Drift og vedlikehold av kuldeanlegg og varmepumper 8205274649 [PDF]

Zitiervorschau

Rolv Rasmussen

Drift og vedlikehold av kuldeanlegg og varmepumper Teknisk fagskole Bokmål/nynorsk

Gyldendal Yrkesopplæring

©

Gyldendal Norsk Forlag AS 2000 1. utgave, 1. opplag 2000 Læreboka er godkjent av Nasjonalt læremiddelsenter i mai 2000 til bruk i teknisk fag­ skole, linje for maskinfag, fordypningsområde kuldeteknikk, modul 1. Godkjenningen er knyttet til fastsatt læreplan av november 1998, og gjelder så lenge læreplanen er gyldig. Nynorskdelen er oversatt av Jan og Tove Gausemel

Illustrasjoner: P&O deSign ved Bjørn Range Omslag: Cover Design as, Reidar Gjørven Sats: laboremus prepress as Trykk: GCS as, Oslo 2000 ISBN 82-05-27464-9

Alle henvendelser om forlagets utgivelser kan rettes til: Gyldendal Yrkesopplæring Postboks 6860 St. Olavs plass 0130 OSLO Telefon 22 99 05 10 E-post: [email protected] http://www.gyldendal.no/yrkesopplaring

Det må ikke kopieres fra denne bok i strid med åndsverkloven eller i strid med avtaler om kopiering inngått med KOPINOR, Interesseorgan for rettighetshavere til åndsverk. Kopiering i strid med lov eller avtale kan medføre erstatningsansvar og inndragning, og kan straffes med bøter eller fengsel.

I denne boka er ca. 40% skrevet på nynorsk og 60% på bokmål i henhold til brev av 28.01.87 fra Kirke- og undervisningsdepartementet.

Forord

Boka er skrevet for å dekke læreplanen for Drift og vedlikehold av kul­ deanlegg og varmepumper på teknisk fagskole, linje for maskinfag. Den er også nyttig som oppslagsbok for dem som arbeider med drift og vedlikehold av kuldeanlegg og varmepumper.

Faget kuldeteknikk har fatt stadig økende betydning. Det har også fatt økt oppmerksomhet, og krav til miljøutslipp har kommet mer i fokus. Miljøutfordringene krever nytenking, og det kreves kunnskap på tvers av faggrensene. Jeg vil bruke anledningen til å takke Det Norske Maskinistforbund for økonomisk støtte til kjøp av skanner. Jeg vil også takke Frigoterm ved Morten Samuelsen for hjelp med illustrasjoner og diagrammer, og alle andre for bidrag som har gjort boka mulig.

Oslo, september 2000 Rolv Rasmussen

3

Innhold

Forord 3 Kapittel 1

Litt historikk og en kuldeteknisk over­ sikt 9 Metoder for kjøling 10 Åpne prosesser 11 Ekspansjonsprosesser 11 Fordampningsprosesser 12 Kompressoranlegg 13 Absorpsjonsanlegg 14 Ejektoranlegg 14 Kuldeanleggenes bruksområder 15 Grunnleggende prinsipper ved kuldeteknikken 17 Sirkelprosessen 18

Fordamperen 87 Kompressoren 88 Vekselstrøms- og likestrømskompressorer 89 Kapasitetsregulering av stempelkompressoren 95 Semihermetiske kompressorer 96 Hermetiske kompressorer 97 Skruekompressoren 97 Sentrifogalkompressorer 99 Kondensatorer (kondensere) 105 Kuldemediebeholder 109 Fordampere 109 Rørføringer og dimensjonering 114 Trykktap i røranlegg 115 Dimensjonering av termostatisk ekspansjonsventil 125

Kapittel 2

Kapittel 5

Kulde- og varmeprossesser 20

Stempel- kompressoren 128

Energi = anergi + eksergi 20 Mollierdiagram 24 Virkningsgrader 35 Kapittel 3

Klimateknikk 47 Luft og luftfuktighet 47 Diagrammer for fuktig luft 49 Den relative fuktigheten 52 Relativ og absolutt fuktighet 53 Vanndampens trykk 55 Luftkondisjoneringsanlegg 58 Inntaksrister 58 Frostsikringsspjeld 59 Filtre 59 Vann-glykol-batterier 60 Varmepumpegjenvinnere 60 Varmevekslere 60 Kuldebatterier 61 Fuktere 62 Vifter 66 Kapittel 4

