Koeling _ mini cursus

MAKING MODERN LIVING POSSIBLE
Koeltechniek
- inleiding tot de basisbegrippen
REFRIGERATION &
AIR CONDITIONING DIVISION
Vorming en opleiding

Automatische regelapparatuur en compressoren voor koeling
Regelapparatuur voor
commerciële koeling
Regelapparatuur voor
industriële koeling
Elektronische regelaars & sensoren
Thermostaten
Compressoren voor commercieel
en huishoudelijk gebruik
Samengestelde componenten

Koeltechniek – lnleiding tot de basisbegrippen
Voorwoord: Deze Danfoss publikatie dient te worden gezien als een aanvulling op de uitgebreide literatuur die
tegenwoordig over koeltechniek beschikbaar is. Literatuur die primair is gericht op lezers die beroepshalve veel
met de koel-, vries- of luchtbehandelings- techniek te maken hebben, bijvoorbeeld als ontwerper of constructeur,
installateur, onderhoudsdeskundige of als verkoper.
De inhoud van dit boek is bestemd voor degenen die zich juist niet dagelijks met koeltechniek bezig houden,
maar hiervoor interesse hebben en hun kennis over de basisprincipes van deze techniek willen verbreden.
Bij het verzamelen van het voor deze publikatie benodigde materiaal, is er bewust naar gestreefd een grondige
uiteenzetting te geven over de elementaire begrippen, gevolgd door een duidelijke verklaring van de praktische
toepassing van de individuele componenten.
Voor additionele trainingsmaterialen verwijzen we naar;
http://www.danfoss.com/BusinessAreas/RefrigerationAndAirConditioning
kies “Vorming en opleiding”.
Nordborg, 2009
Inhoud
1. Inleiding...........................................................................................................................................................3
2. Fundamentele basisbegrippen......................................................................................................................4
2.1 Het SI-stelsel.................................................................................................................................................................................................................................4
2.2 Temperatuur.................................................................................................................................................................................................................................4
2.3 Kracht en druk..............................................................................................................................................................................................................................5
2.4 Warmte, arbeid, energie en vermogen...............................................................................................................................................................................5
2.5 Substanties en faseveranderingen.......................................................................................................................................................................................6
2.6 Latente warmte...........................................................................................................................................................................................................................7
2.7 Oververhitting..............................................................................................................................................................................................................................7
2.8 Koudemiddel diagrammen.....................................................................................................................................................................................................8
3. Het koelcircuit.................................................................................................................................................9
3.1 Verdamper.....................................................................................................................................................................................................................................9
3.2 Compressor...................................................................................................................................................................................................................................9
3.3 Compressor, werkwijze.............................................................................................................................................................................................................9
3.4 Condensor.................................................................................................................................................................................................................................. 10
3.5 Expansieproces......................................................................................................................................................................................................................... 10
3.6 Hoge- en lagedrukzijde van de koelinstallatie.............................................................................................................................................................. 10
4. Het koelproces, druk/enthalpiediagram.....................................................................................................11
5. Koelmiddelen................................................................................................................................................12
5.1 Algemene eisen........................................................................................................................................................................................................................ 12
5.2 Halogene koelmiddelen........................................................................................................................................................................................................ 12
5.3 Ammoniak NH 3
......................................................................................................................................................................................................................... 12
5.4 Koudedragers............................................................................................................................................................................................................................ 12
6. Hoofdcomponenten van de koelinstallatie................................................................................................13
6.1 Compressor................................................................................................................................................................................................................................ 13
6.2 Condensor.................................................................................................................................................................................................................................. 13
6.3 Expansie-orgaan...................................................................................................................................................................................................................... 15
6.4 Verdampingssystemen.......................................................................................................................................................................................................... 16
7. De opbouw van een koelinstallatie in de praktijk........................................................................................17
© Danfoss A/S (AC-DSL / bpv), Feb 2009 DKRCC.PF.000.F2.10 / 520H3375 1

Vorming en opleiding
Koeltechniek – inleiding tot de basisbegrippen
1. Inleiding
Een koelinstaIlatie heeft tot taak artikelen of substanties
af te koelen naar een temperatuur die lager
is dan die van de omgeving, en deze temperatuur
vervolgens te handhaven.
Koelen kan dus worden gedefinieerd als het onttrekken
van warmte. De oudste en meest bekende
koelmiddelen zijn ijs, water en lucht.
Aanvankelijk was het enige doel het langer kunnen
bewaren van voedsel. De Chinezen waren de
eersten die ontdekten dat ijs de houdbaarheid en
de smaak van dranken verbetert en de Eskimo's
hebben eeuwenlang hun voedsel bewaard door
het te laten bevriezen.
warm
warm
Danfoss
R64-1866.10
Aa0_0002_00_A1
In het begin van de vorige eeuw waren begrippen
als bacteriën, gist, schimmels, enzymen, enz.
bekend. Men ontdekte dat de groei van deze micro-organismen
temperatuurafhankelijk is. Bij lagere
temperatuur neemt deze af en onder +10°C
is er nagenoeg geen groei meer.
Bacteriënaantal
Deze kennis leidde tot de toepassing van koeling
voor het bewaren van levensmiddelen;
in eerste instantie werd natuurijs voor dit doel
gebruikt.
Uren
Aa0_0003_00_A1
De eerste installatie voor het kunstmatig vervaardigen
van ijs verscheen omstreeks 1860. In 1880
werden in Amerika de eerste ammoniakcompressoren
en geïsoleerde cellen in gebruik genomen.
In het begin van deze eeuw werd elektriciteit
steeds belangrijker in onze samenleving en het
was dan ook de krachtbron voor de vele mechanische
koelinstallaties die o.a. werden toegepast
in brouwerijen, slachthuizen, de visserij en de ijsstavenproduktie.
Na de Tweede Wereldoorlog kreeg de ontwikkeling
van kleine hermetische koelcompressoren
definitief vaste grond onder de voeten.
Koelkasten en vriezers begonnen hun, voor ons
nu onmisbare functie in het huishouden geleidelijk
in te nemen.
Zoals gezegd, worden zij tegenwoordig als standaard
uitrusting van een huishouden
beschouwd.
De toepassingen van koelinstallaties zijn talloos.
Voorbeelden hiervan zijn:
conserveren van levensmiddelen
procesindustrie
luchtbehandeling
luchtdroging (ontvochtiging)
drinkwaterkoeling
koelcontainers
warmtepompen
ijsproduktie
vriesdrogen
Danfoss
R64-1869.10
Hoe het leven er zonder koelen en vriezen uitzag,
kunnen we ons moeilijk voorstellen. De invloed
ervan op ons bestaan is veel groter dan men zich
meestal realiseert.
© Danfoss A/S (RA-MC), Feb 2009 DKRCC.PF.000.F2.10 / 520H3375 3

