angeschlossene Maschine auf Herz und Nieren zu überprüfen. Das IEFE freut sich auf künftige Performancetests von Kältemaschinen und Wärmepumpen und unterstützt die Branche gerne mit Know-how bei der Überprüfung von Maschinen – sei es unter Laborbedingungen oder auch bei Feldtests.

Technische Daten

Medium:

Antifrogen N 30%

Temperaturbereich:

–10°C bis ca. 100°C

Kälteleistung:

bis 60 kW (T 6K)

Verflüssigerleistung:

bis 80 kW (T 6K)

Anschlüsse:

1× Verdampfer

2× Verflüssiger/Enthitzer

 

Kontakt:

Prof. Dr. Frank Tillenkamp

frank.tillenkamp@zhaw.ch

Telefon 058 934 73 61

www.zhaw.ch/iefe

ZHAW School of Engineering

Institut für Energiesysteme und Fluid-Engineering (IEFE)

Technikumstrasse 9

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CH-8401 Winterthur