Kuldetekniske anlegg 84 Definisjon av kuldebegreper 84 Kompressorkuldeanlegg 85

Kapittel 6

Kuldekomponenter 140 Reguleringsventiler 140 Pressostater 149 Oljetrykkspressostat (differansepressostat) 151 Termostat 152 Varmeveksler 154 Oljeutskiller 155 Seglass (fuktighetsindikator) 156 Magnetventiler 157 Sikkerhetsventil 159 Tilbakeslagsventil 160 Luftutskiller 160 Sugetrykksregulator 162 Fordampertrykksregulator 162 Kapasitetsregulator 163 Væskefilter 164 Kapittel 7

Varmepumpe 167 Utformingen av anlegget 171 Styring og regulering 176 Sammenligning av ulike varmekilder og energi­ former for oppvarmingsformål 178

Innhold

5

Kapittel 8

Totrinnsanlegg 187 Totrinns kompresjonskuldeanlegg 187 Kaskadeanlegg 191

Periodisk kontroll 266 Å leite etter lekkasje 266 Smørjeoljane 267 Kontroll av kondensatorar 271 Avrimingsautomatikk 275

Kapittel 9

Spesielle kuldetekniske anlegg 192 Hovedmetoder 192 Kjøle- og frysekonteinere 194 Friskluftventilasjon 195 Frysetunneler 196 Kuldeanlegg for gasstankere og kjølelast 197 Gasskip 201 Brannfare og forholdsregler mot brann 204 Pumper 205 Hermetiske kuldemediepumper 207 Kapittel 10

Isolering 212 Isolasjon 212 Isolasjonsmaterialer 216 Kapittel 11

Lydisolering 221 Lyd og lydforplantning 221 Kapittel 12

Kuldebehov og varmebehandling 226 Kuldebehov 226 Kapittel 13

Kuldemedier233 Lagring av kuldemediet 234 Kapittel 14

Oppsamling av kuldemedium 245 Kapittel 15

Anlegg og arrangement 254 Direkte kuldeanlegg 258 Indirekte kuldeanlegg 258 Sekundære kuldemedium 259 Glykolløysning Antifrogen L 260 Kokepunkt for Antifrogen L-løysningar 261 Frysepunkt for Antifrogen L-løysningar 261 Glykolløysning Antifrogen N 262 Glykol 262 Kontroll av pH-verdien til laken 263 Kapittel 16

Optimal drift og vedlikehald av kulde­ anlegg 264 Optimalisering av kuldeytinga 264 Klargjering og oppstart 264 Drift 265 Stopp av kuldeanlegg 266

6

Innhold

Kapittel 17

Automatisk utstyr med regulering 288 Kapillarrør 288 Temperaturstyring ved hjelp av termostat 290 Handregulering av eit kuldeanlegg 294 Sugetrykksregulator 296 Fordampartrykksregulator 298 Kuldeanlegg med fryserom og kjølerom 299 Termostatiske regulatorar 300 Termostatisk innsprøytingsventil 300 Dei viktigaste ventilane i eit kuldeanlegg 301 Regulering av kondensatortrykk 302 Vasskjølte kondensatorar 303 PLS-styring 304 Ferdigprogrammerte funksjonar 311 Ulike programstrukturar 311 Utgangar 314 Visualisering og dokumentasjon 315 PLS (programmerbar logisk styring) som stegkoplar 318 Sikringsautomatikk for kuldeanlegg 319 Kapittel 18

Rør og røropplegg 322 Rør og rørføringar 322 Rørlegging 324 Montering av kuldeanlegg 328 Vakuumering 328 Vatn i dampform 330 Tørkemiddel 334 Fare for stumfylling 342 Oljepåfylling 342 Smørjeoljar 344 Olje i kuldeanlegget 345 Oljeutskiljar 346 Koparplettering 346 Lekkasjesøking 347 Kapittel 19