Vorming en opleiding
Koeltechniek – inleiding tot de basisbegrippen
2. Fundamentele
begrippen
2.1 Het Sl-stelsel
Op intemationaal niveau is overeengekomen om
in plaats van het metrieke stelsel voortaan het SIstelsel
te gebruiken.
Het zal wel enige tijd vergen voordat dit stelsel
algemeen in de koeltechniek zal zijn ingeburgerd.
Niettemin zijn normen en bijbehorende
wetten al in vele landen op het SI-stelsel gebaseerd,
zodat de dagelijkse omgang hiermee van
essentieel belang is.
Om de overgang van metriek naar SI-stelsel te
vergemakkelijken, past Danfoss in haar publikaties
een systeem toe waarbij de eenheden in het
SI-stelsel het eerst worden genoemd en erachter
tussen haakjes de overeenkomende metrieke
eenheden; deze methode wordt ook in dit boek
gebruikt.
Begrip SI-stelsel Alternatieve eenheden
Tijd s (seconde) u (uur)
Lengte m (meter) in (inch)
ft (foot)
Gewicht kg (kilogram) lb (pound)
Temperatuur
K (Kelvin)
°C (Celsius)
°F (Fahrenheit)
Kracht N (Newton) kp (kilopond)
Druk Pa (Pascal) = N/m 2 bar
atm (atmosphere)
mm Hg (millimeter
mercury column)
psi (pound per square inch)
Energie J (Joule) = Nm kWu (kilowatt uur)
cal (calorie)
Btu (British thermal unit)
Vermogen W (Watt) = J/s calorie/h, Btu/h
Het praktische gebruik van het SI stelsel is sterk
verbonden met het gebruik van het tiendelige
voorvoegsel om erg kleine of zeer grote nummers
te voorkomen. Een deel van de voorvoegsels
zijn in de onderstaande tabel vermeld.
Voorbeeld:
De atmosferische luchtdruk is 101325Pa Bij toepassing
van het tiendelige stelsel van de hieronder
vermelde tabel is de beste manier voor het
weergeven hiervan is 101.325 kPa.
De keuze van het voorvoegsel is “vrij” maar de
beste keuze zal normaal degene zijn waar de opgeschreven
waarden in het bereik van vallen van
0.1 tot 999.9.
Voorvoegsels dienen niet te worden toegepast
voor gecombineerde SI-eenheden- met uitzondering
indien (kg) is gebruikt.
Voorbeeld:
2000W/m 2 dient te genoteerd als 2.000 × 10 3
W/m 2 en niet als 2 kW/m 2 K.
Naam pico nano micro mili kilo Mega Giga Tera Peta
Prefix p n m m k M G T P
Factor 10 -12 10 -9 10 -6 10 -3 10 3 10 6 10 9 10 12 10 15
2.2 Temperature Temperatuur is een zeer centrale eigenschap in
de koeltechniek. Bijna alle koelinstallaties hebben
als doel het verlagen van de temperatuur van een
object zoals lucht in een ruimte of objecten opgeslagen
in die ruimte.
De SI-eenheid voor temperatuur Kelvin (K) is een
absolute temperatuur omdat het referentiepunt
(0 K) de laagste temperatuur is, dat in theorie zou
kunnen worden gehaald.
Indien men werkt met koelinstallaties is de temperatuur
eenheid graden Celsius ( °C) een meer
praktische eenheid om te gebruiken. Celsius is
niet een absolute temperatuurschaal omdat het
referentie punt (0°C) is gedefinieerd bij het vriespunt
van water ( gelijk aan 273.15 K).
Het enige verschil tussen Kelvin en Celsius is het
verschil in referentie punt. Dit betekent dat een
temperatuurverschil van 1 °C is exact hetzelfde
als een temperatuur verschil van 1 K.
In het wetenschappelijk gedeelte van de koeltechnische
gemeenschap worden temperatuurverschillen
vaak als (K) omschreven in plaats van
(°C). Deze praktijk elimineert de mogelijke verwarring
van temperaturen en temperatuur verschillen.
4 DKRCC.PF.000.F2.10 / 520H3375 © Danfoss A/S (RA-MC), Feb 2009

Vorming en opleiding
Koeltechniek – inleiding tot de basisbegrippen
Fundamentele
basisbegrippen
2.3 Kracht en druk
De SI-eenheid voor kracht is Newton(N) wat in
feite is ( kg m/s 2 ).
Een man op ski’s kan gemakkelijk staan op een
dikke laag sneeuw zonder daarin weg te zakkenmaar
zodra hij zonder ski’s is zakken z’n voeten
waarschijnlijk zeer diep in de sneeuw. In het eerste
geval wordt het gewicht van de man verdeeld
over een groot oppervlak (de ski’s). In het tweede
geval is hetzelfde gewicht verdeeld over de oppervlakte
van de schoenzolen – wat een duidelijk
kleiner oppervlak is dan het oppervlakte van de
ski’s. Het verschil tussen deze twee gevallen is de
druk die de man uitoefent op de sneeuw.
Druk wordt gedefinieerd als de kracht uitgeoefend
op een oppervlak gedeeld op de grootte
van het oppervlak. In het voorbeeld met de ski is
de kracht ( zwaartekracht) is hetzelfde in beide
gevallen maar de oppervlakken zijn verschillend.
In het eerste geval is het oppervlak groot en dus
de uitgeoefende kracht is gering.
In het tweede geval is het oppervlak klein en
wordt de uitgeoefende kracht groot.
In koeltechniek is druk meestal geassocieerd met
de vloeistoffen gebruikt als koudemiddelen.
Indien een substantie in vloeistof of dampvorm in
een gesloten container wordt bewaard zal deze
een extra druk uitoefenen op de uitwendige wanden
van de container. De druk van de damp op
de binnenwanden gedeeld door het oppervlak
wordt de absolute druk genoemd.
Om praktische redenen wordt de waarde van de
druk soms “ druk boven atmosferische druk” genoemd,
hetgeen zoveel betekend dat de atmosferische
druk (101.325 kPa = 1.013 bar) in mindering
wordt gebracht van de absolute druk. De
druk boven de atmosferische druk wordt vaak
ook als meterdruk genoemd.
De eenheid zou ook moeten reflecteren de keuze
van absolute druk of meterdruk. Een absolute
druk is een indicatie bij het gebruik van in kleine
letters “a” en een meterdruk wordt aangegeven in
kleine letters “g”.
Voorbeeld:
De absolute druk is 10 bar (a) omgerekend naar
meterdruk wordt (10-1.013) bar (g) ~9 bar (g). De
combinatie van de SI-eenheid voor de druk (Pa)
en de term meterdruk is niet aanbevolen.
Andere eenheden die nog steeds worden toegepast
zijn mm kwikkolom (mm Hg) en meterwaterkolom
(mwg). De laatste wordt vaak toegepast
in combinatie met pompen ter indicatie van
de opvoerhoogte van de pomp.
Vacuum wordt omschreven als een absolute druk
van 0 Pa, maar sedert dien is het bijna onmogelijk
om de term te gebruiken “vacuum” wordt algemeen
gebruikt om een druk te omschrijven veel
lager dan de atmosferische druk. Voorbeeld: Een
absolute druk van 0.1 bar(a) herleidt naar meterdruk
wordt (0.1./-1.013) bar(g) ~ -0.9 bar (g).
Vacuum wordt vaak omschreven in Torr
(1 Torr is gelijk aan 10 Pa) en millibar (een duizendste
van een bar).
2.4 Warmte, arbeid, energie en
kracht
Warmte en arbeid zijn beiden vormen van energie
die kunnen overgaan tussen objecten of systemen.
De overgang van warmte is nauw verbonden
met de temperatuur ( of temperatuurverschil)
die bestaat tussen twee of meer objecten.
Warmte gaat uit zichzelf altijd van een object met
hoge temperatuur naar objecten met een lagere
temperatuur. Het verwarmen van water in een
ketel op een kachel is een alledaags voorbeeld
van warmte overdracht. De bovenzijde van de kachel
wordt warm en de warmte wordt overgedragen
via de bovenzijde van de kachel en dan via
de onderkant van de ketel naar het water. De
overdracht van de warmte zorgt voor een stijging
van de temperatuur van het water. Met andere
woorden, verwarmen van een object is hetzelfde als
het overdragen van energie (warmte) naar het object.
In veel praktische toepassingen is er een noodzaak
voor het verlagen van de temperatuur van
een object in plaats van het te laten stijgen. In
aansluiting op het bovenvermelde voorbeeld kan
dit alleen worden gerealiseerd met een ander object
met een lagere temperatuur dan het object
wat gekoeld dient te worden. Door de twee objecten
met elkaar in contact te brengen zorgt dat
warmte wordt onttrokken van het object dat gekoeld
dient te worden en, daaruit voortvloeiend
zal de temperatuur dalen. Met andere woorden,
het koelen van een object is hetzelfde als energie
overdracht (warmte) vanuit het object.
De overdracht van arbeid is typisch gebonden
met het gebruik van mechanische draaiende assen
van een elektrische motor of in een verbrandingsmotor.
Andere vormen van overdracht van
arbeid zijn mogelijk maar de toepassing van de
draaiende as is de primaire methode toegepast in
de koeltechnische installaties.
Zoals vermeld beide warmte en arbeid zijn vormen
van energie. De methoden van overdracht
tussen objecten zijn verschillend maar voor een
proces met zowel warmte en arbeid overdracht is
het de som van warmte en arbeid overdracht die
de uitkomst van het proces bepalen.
© Danfoss A/S (RA-MC), Feb 2009 DKRCC.PF.000.F2.10 / 520H3375 5

