Die richtige Ladung ist für Mikrokanalspulen von entscheidender Bedeutung

Mikrokanalspulen wurden lange Zeit in der Automobilindustrie eingesetzt, bevor sie Mitte der 2000er Jahre auf HVAC-Geräte übergingen. Seitdem erfreuen sie sich immer größerer Beliebtheit, insbesondere in Klimaanlagen für Privathaushalte, da sie leicht sind, eine bessere Wärmeübertragung bieten und weniger Kältemittel verbrauchen als herkömmliche Rippen-Rohr-Wärmetauscher.

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Allerdings bedeutet der geringere Einsatz von Kältemittel auch, dass beim Befüllen eines Systems mit einer Mikrokanalspule mehr Vorsicht geboten ist. Das liegt daran, dass schon wenige Gramm in die eine oder andere Richtung zu einer verminderten Leistung, Effizienz und Zuverlässigkeit eines Kühlsystems führen können.

Das traditionelle Rippenrohr-Wärmetauscherdesign ist seit vielen Jahren der Standard in der HVAC-Branche. Ursprünglich wurden für die Spulen runde Kupferrohre mit Aluminiumrippen verwendet, aber Kupferrohre führten zu elektrolytischer Korrosion und Ameisensäurekorrosion, was zu erhöhten Spulenlecks führte, sagte Mark Lampe, Produktmanager für Ofenspulen bei Carrier HVAC. Um dieses Problem zu beheben, ist die Industrie auf runde Aluminiumrohre in Kombination mit Aluminiumlamellen umgestiegen, um die Systemleistung zu verbessern und Korrosion zu minimieren. Und jetzt gibt es die Mikrokanaltechnologie, die sowohl für Verdampfer als auch für Kondensatoren eingesetzt werden kann.

„Die Mikrokanaltechnologie – bei Carrier VERTEX-Technologie genannt – unterscheidet sich, weil die runden Aluminiumrohre durch flache, parallele Rohre ersetzt werden, die an die Aluminiumrippen gelötet werden“, sagte Lampe. „Dadurch wird das Kältemittel gleichmäßiger über einen größeren Bereich verteilt, wodurch die Wärmeübertragungsfähigkeiten verbessert werden, was einen effizienteren Betrieb der Spule ermöglicht. Während die Mikrokanaltechnologie bisher in Kondensatoren für den Außenbereich von Wohngebäuden eingesetzt wurde, wird die VERTEX-Technologie derzeit nur in Ofenschlangen für Innenheizungen von Wohngebäuden eingesetzt.“

Das Mikrokanaldesign erzeugt einen vereinfachten Kältemittelfluss mit einem Durchgang „hin und zurück“, der aus einem Überhitzungsrohr oben und einem Unterkühlungsrohr unten besteht, sagte Jeff Preston, Leiter des technischen Dienstes bei Johnson Controls. Im Vergleich dazu fließt das Kältemittel in einer herkömmlichen Rippenrohrschlange durch mehrere Durchgänge von oben nach unten in Serpentinenform und benötigt eine größere Oberfläche.

„Das einzigartige Design der Mikrokanalspule erzeugt einen überlegenen Wärmeübertragungskoeffizienten, der die Effizienz erhöht und die erforderliche Kältemittelmenge reduziert“, sagte Preston. „Aus diesem Grund sind Geräte, die mit Mikrokanalspulen ausgestattet sind, häufig deutlich kleiner als hocheffiziente Geräte mit herkömmlicher Rippen-Rohr-Konstruktion. Dies ist ideal für Anwendungen mit begrenztem Platzangebot, wie z. B. Häuser ohne Grundstücksleitungen.“

Tatsächlich konnte Carrier mit der Implementierung der Mikrokanaltechnologie laut Lampe die Größe der meisten seiner Innenofenschlangen und Außenklimakondensatoren gleich halten und gleichzeitig eine Gewichtsreduzierung von etwa 30 % im Vergleich zu ihren runden Lamellen- und Kühlrippen erzielen. Rohrkonstruktionen.

„Wenn wir diese Technologie nicht eingesetzt hätten, hätten wir die Größe unserer Innenofenschlangen auf bis zu 11 Zoll Höhe erhöhen und auf größere Bodenwannen an den Außenkondensatoren umsteigen müssen“, sagte er.

Während die Mikrokanal-Spulentechnologie hauptsächlich in Kühlgeräten für Privathaushalte eingesetzt wird, beginnt sich das Konzept auch in gewerblichen Einheiten durchzusetzen, da der Bedarf an leichteren und kleineren Geräten weiter wächst, sagte Preston.

Da Mikrokanalspulen ein relativ kleines Kältemittelvolumen enthalten, kann eine Änderung der Füllung um nur ein paar Unzen Auswirkungen auf die Langlebigkeit, Leistung und Energieeffizienz des Systems haben, sagte Preston. Aus diesem Grund sollten Auftragnehmer den Ladevorgang immer beim Hersteller überprüfen. Dies umfasst jedoch normalerweise die folgenden Schritte:

„Bei der VERTEX-Technologie von Carrier gelten die gleichen Installations-, Lade- und Inbetriebnahmeverfahren wie bei der Rundrohrtechnologie und es sind keine zusätzlichen oder abweichenden Schritte zu den derzeit empfohlenen Ladeverfahren für die Kühlung erforderlich“, sagte Lampe.