Verktøy og verneutstyr 348 Berbart lite autogenapparat 348 Klesplagg og briller 348 Verneutstyr 354 Kapittel 20

Kvifor treng vi ein styrekrins? 356 Diodar 356 Transistor 358 Tyristoren 359

Triac og diac 360 Reléstyringar 360 Logiske styringar (digitalteknikk) 361 PLS - programmerbare logiske system 362 PC med inngangs- og utgangskort 363 Andre elektroniske system 364 Stegkoplar 365 Bruk av PLS-utstyr til automatisering av kulde­ anlegg 368 PLS-skjema 370 Temperatur 375 Motstandselement (RTD) 376 PTlOO-elementet 378 Infraraud temperatursensor 384 Tilkopling på den analoge inngangen på PLSen 385 Transmitter 385 Spesialmodul på PLS-en 387 Trykk 387 Induktiv detektor 388 Gassmengder 389 Kapittel 21

Elektroteknikk 390 Ohms lov 390 Elektrisk spenning 390 Elektrisk straum 391 Ohms lov 392 Vekselstraumsmotorar 393 Frekvensomformarar (turtalsregulering) 398 Kontaktorar og relé 400 Termisk bimetallrelé 401 Straumskjema for motorvern 404 Tryggleik ved arbeid med lågspentanlegg 410 Dersom ulykka skjer 412 Feilsøking 413 Hermetiske system 414 Straumrelé 415 Start- og driftskondensator 415 Kontroll av startkondensatorar 416 Elektromotorar med hermetiske og semihermetiske kompressorar 417 Oppgaver 419 Blandede spørsmål med svar 419 Oppgaver uten løsninger 435 Ordliste 441 Vedlegg 442 Stikkord 473

Innhold

7

Kapittel 1

Litt historikk og en kuldeteknisk oversikt

Det er vanskelig å tenke seg vårt moderne samfunn uten kuldeteknik­ ken. Den bruker vi i næringsmiddelindustrien, den kjemiske industri­ en, oljeindustrien, fly- og bilindustrien, tekstilindustrien, bygnings­ industrien, legemiddelindustrien osv. Vi bruker den ved transport av flytende gasser og i klimaanlegg (luftkondisjoneringsanlegg). Det var rundt år 1600 en oppdaget at en blanding av snø og salt sen­ ket temperaturen nok til at vann frøs. I 1834 kom det første kulde­ anlegget som var kompressordrevet. Det ble bygd i London av Jacob Perkins. Han brukte eter som kuldemedium. I 1873 kom dr. Carl Linde med et kompressorkuldeanlegg, som hadde ammoniakk som kuldemedium (R-717). Allerede i 1931 ble R-12 innført som kulde­ medium. Etter hvert er det utviklet nye metoder, for eksempel frysetørring av matvarer og medisiner og frysing av varer ved hjelp av fly­ tende nitrogen.

I termoelektrisk kjøling utnytter vi det vi kaller peltiereffekten. Når det går strøm gjennom et kontaktpunkt mellom to forskjellige metal­ ler, blir det frigjort eller absorbert varme ved kontaktpunktet, alt etter retningen på strømmen. Da en fant opp R-12, ble det sett på som det perfekte kuldemediet, og dette har ikke endret seg. Men hvorfor er det da forbudt å bruke R-12 og de andre KFK-mediene? Årsaken er at en mener disse kuldemediene er skadelige for ozonlaget.

Ved utfasing av de kjente KFK- og HKFK-kuldemediene er det blitt utviklet en rekke kuldemedier til erstatning. I en overgangsperiode er det utviklet en del såkalte «drop-in»-løsninger. Et «drop-in»-kuldemedium er et medium som direkte kan erstatte et annet medium inntil en har funnet en mer permanent løsning. I stedet for R-12 har vi fått et annet produkt (R-134a), men det har en del begrensninger

Litt historikk og en kuldeteknisk oversikt

9

og miljømessige ulemper. R-134a har vært på markedet en tid, men en ser på dette mediet som en erstatning.