Vorming en opleiding
Koeltechniek – inleiding tot de basisbegrippen
Fundamentele
basisbegrippen
2.4 Warmte, arbeid, energie en
kracht (vervolg)
De SI-eenheid Joule (J) wordt gebruikt voor de
bepaling van energie, warmte en arbeid. De hoeveelheid
energie die nodig is om te temperatuur
te verhogen van 1 kg water van 15 naar 16 °C is
4.187 kJ. De 4.187 kJ kan worden overgedragen
als warmte of arbeid.- maar warmte zou de meest
praktische toepassing zijn in deze situatie.
16 o C
15 o C
Danfoss
R64-1850.10
Er zijn verschillen in de hoeveelheid energie die
nodig is om de temperatuur te verhogen van de
verschillende substanties met 1 K. Voor 1 kg puur
ijzer is ongeveer 0.447kJ nodig daar waar voor 1
kg atmosferische lucht ongeveer 1.0 kJ nodig is.
De eigenschappen van ijzer en lucht verschillen
ten aanzien van de energie die nodig is voor de
temperatuurstijging en wordt genoemd de “ specifieke
warmte opslag” Het is gedefinieerd als de
benodigde energie om de temperatuur met 1 K
voor 1 kg substantie te laten stjgen.
De eenheid voor specifiek warmte opslag is J/kg K.
De mate waarin de energie overdracht plaats
wordt arbeid genoemd. De SI-eenheid voor arbeid
is Watt (W).
1 kcal
(4,187 kJ)
Voorbeeld:
Indien 10J overdracht per seconde, de mate van
energie overdracht wordt genoemd 10L/s=10W
In het SI-stelsel is de eenheid van kracht hetzelfde
voor warmte en arbeid. In andere systemen kunnen
de overdrachtwaarden voor warmte en arbeid
verschillende eenheden zijn.
2.5 Substanties en
faseverandering
Alle substanties kunnen uit drie verschillende fasen
bestaan: vast, vloeistof en damp. Water is het
meest natuurlijke voorbeeld van een substantie
die we nagenoeg iedere dag gebruiken in alle
drie fasen.. Voor water hebben de drie fasen een
verschillende naam – waardoor het verwarrend is
bij toepassing als een model substantie. In vaste
vorm noemen we het ijs, in vloeistofvorm noemen
we het water en in dampfase noemen we
het stoom. Wat gemeenschappelijk is dat in al
deze drie fasen de watermoleculen onveranderd
blijven, wat betekent dat ijs, water en stoom allemaal
dezelfde chemische formule H 2
O hebben.
Zodra een substantie van vaste naar vloeistof fase
overgaat wordt de transitieproces smelten genoemd,
en bij verder gaan naar de dampfase
wordt de transitieproces koken genoemd.
Danfoss
R64-1851.10
Als we in tegenovergestelde richting gaan om
een substantie van damp over te laten gaan in
vloeistof wordt het transitieproces condenseren
genoemd en als we verder gaan naar vaste fase
wordt de transitieproces vriezen genoemd.
Bij een constante druk vertonen de transitieprocessen
een zeer significante karakteristiek. Zodra
ijs wordt opgewarmd bij 1 bar zal de temperatuur
stijgen totdat het 0°C bereikt waarna het ijs
zal gaan smelten. Gedurende het smeltproces zal
de temperatuur niet veranderen- alle energie
overgedragen aan het mengsel van ijs en water
wordt opgenomen in het smelten van het ijs en
niet in het opwarmen van het water. Alleen wanneer
het ijs compleet gesmolten is zal de verdere
overdracht van energie zorgen voor een stijging
van de temperatuur. Hetzelfde typegedrag kan
worden vastgesteld als het water zou worden
verwamd in een open ketel. De watertemperatuur
zal stijgen totdat het 100°C bereikt waarna het
verdampen start. Gedurende het verdampingsproces
zal de watertemperatuur op 100 °C blijven.
Als al het water is verdampt zal de temperatuur
van de stoom die achter gebleven is in de ketel
gaan stijgen. De temperatuur en de druk zijn een
substantie waarvan vastgesteld kan worden of
het in vaste, vloeibare of dampvorm – of in twee
of alle drie vormen op hetzelfde moment.
In onze omgeving wordt ijzer waargenomen in
vaste vorm, water in vloeibare vorm en gasvorm
en lucht in dampvorm.
6 DKRCC.PF.000.F2.10 / 520H3375 © Danfoss A/S (RA-MC), Feb 2009

Vorming en opleiding
Koeltechniek – inleiding tot de basisbegrippen
Principiële termen
2.5 Substanties en
faseverandering (vervolg)
Verschillende substanties hebben verschillende
smelt- en kookpunten. Goud bijvoorbeeld smelt
bij 1064°C, chocolade bij 26°C en de meeste koudemiddelen
smelten bij temperaturen rond -100°C.
Voor een substantie die aanwezig is in twee fasen
op hetzelfde moment of een fase verandering
ondergaat worden druk en temperatuur afhankelijk.
Als twee fasen bestaan in een gesloten
container en ze zijn thermisch in evenwicht kan
van verzadiging worden gesproken. Als de temperatuur
van het twee fasen mengsel wordt verhoogd
zal de druk in de container ook verhogen.
De relatie tussen de druk en de temperatuur
voor verzadigde condities (vloeistof en damp)
wordt typisch de damp druk curve genoemd.
Danfoss
R64-1852.10
0 o
C
26 o
C
Door gebruik te maken van de dampdruk curve
kan worden bepaalt wat de druk is voor een verdampings-
of een condensatieproces.
Als we teruggaan naar het proces van het smel-
2.6 Latente warmte
ten van ijs dan is het van belang, dat de hoeveelheid
energie die moet worden overgedragen om
1 kg ijs te laten smelten veel groter is dan de hoeveelheid
energie die nodig is om de temperatuur
van 1 kg water met 1 K te wijzigen. In paragraaf
2.4. is de specifieke soortelijke warmte van water
gegeven als 4.187 kJ/kg. De energie die nodig is
om 1 kg ijs te smelten is 335 kJ.
Dezelfde hoeveelheid energie die 1 kg ijs kan
smelten , kan de temperatuur van 1 kg water laten
stijgen met 335 kJ/4.187 kJ/kg K = 80 K!
Als we kijken naar het kookproces van water, dan
is er 2501 kJ nodig om 1 kg water te laten verdampen.
Dezelfde hoeveelheid energie die 1 kg
water kan verdampen, kan de temperatuur van
niet 1 maar 6 kg water met 100 K laten stijgen!
Deze voorbeelden laten zien, dat de energieoverdracht
gerelateerd aan overgangsprocessen tussen
de fasen significant is. Dat is ook de reden
waarom ijs wordt gebruikt voor koeling. Het kost
een hoop energie om ijs te laten smelten, terwijl
335 kj
(80 kcal)
Danfoss
R64-1853.10
als het ijs smelt de temperatuur 0°C blijft.
Het koeleffect in het koelsysteem is gebaseerd op
het gebruik en de controle van de faseveranderingen
van verdamping. Wanneer het koudemiddel
verdampt, neemt het energie (warmte) uit
zijn omgeving op. Door een object in thermisch
contact te brengen met het verdampende koudemiddel,
kan het gekoeld worden tot lage temperaturen.
Oververhitting is een belangrijke term in de koel-
2.7 Oververhitting techniek, maar wordt helaas op verschillende manieren
gebruikt. Het kan worden gebruikt om het van de druk of de verzadigingstemperatuur is ook
met een enkele temperatuurmeting. Een meting
proces te omschrijven, waar de damp van het nodig.
koudemiddel wordt verhit van de verzadigde Oververhitting moet worden gekwalificeerd als
conditie naar een hogere temperatuur. Maar de een temperatuurverschil en daarom worden aangegeven
in K. Als het zou worden aangeduid met
term oververhitting kan ook worden gebruikt om
de eindconditie van het voorgenoemde proces te °C kan het de oorzaak zijn van fouten, waarbij de
beschrijven.
gemeten temperatuur wordt gezien als de oververhitting
en vice versa.
Oververhitting kan worden gezien als een temperatuurverschil
- tussen de temperatuur gemeten van de processen, waarbij de term overhitting
Het verdampingsproces in een koelsysteem is één
met een thermometer en de verzadigde dampspanning
gemeten met een drukmeter (gaugestuk
verder worden uitgelegd.
wordt toegepast. Dit zal in het volgende hoofdmeter).
De kenmerken van een koudemiddel kunnen wor-
Daarom kan oververhitting niet worden gemeten
© Danfoss A/S (RA-MC), Feb 2009 DKRCC.PF.000.F2.10 / 520H3375 7