„Ungefähr 80 bis 85 % der Ladung befinden sich in flüssigem Zustand. Im Kühlmodus befindet sich dieses Volumen also in der Außenkondensatorschlange und dem Leitungssatz“, sagte Lampe. „Beim Übergang zu einer Mikrokanalspule mit reduziertem Innenvolumen (im Vergleich zum Rundrohr-Lamellendesign) beeinflusst der Ladungsunterschied nur etwa 15 bis 20 % der Gesamtladung, was einem kleinen, schwer zu messenden Wert entspricht Unterschied in diesem Bereich. Aus diesem Grund empfiehlt sich die Aufladung des Systems durch Unterkühlung, die wir in unserer Installationsanleitung detailliert beschreiben.

Allerdings kann das geringere Kältemittelvolumen in einer Mikrokanalschlange ein Problem sein, wenn die Außeneinheit einer Wärmepumpe in den Heizmodus wechselt, sagte Lampe. In diesem Modus werden die Systemspulen umgeschaltet und der Kondensator, der den Großteil der Flüssigkeitsladung speichert, ist jetzt die Innenspule.

„Wenn das Innenvolumen der Innenspule deutlich kleiner ist als das der Außenspule, könnte das System ein Ladungsungleichgewicht feststellen“, sagte Lampe. „Um einiges davon zu bekämpfen, nutzt Carrier den eingebauten Akkumulator im Außengerät, um einen Teil der überschüssigen Ladung während des Heizmodus abzulassen und zu speichern. Dadurch kann das System den richtigen Druck aufrechterhalten und verhindert, dass der Kompressor überflutet wird, was zu einer Überflutung des Kompressors führt kann zu einer verminderten Leistung führen, da sich im Innenregister Öl ansammeln kann.“

Während das Laden eines Systems mithilfe einer Mikrokanalspule möglicherweise etwas mehr Liebe zum Detail erfordert, erfordert das Laden eines HVAC-Systems die präzise Verwendung der richtigen Kältemittelmenge, sagte Lampe.

„Wenn Sie ein System überladen, kann dies zu hohem Energieverbrauch, ineffizienter Kühlung, Undichtigkeiten und frühen Kompressorausfällen führen“, sagte er. „Wenn ein System nicht ausreichend aufgeladen ist, kann es ebenfalls zu Spuleneinfrierungen, TXV-Rattern, Problemen beim Starten des Kompressors und Fehlauslösungen kommen. Die Probleme bei Mikrokanalspulen sind nicht anders.“

Aufgrund ihrer einzigartigen Konstruktion kann die Reparatur von Mikrokanalspulen eine Herausforderung sein, sagte Jeff Preston, Leiter des technischen Dienstes bei Johnson Controls.

„Zum Hartlöten der Oberfläche sind eine Legierung und ein MAPP-Gasbrenner erforderlich, die bei anderen Gerätetypen normalerweise nicht verwendet werden. Aus diesem Grund entscheiden sich viele Auftragnehmer dafür, die Spulen auszutauschen, anstatt eine Reparatur durchzuführen.“

Was die Reinigung von Mikrokanalrohrschlangen angeht, ist das tatsächlich einfacher, sagte Mark Lampe, Produktmanager für Ofenrohrschlangen bei Carrier HVAC, da sich Aluminiumlamellen auf Rippenrohrschlangen leicht verbiegen. Zu viele gebogene Lamellen können die durch die Spule strömende Luftmenge verringern und so die Effizienz verringern.

„Die VERTEX-Technologie von Carrier ist ein viel robusteres Design, da die Aluminiumlamellen etwas tiefer als das flache Aluminium-Kältemittelrohr positioniert und mit den Rohren verlötet sind, was bedeutet, dass eine Bürstenreinigung die Lamellen nicht wesentlich verändert“, sagte Lampe.

EINFACHE REINIGUNG: Beim Reinigen einer Mikrokanalspule sollte nur ein milder, säurefreier Spulenreiniger oder in vielen Fällen einfach Wasser verwendet werden. (Mit freundlicher Genehmigung von Carrier)

Beim Reinigen einer Mikrokanalspule sollten scharfe Chemikalien und Hochdruckreinigung vermieden werden, sagte Preston, und es sollte nur ein milder, nicht säurehaltiger Spulenreiniger oder in vielen Fällen einfach Wasser verwendet werden.

„Das geringe Kältemittelvolumen erfordert jedoch einige Anpassungen bei den Wartungsprozessen“, sagte er. „Aufgrund des geringen Volumens kann das Kältemittel beispielsweise nicht abgepumpt werden, wenn andere Teile im System gewartet werden müssen. Darüber hinaus sollten Manometersätze nur bei Bedarf angeschlossen werden, um Störungen des Kältemittelvolumens zu minimieren.“

Preston fügte hinzu, dass Johnson Controls in seiner Testanlage in Florida extreme Bedingungen eingesetzt hat, die die Weiterentwicklung der Mikrokanalentwicklung ermöglicht haben.

„Diese Testergebnisse haben es uns ermöglicht, unsere Produktentwicklung mit mehreren Legierungsverbesserungen, Rohrdicken und verbesserter Chemie im atmosphärisch kontrollierten Ofenlötprozess weiterzuentwickeln, um Spulenkorrosion zu begrenzen und sicherzustellen, dass optimale Leistungs- und Zuverlässigkeitsniveaus erreicht werden“, sagte er. „Diese Maßnahmen wurden ergriffen, um nicht nur die Zufriedenheit der Hausbesitzer zu steigern, sondern auch dazu beizutragen, den Wartungsaufwand zu minimieren.“

Joanna Turpin ist leitende Redakteurin. Sie kann unter 248-786-1707 oder [email protected] kontaktiert werden. Joanna ist seit 1991 bei BNP Media und leitete zunächst die technische Buchabteilung des Unternehmens. Sie erwarb ihren Bachelor-Abschluss in Englisch an der University of Washington und arbeitete an ihrem Master-Abschluss in technischer Kommunikation an der Eastern Michigan University.