HKFK-mediet R-22 skal brukes i en overgangsperiode slik at en ras­ kest mulig skal få bort R-12. USA er svært avhengig av HKFK, og her bruker de halvparten av all R-22 i verden. Salget av gjenvunnet KFK opphører i 2000. Men det vil fremdeles være tillatt å bruke KFK i kuldeanlegg. HKFK i nye anlegg kommer sannsynligvis til å bli forbudt i 2001, og importen skal gradvis redu­ seres fram til fullstendig stans i 2010.

Metoder for kjøling I de kuldeprosessene vi kjenner fra kjøleskap, kulde- og fryseanlegg og klimaanlegg, skjer kjølingen på den måten at vi får en væske til å for­ dampe. Når en væske fordamper, kreves det varme, og denne varmen blir tatt fra omgivelsene. Dette erfarer vi for eksempel når vi bader om sommeren. Når vi kommer opp av vannet, føles det kjølig. Grunnen er at vannet som fordamper, tar varme fra kroppen vår, som dermed blir avkjølt. Men når vannet har fordampet, føles det ikke kaldt len­ ger.

Figur 1.1 Prinsipp for å fa en kuldeprosess i gang

Idet et medium går over til damp, trekker det store mengder energi (varme) ut av varmekilden uten at temperaturen i mediet øker. For å forstå hvordan et kuldeanlegg virker, må vi ha kjennskap til de grunnleggende begrepene i kuldeteknikken. Med kjøling mener vi å

10

Litt historikk og en kuldeteknisk oversikt

fjerne varme fra ting, altså at for eksempel et klimaanlegg fjerner varme fra lufta rundt. Denne prosessen blir forenklet ved hjelp av en naturlov: Varme beveger seg alltid fra en varm gjenstand til en kald gjenstand.

I en boks med is vil smeltevannet føre varme ut av boksen. Det samme gjør damp eller gass som stiger opp fra væskeoverflaten. Nå er vann så billig at det ikke gjør noe om det renner vekk. Men kuldemedier er for dyre til at vi bare lar dem forsvinne opp i lufta, og det er heller ikke særlig miljøvennlig. Derfor gjenvinner vi et kuldemedium ved at vi setter det under trykk. Da kondensatorer dampen til væske, og vi kan bruke den på nytt. Hvordan det gjøres, kan du se på den enkle prinsippskissen på figur 1.1.

Åpne prosesser Den enkleste måten en kuldeytelse kan skaffes fram på, er ved en «engangsprosess» i et åpent system. Vi kan fordampe en lettfordampelig væske eller sublimere et fast stoff (tørr is) idet vi lar dampen gå opp i atmosfæren. Vi kan også smelte et fast stoff (is) eller en kuldeblanding (av is og salt) idet vi gjør bruk av smeltevarmen. I alle disse prosessene utnytter vi den energien som finnes akkumulert i de stoffene vi bru­ ker, og i form av et avvik fra likevekt med omgivelsene. De åpne pro­ sessene egner seg fortrinnsvis for transportkjøling. Is i forbindelse med forskjellige salter danner effektive kuldeblandinger, og vi kan komme ned i til dels svært lave temperaturer med dem. Når næ­ ringsmidler som fisk og grønnsaker skal holdes friske uten frysing, er is det naturlige middelet å bruke. I tillegg til kuldevirkningen holder varene seg fuktige slik at vi unngår uttørking.

Ekspansjonsprosesser Ved ekspansjonsprosesser bruker vi kuldemedier (oftest luft) i sirkelprosessen. Ved ekspansjonsprosessen har vi kuldemedier som oftest ikke blir kondensert. Kuldedanningen skjer i stedet ved at kuldemediet far ekspandere under et avgitt arbeid. Prosessen skjer ikke ved konstant temperatur. En kaldluftmaskin er et eksempel på en ekspansjonsprosess.