Vorming en opleiding
Koeltechniek – inleiding tot de basisbegrippen
Principiële termen
2.8 Koudemiddel diagrammen
den geïllustreerd door middel van een diagram,
waarbij de primaire eigenschappen enthalpie en
druk worden gebruikt. De energie inhoud wordt
vertegenwoordigd door thermodynamische eigenschappen
van specifieke enthalpie (kwalificatie
van de verandering van energie inhoud per
massa eenheid van het koudemiddel, wanneer het
bepaalde procesverandering ondergaat in een
koelsysteem).
Een voorbeeld van een diagram gebaseerd op
specifieke enthalpie (abscissa) en druk (ordinate)
staat hieronder. Voor een koudemiddel is de typisch
toepasbare interval voor druk vrij groot, dus
wordt er voor diagrammen vaak gekozen voor een
logaritmische schaalverdeling voor druk.
Het diagram wordt zo ingedeeld, dat het een goed
beeld geeft van het vloeistof-, gas- en menggebied
van het koudemiddel. Vloeistof wordt weergegeven
aan de linkerkant van het diagram (laag
energiegehalte) - gas wordt aan de rechterkant
weergegeven (hoog energiegehalte).
Tussenin wordt het menggebied weergegeven. De
gebieden worden gescheiden door een curve, die
we de verzadigingscurve noemen. De fundamentele
verdampings- en condensatieprocessen worden
hierin weergegeven.
Het idee om een koudemiddel diagram te gebruiken,
is dat het diagram het makkelijker maakt om
het proces uit te beelden, zodat analyse en evaluatie
eenvoudiger gemaakt kunnen worden.
Wanneer het diagram gebruikt wordt voor het bepalen
van condities( temperaturen en drukken),
kan de koelcapaciteit op een simpele en snelle
manier gevonden worden in dit diagram.
Diagrammen worden nog steeds gebruikt voor
het analyseren van koelprocessen. Hoewel er tegenwoordig
al PC programma’s zijn die veel sneller
analyses kunnen geven met nog meer details.
Druk
Vloeistof
Condensatie
Mengsel van
vloeistof en damp
(verzadigd)
Verdamping
Damp
Specifieke enthalpie
energie inhoud
8 DKRCC.PF.000.F2.10 / 520H3375 © Danfoss A/S (RA-MC), Feb 2009

Vorming en opleiding
Koeltechniek – inleiding tot de basisbegrippen
3. Het koelcircuit
De natuurkundige termen met betrekking tot het
koelproces zijn in het voorgaande besproken, alhoewel
water om praktische redenen niet voor
toepassing als (direct) koelmiddel in aanmerking
komt.
In onderstaande schets is de opbouw van een
koelcircuit in de meest eenvoudige vorm weergegeven;
in de daaropvolgende hoofdstukken worden
de afzonderlijke componenten omschreven
zodat het uiteindelijke, complete concept duidelijk
zal worden.
3.1 Verdamper
Een koelmiddel in vloeibare vorm zal bij het verdampen
warmte opnemen en het is deze toestandsverandering
die leidt tot koelen in een
koelproces. Als men een koelmiddel van omgevingstemperatuur
door een leiding naar atmosferische
druk laat expanderen wordt er warmte
onttrokken aan de omgevende lucht. Er zal dan
verdamping plaats vinden bij een temperatuur
die overeenkomt met de atmosferische druk.
Als in een bepaalde situatie de druk aan de uitlaatzijde
(atmosferische druk) verandert, zal dit
resulteren in een andere temperatuur aangezien
deze, evenals de oorspronkelijke, afhankelijk is
van de druk.
Het deel van het koelcircuit waar dit proces
plaatsvindt, heet de verdamper; zijn taak bestaat
uit het onttrekken van warmte uit zijn omgeving,
m.a.w. koelen.
3.2 Compressor
Het is op economische en milieutechnische gronden
niet toegestaan het koelmiddel in de vrije atmosfeer
te laten expanderen. Het koelproces
dient dus in een gesloten circuit plaats te vinden.
Als het uit de verdamper komende koelmiddel
naar een vat wordt geleid, zal de druk in dit vat
gelijk worden aan die in de verdamper. Het gevolg
zal zijn dat de koelmiddelcirculatie ophoudt
en de temperatuur in verdamper en vat geleidelijk
die van de omgeving zal aannemen.
Teneinde een lagere druk en hiermee een lagere
temperatuur te kunnen handhaven is het noodzakelijk
damp/gas af te voeren. Dit geschiedt
door middel van de compressor die de gassen
aanzuigt uit de verdamper. Eenvoudig gezegd,
kan de compressor worden vergeleken met een
pomp voor het verplaatsen van gassen in het
koelcircuit.
In een gesloten circuit zal er altijd sprake zijn van
een evenwicht. Voorbeeld: als de compressor de
gassen sneller afzuigt dan zij in de verdamper
kunnen worden gevormd, zal de druk en zodoende
de temperatuur dalen. Of omgekeerd, als de
belasting voor de verdamper toeneemt en het
koelmiddel verdampt sneller, zullen druk en temperatuur
in de verdamper stijgen.
3.3 Compressor, werkwijze
Het koelmiddel verlaat de verdamper als verzadigd
of iets oververhit gas en gaat voor het comprimeren
naar de compressor. De compressie
gaat op dezelfde manier als in een verbrandingsmotor,
nl. door het verplaatsen van een zuiger.
De compressor heeft voor zijn arbeid, energie nodig.
Deze arbeid wordt overgebracht op de koelmiddelgassen
en heet compressie-arbeid.
Als gevolg van de compressie-arbeid verlaten de
gassen de compressor bij een andere druk en de
toegevoerde energie resulteert in een grote oververhitting
van deze (pers)gassen.
De compressie-arbeid is afhankelijk van de druk
en de temperatuur in het systeem.
Uiteraard is er meer arbeid nodig om 1 kg
(zuig)gassen tot 10 bar (at) samen te persen dan
dezelfde hoeveelheid tot 5 bar (at).
© Danfoss A/S (RA-MC), Feb 2009 DKRCC.PF.000.F2.10 / 520H3375 9

Vorming en opleiding
Koeltechniek – inleiding tot de basisbegrippen
3.4 Condensor
Het koelmiddel geeft zijn warmte af aan de condensor
en deze warmte wordt vervolgens doorgegeven
aan een medium met een lagere temperatuur.
De hoeveelheid afgegeven warmte is de
som van de in de verdamper door het koelmiddel
opgenomen warmte en de warmte die ontstaan
is door de compressie-arbeid.
Het warmte-overdragende (ontvangende) medium
kan lucht of water zijn, met als enige voorwaarde
dat de temperatuur ervan lager is dan de
temperatuur in de condensor, die overeenkomt
met de condensatiedruk.
Het proces in de condensor is overigens vergelijkbaar
met het proces in de verdamper, alleen in
omgekeerde richting. Er is hier nl. sprake van faseverandering
van damp naar vloeistof.
3.5 Expansieproces Vanuit de condensor wordt de gevormde vloeistof
naar het vloeistofvat (receiver) gevoerd. Dit
vat kan worden vergeleken met het vat zoals omschreven
in het begin van hfdst. 3.1.
De druk in de receiver is aanzienlijk hoger dan die
in de verdamper als gevolg van de drukverhoging
in de compressor. Om deze druk te reduceren
tot hetzelfde niveau als de verdampingsdruk
moet een voorziening worden aangebracht.
Het reduceerproces wordt aangeduid met «smoren»
of «expansie». De voorziening zelf is bekend
onder de naam smoororgaan of expansieorgaan.
Als regel wordt hiervoor een afsluiter gebruikt -
een smoorklep of expansieventiel.
De temperatuur van de vloeistof vóór het expansieventiel
zal enigszins onder zijn kookpunt liggen.
Bij het plotseling reduceren van de druk wordt
het bestaande evenwicht verstoord; de vloeistof
begint te koken en te verdampen. Dit verdampen
gebeurt in de verdamper en de kringloop is compleet.
3.6 Hoge- en lagedrukzijde
van de koelinstallatie
Bij het koelproces zijn vele temperatuurniveaus
betrokken, zo is er sprake van onderkoelde vloeistof,
verzadigde vloeistof, verzadigde damp en
oververhitte damp. In principe zijn er maar twee
drukniveaus: verdampingsdruk en condensatiedruk.
Een koelinstallatie – zie afbeelding – is dan
ook verdeeld in een hoge- en een lagedrukzijde.
Verdamper
Lagedrukzijde
Compressor
Expansieventiel
Hogedrukzijde
Condensor
Damp (gas)
Vloeistof/
damp
Vloeistof
10 DKRCC.PF.000.F2.10 / 520H3375 © Danfoss A/S (RA-MC), Feb 2009

Vorming en opleiding
Koeltechniek – inleiding tot de basisbegrippen
4. Het koelproces, druk/
enthalpie-diagram
Het gecondenseerde koudemiddel in de condensor
is verder afgekoeld naar een lagere temperatuur
A¹ en heeft nu een temperatuur t l
en
een enthalpie van h o
. Het koudemiddel is nu onderkoeld,
wat betekend dat het koudemiddel is
afgekoeld tot een temperatuur onder de verzadigde
vloeistoflijn.
Het gecondenseerde koudemiddel in de verdamper
is in de onderkoelde conditie A¹. De vloeistoftemperatuur
kan worden beïnvloed als de condensor
en verdamper worden verhit of afgekoeld
door de omgevingstemperatuur. Als de vloeistof
wordt gekoeld, wordt de onderkoeling vergroot
en visa versa.
Het gecondenseerde koelmiddel in de receiver
bevindt zich in toestand A op de Vloeistoflijn.
De vloeistof heeft dus een temperatuur t k
(condensatietemperatuur),
een druk P k
(condensatiedruk)
en een enthalpie h o
(warmte-inhoud).
Als de vloeistof het expansieventiel passeert, verandert
toestand A in toestand B. Deze verandering,
teweeggebracht in de kokende vloeistof, is
het gevolg van de drukdaling naar P o
. Het kookpunt
t o
zal daardoor eveneens lager komen te liggen.
Bij het expansieventiel wordt er noch warmte
onttrokken, noch toegevoerd; de enthalpie is
nog steeds h o
.
Aan de inlaatzijde van de verdamper – punt B –
bevindt zich een mengsel van vloeistof en damp;
aan de verdamperuitlaat -punt C -is dit verzadigde
damp.
Druk en temperatuur zijn hetzelfde als in punt B,
maar door het opnemen van warmte uit de omgeving
door de verdamper heeft de enthalpie de
waarde h 1
gekregen.
Als het koelmiddel de compressor passeert, verandert
de toestand van C in D. De druk stijgt tot
de condensatiedruk P k
. De temperatuur is toegenomen
tot t ov
die hoger is dan de condensatietemperatuur
t k
door de sterke oververhitting van
de (pers)gassen. Er is dus meer energie in de
vorm van warmte toegevoerd en de enthalpie is
toegenomen tot h 2
.
Bij de inlaat van de condensor – punt D – bestaat
de toestand van oververhitte damp met de druk
P k
. Door de condensor wordt warmte aan de omgeving
afgestaan, zodat de enthalpie teruggaat
naar het uitgangspunt A.
In eerste instantie is er in de condensor de verandering
van sterk oververhitte gassen naar verzadigde
damp (punt E) en vervolgens het condenseren
van het verzadigde gas. Van punt E tot punt
A blijft de temperatuur (condensatietemperatuur)
gelijk, aangezien verdamping en condensatie
beide bij constante temperatuur plaats vinden.
In de praktijk zal het koelproces in het druk/enthalpie-diagram
er anders uitzien omdat gewoonlijk
de gassen afkomstig van de verdamper
(zuiggassen) meer oververhit zijn en de vloeistoftemperatuur
vóór het expansieventiel enigszins
onderkoeld is, als gevolg van de warmte-uitwisseling
met de omgeving (of door toepassing van
een warmte-uitwisselaar).
t c = condensatie temperatuur
p c = condensatie druk
t l = vloeistof temperatuur
t 0
= verdampingstemperatuur
p 0 = verdampingsdruk
© Danfoss A/S (RA-MC), Feb 2009 DKRCC.PF.000.F2.10 / 520H3375 11