Åpne prosesser

11

Kjøler

Figur 1.2 Prinsippskjema for en kaldlufimaskin

Figuren ovenfor viser et forenklet skjema av denne typen. Den arbei­ der i en sirkelprosess, som er forandringen i den prosessen som fore­ går i en gassturbin. Systemet er et åpent kretsløp og bruker luft som arbeidsmedium. Lufta blir sugd inn fra det området som skal kjøles. Lufta som blir varmet opp gjennom kompresjonen, blir ført tilbake til en kjøler, der varmen blir avgitt til omgivelsene. Fra varmeveksleren blir lufta ført til en ekspansjonsmaskin, hvor den ekspanderer og temperaturen blir mye lavere. Den avkjølte lufta blir ført tilbake til det området som skal kjøles. Systemets driveffekt utgjør forskjellen mellom kompressorens og ekspansjonsmaskinens effekt. En bruker vanligvis flytende luftanlegg (N ) for å komme ned i lave temperaturer og for kondensering av vanskelig kondenserbare gasser (luft -191 °C, hydrogen -253 °C og helium -269 °C).

Fordampningsprosesser Det er vanlig å bruke betegnelsen fordampningsprosess i de tilfellene hvor kuldemediet forekommer i flytende form, og da ved høye og lave temperaturnivåer. I mange tilfeller kan en oppta kuldeytelsen og avgi varmen til omgivelsene ved en nesten konstant temperatur.

En slik fordampningsprosess i sin enkleste form er vist på figur 1.3.

12

Litt historikk og en kuldeteknisk oversikt

Figur 1.3 Et åpent system fordampningskuldeanlegg

Kompressoranlegg I et kompressoranlegg bruker en en eller annen type mekanisk kom­ pressor for å øke trykket på kuldemediedampen, slik at den kan kon­ densere ved omgivelsestemperatur. I en kompresjonsprosess hører en kompressor med til systemet. Kompressoren kan være en stempelkompressor, en rotasjonskompressor, en turbokompressor eller en kompressor av ejektortypen. Figur 1A viser skjematisk et enkelt kom­ pressoranlegg. Lavtrykk

Høytrykk Varm gass

Figur 1.4 Kompressor­ anlegg

Pk

Po

Kald damp

Ekspansjonsventil

Kompressoren arbeider mellom to trykk, P og Pk, der Po < P. Kom­ pressoren suger kuldemediedamp av trykket P fra fordamperen, som

Kompressoranlegg

13

komprimerer den og trykker den inn på kondensatoren. I kondensa­ toren er trykket Pk så høyt at kuldemediet kan kondensere. Trykket i kondensatoren blir bestemt av den rådende kjølevanns- eller kjølelufttemperaturen. Ved kondensering blir varmemengden O frigjort, og den tas opp av kjølevannet eller kjølelufta. Vann- eller lufttempe­ raturen må derfor være lavere enn den metningstemperaturen kulde­ mediet har ved det rådende trykket P . Kuldemedievæsken som dan­ nes i kondensatoren, blir ledet gjennom ekspansjonsventilen til fordamperen.

I ekspansjonsventilen skjer det en ekspansjon fra trykket Pk til tryk­ ket P. Trykket i fordamperen er nå så lavt at kuldemedievæsken for­ damper ved en temperatur som er lavere enn den vi har i kondensa­ toren.

Absorpsjonsanlegg Absorpsjonsanleggene skiller seg fra kompressoranleggene ved at kompressoren er erstattet med en «termisk kompressor».

Figur 1.5 Absorpsjons­ anlegg

Figuren viser systemet for et ammoniakkvannanlegg. Kokeren er den «termiske kompressoren» som kan varmes med damp eller elektrisi­ tet. Ammoniakkdampene som drives ut, blir kondensert i kondensa­ toren og passerer en reguleringsventil (2), og væsken blir ledet inn på fordamperen. Deretter blir dampene som dannes, absorbert i absorbatoren, der kondensasjonsvarmen fjernes med kjølevannet. Den ammoniakkrike løsningen fra absorbatoren blir ført inn i kokeren med en pumpe, mens den «fattige», det vil si den utkokte løsningen, blir ført tilbake til absorbatoren gjennom reguleringsventilen (1).