Vorming en opleiding
Koeltechniek – inleiding tot de basisbegrippen
5.
5.1
Koelmiddelen
Algemene eisen
Tijdens de uiteenzettingen van het koelproces,
zijn de koelmiddelen zelf niet ter sprake geweest,
aangezien dit voor de verklaring van de basisprincipes
niet essentieel was.
In de praktijk worden echter, al naar gelang de
toepassingen en eisen, verschillende koelmiddelen
gebruikt.
De belangrijkste eisen die aan een koelmiddel
moeten worden gesteld zijn:
Het koelmiddel mag niet giftig zijn. Als dit
niet mogelijk is, moet het een karakteristieke
geur of een toevoeging (tracer) hebben
zodat een eventuele lekkage snel wordt opgemerkt.
Het koelmiddel mag niet ontvlambaar of explosief
zijn. Als dit niet haalbaar is moet, zoals
hierboven vermeld, een tracer worden
toegevoegd.
Het koelmiddel moet een redelijk drukbereik
hebben; bij temperaturen zoals gebruikelijk
in de verdamper moet de druk, bij voorkeur,
boven de atmosferische druk liggen.
Om zwaar uitgevoerde installaties te voorkomen,
moet de druk, zoals dit geldt voor de
normale condensatiedruk niet te hoog zijn.
Een relatief hoge verdampingswarmte is
noodzakelijk zodat de warmte-ovedracht bij
een zo klein mogelijke hoeveelheid circulerend
koelmiddel plaats vindt.
Het koelmiddel moet in gasvorm een niet te
groot soortelijk volume hebben, omdat
hierdoor het slagvolume van de compressor
bij een bepaalde capaciteit vastgelegd
wordt.
Het koelmiddel moet bij de normaal in koelsystemen
heersende temperaturen en drukken
chemisch stabiel zijn.
Het koelmiddel mag niet corrosief zijn en in
vloeistof- en gasvorm de in een installatie
aanwezige onderdelen niet aantasten. .
Het koelmiddel mag de olie in de compressor
niet aantasten.
Het koelmiddel moet gemakkelijk verkrijgbaar
en hanteerbaar zijn.
De prijs moet redelijk zijn.
5.2 Halogene koelmiddelen Halogene koelmiddelen hebben altijd de aanduiding
«R», gevolgd door een nummer, bijvoorbeeld
R 11, R 12, R 22 en R 502. Zij zijn vaak bekend
onder hun handelsnamen.
De halogene koelmedia hebben navolgende eigenschappen:
Ze geven in dampvorm geen geur af en zijn
niet irriterend.
Ze zijn niet giftig, behalve in de nabijheid
van open vuur, waarbij de koelmiddeldampen
worden omgezet in o.a. zuur en het
zeer giftige fosgeengas.
Ze zijn niet corrosief.
Ze zijn niet ontvlambaar en niet explosief.
De halogene koelmedia die het meest worden
toegepast zijn:
R 134a, is een substantie uit de ethaan-groep met de
formule CH 2 FCF 3 en heeft een kookpunt van –26.1°C.
De thermodynamische eigenschappen maken dit
koudemiddel geschikt voor medium temperatuur
toepassingen, zoals huishoudelijke toepassing.
R 22, is een substantie uit de methaan-groep met
de formule CHF 2
CL en heeft een kookpunt van
-40.8°C. De thermodynamische eigenschappen maken
dit koudemiddel geschikt voor een breed bereik
in de commerciële koeling en airconditioning.
R 22 wordt in veel landen verbannen als koudemiddel,
vanwege zijn ozon vernietigende potentiaal.
R 404A/507A (ook wel bekend als R507), is een
mengsel is van de koelmiddelen R 125 (CHF 2
CF 3
)
en R143A (CH 3
CF 3
) met een kookpunt van -46.7°C,
wat lager ligt dan bij R 22. De thermodynamische
eigenschappen maken dit koelmiddel geschikt
voor lage en medium temperatuur toepassingen,
zoals in de commerciële koeling (bijvoorbeeld supermarkten).
R407C, is een mengsel van de koudemiddelen
R32 (CH 2
F 2
), R125 (CHF 2
CF 3
) en 134a (CH 2
FCF 3
) en
heeft een kookpunt van -43.6°C, wat een klein
beetje lager ligt dan bij de R 22. Zijn thermodynamische
eigenschappen maken dit koelmiddel geschikt
voor toepassingen in het medium en hoge
temperatuur in residentiële en commerciële airconditioning.
R410A, is een mengsel is van de koudemiddelen
R32 (CH 2
F 2
) en R125 (CHF 2
CF 3
) met een kookpunt
van -51.4°C, wat lager ligt dan bij R22. De thermodynamische
eigenschappen maken dit koelmiddel
geschikt voor medium en hoge temperatuur toepassingen
in residentiële en commerciële airconditioning.
Naast genoemde halogene koelmiddelen, is er
nog een lange reeks van andere soorten, die niet
zo vaak voorkomen: R23, R123, R124 og R218.
Uitgezonderd van R 22, zijn systemen met gefluoreerde
koolwaterstoffen over het algemeen gesmeerd
met polyol ester oliën (POE). Deze oliën
zijn veel gevoeliger om chemisch te reageren
met water, de zogenoemde ‘hydrolysis’ reactie.
Daarom worden tegenwoordig in de systemen
veel drogers toegepast.
5.3 Ammoniak NH 3
Het koelmiddel ammoniak NH 3
wordt veelvuldig
toegepast in grote industriële installaties. Het
kookpunt ligt op –33°C.
Ammoniak heeft zelfs in kleine concentraties in
lucht een karakteristieke geur.
Het is niet brandbaar, maar is gemengd met lucht
in de verhouding 13-28 (vol. %) explosief.
In verband met de corrosieve eigenschappen
mag in ammoniakinstallaties geen koper of een
legering hiervan, worden toegepast.
5.4 Secundaire koelmiddelen De hiervoor omschreven koelmiddelen worden tussen omgeving en verdamper, kunnen zgn.
vaak als «primaire» koelmiddelen aangeduid. Als «koudedragers», zoals water, pekel en atmosferische
verbindende schakel in de warmte-overdracht
lucht worden gebruikt.
12 DKRCC.PF.000.F2.10 / 520H3375 © Danfoss A/S (RA-MC), Feb 2009

Vorming en opleiding
Koeltechniek – inleiding tot de basisbegrippen
6. Hoofdcomponenten
van de koelinstallatie
6.1 Compressor
De taak van de compressor bestaat uit het afzuigen
van de gassen uit de verdamper en het persen
van deze gassen naar de condensor. Het
meest gebruikelijke type is de zuigercompressor;
andere uitvoeringen, zoals centrifugaal - en
schroefcompressoren, worden tegenwoordig
steeds meer toegepast.
De zuigercompressor omvat een uitgestrekt capaciteitsgebied,
van de kleine ééncylinderuitvoering
voor huishoudkoelkasten tot de 12-cylindermodellen
met groot slagvolume voor industriële
toepassingen.
In de kleinste toepassingen wordt de hermetische
(motor)compressor gebruikt, waarbij compressor
en motor als een complete hermetisch gesloten
eenheid zijn samengebouwd.
Een van de meest toegepaste compressoren in de
middelgrote installaties zijn de grotere hermetische
compressoren in zuiger- of scrolluitvoering.
De toepassingen zijn zowel, airconditioning, algemene
commerciële koeling en chillers.
Voor grotere installaties wordt meestal de semihermetische
(motor)compressor toegepast.
Zij hebben het voordeel dat asafdichtingen kunnen
worden vermeden; deze onderdelen kunnen
zeer lastig worden als zij beginnen te lekken.
Dit type compressor kan niet in ammoniak-installaties
worden gebruikt omdat de motorwikkelingen
dan zouden worden aangetast.
Nog steeds worden grotere Freon compressoren
en alle ammoniak- compressoren uitgevoerd als
«open»compressor, d.w.z. met de motor buiten
het carter van de compressor. De overbrenging
van de motor kan via directe aandrijving op de
krukas of via een V-snaaraandrijving plaats hebben.
Voor zeer speciale toepassingen bestaat de olievrije
compressor. Normaliter is smering van lagers
en cylinderwanden altijd vereist. Bij grote koelcompressoren
gebeurt de oliecirculatie met behulp
van een oliepomp.
6.2 Condensor
De taak van de condensor is het afvoeren van een
hoeveelheid warmte, gelijk aan de som van de
aan de verdamper onttrokken warmte en de
compressiewarmte. Er bestaan condensors in velerlei
uitvoeringen.
Shell and Tube condensors
Dit type wordt gebruikt in situaties met voldoende
koelwater. De condensor bestaat uit een horizontale
cylinder met opgelaste eindplaten, waarin
de binnenpijpen zijn gelast of gerold. Op de
eindplaten zijn de einddeksels bevestigd d.m.v.
bouten.
Het condenserende koelmiddel stroomt door de
mantel en het koelwater door de pijpen. De einddeksels
zijn door middel van schotten in secties
verdeeld.
Deze secties treden op als kamers die de circulatie
van het water omkeren/verdelen, zodat het
meerdere malen door de condensor kan stromen.
Als regel, warmt het water bij het passeren van
de condensor 5-10°C op.
© Danfoss A/S (RA-MC), Feb 2009 DKRCC.PF.000.F2.10 / 520H3375 13

Vorming en opleiding
Koeltechniek – inleiding tot de basisbegrippen
Hoofdcomponenten van de
koelinstallatie
6.2 Condensor
Indien het waterverbruik moet worden verminderd,
kan in plaats van de eerder besproken condensor,
een verdampingscondensor worden toegepast.
Deze condensor bestaat uit een huis met
condensorblok, waterverdeelpijpen, geleideplaten
en één of meer ventilatoren.
De warme persgassen worden aan de bovenzijde
de condensor binnengevoerd waarna zij zullen
condenseren en als vloeistof de onderzijde zullen
verlaten. Waterverdeelpijpen met sproeiers zijn
boven het condensorblok aangebracht zodat er
water over en langs het blok stroomt. De ventilator
zorgt voor een krachtige circulatie van lucht
over het blok.
Als de vallende druppels water in aanraking komen
met de opgaande luchtstroom, zal een hoeveelheid
water verdampen. De hiervoor benodigde
verdampingswarmte wordt geleverd door het
condensorblok, waardoor de persgassen zullen
condenseren tot vloeistof.
1. Ventilator
2. Druppelvanger
3. Omkasting
4. Oververhittingsspiraal
5. Condensorpijpen
6. Luchtinlaat
7. Verzamelbak
8. Overstroomleiding
9. Waterverdeelleiding
10. Watercirculatiepomp
11. Luchtinlaat
Het principe van het verdampen van water wordt
ook toegepast bij koeltorens. Zij worden geïnstalleerd
in gevallen waarin het plaatsen van Shell
and Tube condensors in de nabijheid van de
compressor is gewenst. Het water van de koeltoren
circuleert in een circuit tussen condensor en
toren.
In principe heeft de koeltoren dezelfde constructie
ais de verdampingscondensor, maar in plaats
van het condensorblok, bestaande uit leidingen,
is er een grotere hoeveelheid geleideplaten (ook
wel vulling geheten) aangebracht. Tijdens het
doorstromen door de toren komt de lucht in direct
contact met fijn verdeeld naar beneden vallend
water. De lucht kan hierdoor een toenemende,
gedeeltelijk van verdamping afkomstige hoeveelheid
vocht opnemen, waardoor warmte aan
het condensorwater wordt onttrokken. Het waterverlies
als gevolg van verdamping, wordt door
suppletie aangevuld.
1. Ventilator
2. Druppelvanger
3. Omkasting
4. Sproeikop
6. Luchtinlaat
7. Verzamelbak
8. Overstroomleiding
9. Koelwater vanaf condensor
10. Luchtinlaat
11. Koelwaterretour naar condensor
14 DKRCC.PF.000.F2.10 / 520H3375 © Danfoss A/S (RA-MC), Feb 2009

Vorming en opleiding
Koeltechniek – inleiding tot de basisbegrippen
Hoofdcomponenten van de
koelinstallatie
6.2 Condensor
Door gebruik te maken van verdampingscondensors
of koeltorens kan, in vergelijking met Shell
and Tube condensors, 90-95% op het waterverbruik
worden bespaard.
Om bepaalde redenen kan voor het condensatieproces
niet altijd water worden gebruikt. Er moet
dan worden teruggevallen op een lucht- gekoelde
condensor. Aangezien lucht, in vergelijking
met water een slechte warmte-overdracht heeft,
is er aan de buitenzijde van de condensorpijpen
een groot oppervlak nodig. Daarom worden op
de pijpen grote ribben of vinnen (lamellen) geplaatst
en wordt tevens gebruik gemaakt van
toereikende mechanische luchtcirculatie, waardoor
ook de warmteoverdracht wordt verbeterd.
6.3 Expansieorgaan De belangrijkste taak van het expansieorgaan bestaat
uit het zeker stellen van voldoende verschil
in druk tussen de hoge- en lagedrukzijde van het
systeem.
De eenvoudigste manier is het aanbrengen van
een leiding met kleine diameter, een zgn. expansiecapillair
tussen de condensor en de verdamper.
Het expansiecapillair wordt echter uitsluitend
toegepast in kleine, eenvoudige meubelen zoals
koelkasten e.d., aangezien het niet in staat is de
hoeveelheid in de verdamper in te spuiten vloeistof
te regelen. Voor dit proces moet dan ook een
regelafsluiter worden genomen; het meest gebruikelijke
hiervoor is het thermostatische expansieventiel,
bestaande uit een ventielhuis, een capillaire
leiding en een voeler. Het ventielhuis bevindt
zich in de vloeistofleiding en de voeler is
geplaatst op de uittrede van de verdamper.
1. Inlaat met filter
2. Kegel
3. Uitlaat
4. Egalisatie-opening
5. Aansluiting voor drukvereffening
6. Veerhuis
7. Membraan
8. Capillair
9. Spindel voor instellen van de
veerspanning (oververhitting)
10. Voeler
In de onderstaande afbeelding is een verdamper
met een thermostatisch expansieventiel weergegeven.
In een deel van de voeler van het ventiel
bevindt zich een kleine hoeveelheid vloeistof. De
rest van de voeler, de capillaire leiding en de
ruimte boven het membraan in het ventielhuis
zijn gevuld met verzadigde damp met een druk
overeenkomende met de temperatuur van de
voeler. De ruimte onder het membraan staat in
verbinding met de verdamper, zodat de druk
hierin gelijk is aan de verdamperdruk.
© Danfoss A/S (RA-MC), Feb 2009 DKRCC.PF.000.F2.10 / 520H3375 15