Ejektoranlegg I et ejektoranlegg, se figur 1.6, arbeider anlegget med vann som kul­ demedium. Så bruker vi en dampstråle for å suge dampen opp fra for-

14

Litt historikk og en kuldeteknisk oversikt

damperen og komprimerer den til kondenseringstrykket. Den drivende dampen har vanligvis et trykk på mellom 2 og 10 bar og ek­ spanderer i en dyse ned til fordampertrykket. Den frie strålen etter dy­ sen river deretter med seg dampen som er dannet i fordamperen. Det skjer en blanding, og hastigheten til strålen blir redusert. Den resulte­ rende blandingshastigheten blir så omsatt til en trykkstigning i et ko­ nisk rørstykke, diffusoren, som står i direkte forbindelse med kondensatoren. Hele systemet står under vakuum, fordi trykket til vanndampen ved en fordampningstemperatur på litt over 0°C er på 0,01 bara og ved en kondenseringstemperatur på 30°C ca. 0,5 bara. Det er umulig å hindre helt at uønsket luft trenger inn. Derfor må vi stadig suge luft ut av anlegget ved hjelp av små ejektorer.

Figur 1.6 Prinsippetfor et ejektoranlegg

Ejektoranleggene er svært robuste og driftssikre, men de er uøkonomiske på grunn av et stort dampforbruk.

Kuldeanleggenes bruksområder I dag har kuldeteknikken en svært viktig funksjon på mange områder i vårt moderne samfunn. Kommersielle anlegg (kjøle- og fryseanlegg)

I kjøle- og fryselagrene er det nødvendig med store anlegg for at ned­ frysingen skal gå fort, og for at kvaliteten på matvarer ikke skal redu­ seres. Mindre kuldeanlegg (kjøleskap, fryseskap og frysebokser)

De aller fleste norske hjem har i dag et kjøleskap, og svært mange har i tillegg et fryseskap eller en fryseboks.

Klimaanlegg i kjøretøy Moderne lastebiler, gravemaskiner, traktorer og personbiler er i dag ofte utstyrt med klimaanlegg.

Kuldeanleggenes bruksområder

15

Kjøle- og frysemøbler I detaljhandelen stiller de ut matvarer i forskjellige typer kjøle- og fry­ semøbler på en slik måte at forbrukerne skal få et best mulig inntrykk av varene. Det finnes typer som er åpne, andre som har glassdører, og noen som er en kombinasjon av disse to typene. Vi har både svale-, kjøle- og frysemøbler. Svalemøblene bruker vi mest til frukt og grønnsaker og kjølemøblene til ferskvarer, som myndighetene og pro­ dusentene forlanger skal være nedkjølt. Frysere bruker vi til produkter som skal være frosset.

Meierier Hovedproduktene her er melk, ost og iskrem. Ved pasteurisering av melk hever vi temperaturen til 73 °C, og etterpå avkjøler vi den til 3— 4 °C. Når vi produserer iskrem, avkjøler vi først fløten til -16 °C, og deretter har vi den i former der det er -40 °C. Når vi har ost til lag­ ring, modnes den ved en temperatur på 0 °C og en relativt høy fuk­ tighet.

Bryggeriene Kjøling er viktig for bryggeriene. Temperatur er en viktig faktor i øl­ brygging, og når de tapper ølet på flasker, skal det ha en temperatur på 0 °C.

Bakeriene For å arbeide rasjonelt kan bakeren lage deigen dagen før og sette den i et kjølerom. Vi kan også fryse bakervarer.

Den kjemiske industrien I den kjemiske industrien er kjøling en viktig faktor i mange prosesser.

Flyindustrien I flyindustrien benytter de kunstig kulde når de prøver ut maskiner som skal fungere i kalde og arktiske strøk.

Medisin Også i den farmasøytiske industrien bruker de kjøling på en rekke områder.

Pelsvareindustrien Pelsvareindustrien er avhengig av lave temperaturer ved oppbevaring av skinnene. Det er også viktig å holde fuktigheten på et riktig nivå, og til det er også kjøling nødvendig.

Tekstil-, tobakks- og sprengstoffindustrien Også her bruker de kjøling på forskjellige stadier i produksjonen.

16

Litt historikk og en kuldeteknisk oversikt

Bygningsindustrien For å lette arbeidet når bygningsarbeiderne skal grave i grunnen eller lage tunneler og dammer, kan de fryse grunnen rundt utgravingsstedet.

Kunstfrosne isbaner I de siste årene har det vært en rask utvikling når det gjelder kunstfros­ ne isbaner.

Transport av flytende gasser Slik transport har blitt en stor industri som gjør det mulig å frakte fly­ tende gass ved hjelp av kuldeanlegg.

Lavtemperaturteknikken Lavtemperaturteknikken arbeider med framstilling av flytende luft og edelgasser.

Trykkerier I forbindelse med trykking er det viktig at papiret verken er for tørt eller for fuktig.

Foto I den fotografiske industrien bruker de mye klimaanlegg, for råfilmen blir gammel og ødelagt ved høy luftfuktighet og høy temperatur.

Kontorer I et moderne kontorlandskap er det mange elektriske apparater som produserer varme. Bare PC-ene alene avgir rundt 200 watt hver. I de største maskinene bruker en et peltierelement til avkjøling.

Kuldekjeden I alle ledd i matvareproduksjonen, fra fangst, produksjon, lagring og transport til detaljistene og kjøkkenet vårt, har vi tatt i bruk kuldetek­ nikken, og det er dette vi kaller kuldekjeden.

Grunnleggende prinsipper ved kuldeteknikken For å forstå hvordan et kuldeanlegg virker, må vi ha kjennskap til de grunnleggende begrepene i kuldeteknikken. Fordi kjøling vil si å fjer­ ne varme fra noe, vil for eksempel et klimaanlegg fjerne varme fra lufta rundt.

Når vi legger melk eller grønnsaker ned i en boks med is, er disse varene varmere enn isen. Fordi varmen alltid går fra varme til kalde gjenstander, går varmen i melka eller grønnsakene selvsagt til den kalde isen. Når varme blir fjernet fra disse varene, blir de naturligvis

Grunnleggende prinsipper ved kuldeteknikken

17

kaldere, det vil si at de har mindre varme enn før. Fordi kjøling betyr å fjerne varme, kan vi gjøre alle ting kaldere hvis vi finner en metode å absorbere varmen på. Skal vi klare å holde en lav temperatur, må det skje en kontinuerlig kjøleprosess. Denne prosessen kan vi fa til når vi bruker 1 et kuldemedium som lett absorberer varme 2 samme kuldemedium om og om igjen

Is kjøler effektivt bare når den går over fra fast til flytende form. En væske kjøler bare når den går fra væske til gass. En gass, derimot, kan ikke kjøle fordi absorbering av varme ikke forandrer aggregattilstanden. Det eneste vi kan gjøre, er å sørge for å fa den tilbake til væske igjen ved at vi fjerner varme fra den. Vi kan si at dersom isen ikke smelter, kan den nok absorbere noe varme fra omgivelsene, men ikke nok til å kjøle effektivt.

Men når den begynner å gå over til væske (vann), absorberer isen varme hurtig og effektivt. Det samme gjelder flytende kjølemedier.

Sirkelprosessen Den enkleste måten å forstå et kuldeanlegg på er å ta for seg sirkelpro­ sessen. Se figur 1.7.

Til denne prosessen trenger vi en kompressor, en kondensator, et reguleringsorgan (reguleringsventil), en fordamper og et kuldeme­ dium. Kompressorens oppgave er å suge gass ut fra fordamperen, komprimere gassen og trykke den inn i kondensatoren. Nå er gassen svært varm og har høyt trykk. I kondensatoren fjerner vi varmen ved hjelp av luft, vann eller et annet medium. Vi må få gassen til å gå over til væske igjen, altså endre aggregattilstanden. Nå går væsken fra kondensatoren ved det samme høye trykket fram til reguleringsventilen. Her synker trykket momentant, og samtidig øker volumet. Det er ikke mulig å få en fordampning uten tilførsel av varme. Denne varmen blir tatt fra fordamperens nærmeste omgivelser, luft, vann eller et annet medium, der vi ønsker å senke temperaturen.