Vorming en opleiding
Koeltechniek – inleiding tot de basisbegrippen
Hoofdcomponenten van de
koelinstallatie
6.3 Expansieorgaan
De mate van opening (openingsgraad) van het
ventiel wordt bepaald door:
de druk boven op het membraanoppervlak
die wordt bepaald door de temperatuur van
de voeler.
de druk onder het membraan die gelijk is
aan de verdampingsdruk.
de druk van de veer op de onderzijde van
het membraan.
Tijdens normaal bedrijf zal alle vloeistof ergens in
het laatste gedeelte van de verdamper verdampt
zijn. De verzadigde gassen zullen bij het passeren
van het laatste gedeelte oververhit raken. De
voelertemperatuur is dan de verdampingstemperatuur
plus de oververhitting; bij b.v. –10°C verdampingstemperatuur
zal de temperatuur van de
voeler 0°C bedragen.
Ingeval de verdamper te weinig koelmiddel krijgt
toegevoerd, zal de oververhitting van de gassen
groter zijn en zal de temperatuur in de verdamperuittrede
stijgen. De voelertemperatuur gaat
omhoog en daardoor ook de druk van het voelerelement
omdat een groter gedeelte van de vulling
zal verdampen. Als gevolg van de druktoename
wordt het membraan omlaag gedrukt, het
ventiel begint te openen of gaat verder open en
de verdamper krijgt vloeistof ingespoten. Op gelijke
wijze zal het ventiel sluiten als de voelertemperatuur
daalt.
Thermostatische expansieventielen worden in
vele uitvoeringen geproduceerd; uiteraard zijn
andere versies mogelijk, maar uiteenzettingen
hierover zouden buiten het kader van dit boek
vallen.
6.4 Verdampingssystemen
Al naar gelang de toepassing kunnen aan verdampers
ander eisen worden gesteld. Zij worden
dan ook in talrijke versies vervaardigd.
Verdampers voor natuurlijke luchtcirculatie worden
steeds minder toegepast in verband met hun relatief
slechte warmteoverdracht tussen de lucht
en de pijpen. De allereerste versies bestonden alleen
uit pijpen, maar tegenwoordig worden verdampers
met ribbenbuis of met pijpen voorzien
van lamellen gebruikt.
De capaciteit van een verdamper kan aanzienlijk
worden verhoogd door gebruik te maken van geforceerde
luchtcirculatie. Er is dan sprake van de
zgn. ventilatorverdamper. Als gevolg van de hogere
luchtsnelheid, is de warmteoverdracht tussen
lucht en pijp heter geworden, waardoor er
voor een bepaalde koelcapaciteit minder verdamperoppervlak
nodig is dan bij verdampers
voor natuurlijke luchtcirculatie.
Uit de naam vloeistofkoeler volgt reeds de functie.
Het eenvoudigste voorbeeld is een koelleiding,
al of niet in de vorm van een spiraal, in een
open bak; gesloten systemen zijn echter steeds
meer gebruikelijk. De uitvoering van de huidige
vloeistofkoeler komt in principe overeen met de
Shell and Tube condensor.
Pijpverdamper
Lamellenverdamper
Ribbenbuisverdamper
16 DKRCC.PF.000.F2.10 / 520H3375 © Danfoss A/S (RA-MC), Feb 2009

Vorming en opleiding
Koeltechniek – inleiding tot de basisbegrippen
7. De opbouw van een
koelinstallatie in de
praktijk
In afb. A wordt het principe van een koelinstallatie
voor een eenvoudige bewaarcel, zoals deze
voorkomen bij slagerswinkels en supermarkten,
weergegeven.
Het koelaggregaat kan bijvoorbeeld worden opgesteld
in een aangrenzende opslagruimte met
een in- en uitlaat naar de buitenlucht. Een dergelijk
aggregaat kan bestaan uit een door een
V-snaar aangedreven compressor en een elektromotor.
Daarnaast staan op het frame een luchtgekoelde
condensor en een vloeistofvat. Op de as
van de elektromotor is een ventilatorblad aangebracht,
zodat er lucht door de condensor wordt
gevoerd en de elektromotor gekoeld wordt. De
verbinding tussen compressor en condensor
wordt aangeduid als de persleiding.
Het grootste gedeelte van de compressoren die
worden gebruikt, zijn semi-hermetische of hermetische
uitvoeringen.
Vanaf het vloeistofvat gaat een niet-geïsoleerde
leiding - de vloeistofleiding - naar de koelbewaarcel;
in deze leiding is vóór de verdamperinlaat het
thermostatische expansieventiel gemonteerd. De
verdamper is vervaardigd van pijpen en daarop
geperste lamellen -de afstand tussen de lamellen
is vrij klein.
De verdamper is uitgerust met een ventilator
(met elektromotor) voor de geforceerde luchtcirculatie
en een lekbak. Van de verdamperuittrede
gaat een leiding -de zuigleiding -terug naar de
compressor. De diameter van de zuigleiding is
enigszins groter dan die van de vloeistofleiding,
aangezien er gassen doorstromen. Ook is de
zuigleiding, in de regel, geïsoleerd.
Thermostatisch expansieventiel
Ventilator
Verdamper
Lekbak
Koelbewaarcel
Vloeistofleiding
Persleiding
Condensor
Zuigleiding
Compressor
Frame
Fig. A
Koelaggregaat
© Danfoss A/S (RA-MC), Feb 2009 DKRCC.PF.000.F2.10 / 520H3375 17

Vorming en opleiding
Koeltechniek – inleiding tot de basisbegrippen
De opbouw van een koelinstallatie
in de praktijk
Afb. B geeft wat meer duidelijkheid over de tijdens
bedrijf in een dergelijk systeem optredende
temperaturen. Bij de compressoruittrede bedraagt
de druk 8,5 bar (ata) en de temperatuur is
60°C door de aanwezigheid van oververhitte gassen.
De temperatuur in het bovengedeelte van
de condensor zal snel dalen tot de verzadigingstemperatuur,
die bij de gegeven druk 34°C bedraagt.
De druk aan de uitlaat van de receiver zal hier ongeveer
gelijk aan zijn; de vloeistof zal reeds enige
onderkoeling hebben omdat de temperatuur
met 2°C tot 32°C is gedaald.
In de verdamper is er een druk van 2,2 bar (ata)
en een verdampingstemperatuur van –10°C. In
het laatste gedeelte van de verdamper worden
de gassen oververhit waardoor de temperatuur
bij de voeler van het thermostatische expansieventiel
+2°C bedraagt, hetgeen overeenkomt met
de op het ventiel ingestelde oververhitting.
Zoals uit de afbeelding blijkt, varieert de temperatuur
van de lucht; op zijn weg door de cel
neemt de lucht warmte op uit de opgeslagen
produkten, uit de wanden, vloer, plafond. enz. De
temperatuur van de over de condensor gevoerde
lucht hangt af van het jaargetijde.
Een koelinstallatie moet worden gedimensioneerd
op de te verwachten, grootste belasting.
Teneinde kleinere belastingen te kunnen verwerken,
moet de installatie zijn voorzien van faciliteiten
om de capaciteit aan te passen. Het proces
waarin dergelijke aanpassingen worden gerealiseerd
heet regeling, wat exact het doel is waarvoor
de automatische regelapparatuur van
Danfoss is bestemd. Hierop nader in te gaan, valt
echter buiten het kader van dit boek.
Fig. B
R134a
18 DKRCC.PF.000.F2.10 / 520H3375 © Danfoss A/S (RA-MC), Feb 2009

Aantekeningen
19

Aantekeningen
20

Het Danfoss productassortiment voor
de koel- en luchtbehandelingsindustrie
Danfoss Refrigeration & Air Conditioning is
een internationale fabrikant met een leidende
positie in industriële, commerciële en supermarktkoeling
alsmede oplossingen voor luchtbehandeling
en klimaatbeheersing.
We stellen ons primair tot doel om kwaliteitsproducten,
componenten en systemen te leveren
voor hogere prestaties en lagere totale
levenscycluskosten – de sleutel tot aanzienlijke
besparingen.
Regelapparatuur voor
commerciële koeling
Regelapparatuur voor
industriële koeling
Elektronische regelaars
& sensoren
Industriële
automatisatie
Compressoren voor
huishoudelijk gebruik
Commerciële
compressoren
Samengestelde
componenten
Thermostaten
Warmtewisselaars
We bieden een van de uitgebreidste assortimenten innovatieve componenten en
systemen voor koeling en luchtbehandeling ter wereld, en dit alles vanuit één bron.
Bovendien worden technische oplossingen altijd ondersteund door een
bedrijfsoplossing om uw bedrijf te helpen om kosten te reduceren,
processen te stroomlijnen en uw bedrijfsdoelen te realiseren.
Danfoss A/S • www.danfoss.com
Danfoss NV www.danfoss.be
Danfoss BV www.danfoss.nl
Danfoss B.V • Admiraal Lucashof 3 • Postbus 218 • 3100 AE Schiedam • Tel: 010 249 21 45 • Fax: 010 249 21 41 • ra@danfoss.nl • www.danfoss.nl
DKRCC.PF.000.F2.10 / 520H3375
Produced by Danfoss A/S © (RA-MC) Feb 2009