18

Litt historikk og en kuldeteknisk oversikt

Lavtrykksside

Høytrykksside

Fordamper

Figur 1.7 Anlegg med til­ hørende kurver

Sirkelprosessen

19

Kapittel 2

Kulde- og varmeprossesser

Energi = anergi + eksergi Fra de mange kretsprosessene og delprosessene som foregår i omgivel­ sene våre, kan vi se at energi blir omformet fra en type energi til en annen. I dieselmotoren blir den kjemiske energien i dieseloljen om­ dannet til mekanisk arbeid pluss varme, vannkraftverk omdanner stillingsenergien i vannet til elektrisk energi pluss varme, og i kjølemaskinen blir det transportert energi fra et område med lav tem­ peratur til et område med høyere temperatur ved at det blir tilført me­ kanisk arbeid fra en elektromotor.

Imidlertid må varme gå fra et område med høyere temperatur til et område med lavere temperatur dersom det skal kunne utvinnes arbeid. Dersom det skal skje i en kretsprosess, innebærer det at tem­ peraturen i systemet må være høyere enn omgivelsestemperaturen. Som eksempler på omgivelser kan vi nevne kjøleluft og kjølevann. I en elektrisk motor kan praktisk talt all elektrisk energi omformes til mekanisk arbeid. Likeså kan alt mekanisk arbeid omdannes til elek­ trisk energi i en elektrisk generator. Bare litt varme går tapt på grunn av litt lagerfriksjon, elektrisk motstand og magnetiske tap. Mekanisk arbeid kan dermed omformes til en annen type energi. Det tilsva­ rende gjelder for omdannelse av andre former for energi, men enkelte energiformer kan bare omdannes i begrenset omfang. Et eksempel på det er kjemisk energi.

Mens mekanisk arbeid kan omformes i sin helhet, kan det bare skje i begrenset omfang med varme. Den andelen som kan omdannes, og som primært kan nyttiggjøres, kaller vi eksergi, mens den delen som ikke kan omdannes, heter anergi.

Omdannet energi = anergi + eksergi Ser vi på termodynamikkens andre lov, forstår vi at anergi ikke kan omdannes til eksergi.

20

Kulde- og varmeprossesser

Ved alle praktiske prosesser blir alltid en del av eksergien omdannet til anergi. Eksempler på det er elektromotorene, hvor litt energi blir omformet til varme på grunn av friksjonstap i lagre og elektriske tap. Med andre ord går høyverdig eksergi til spille ved at den blir omdan­ net til en form for energi vi ikke uten videre kan nyttiggjøre. Disse energiformene kan ikke omdannes: - trykkenergi (p • V) med trykk lik omgivelsestrykk - indre energi i et system som er i likevekt med omgivelsene; varme med temperatur lik omgivelsestemperatur Disse energiformene kan omdannes uten begrensninger: - potensiell energi - kinetisk energi - elektrisk energi - mekanisk energi Disse energiformene kan bare omdannes i begrenset omfang: - kjemisk energi - varme med temperatur høyere enn omgivelsestemperaturen - indre energi i en prosess hvor systemets tilstand er i likevekt med omgivelsene For å illustrere eksergi og anergi skal vi bruke et temperaturentropi-diagram (TS-diagram). Se figur 2.1. 1

2

1

Eksergi

6

5

Anergi

4

Figur 2.1 Et TS-diagram

3 —► Entropi i S (kJ/K)

Dette TS-diagrammet viser en varmemengde. Varmemengden Q = eksergi + anergi Varmemengden Q kommer til uttrykk som en flate i TS-diagram­ met, som viser varmemengden Q = eksergi + anergi som blir avgitt ved et konstant temperaturnivå T . Den andre delen er omgivelses­ temperatur T,, som er flaten 1-2-5-6, og den kan omformes til mekanisk energi i en reversibel varmekraftmaskin. Som vi ser, repre­

Energi = anergi + eksergi

21

senterer denne flaten varmemengdens eksergiandel. Den andre fla­ ten, 5-6-4-3, er anergi som ikke er konverterbar. Vi ser av figur 2.1 at et varmebehov består av en eksergiandel og en anergiandel. Eksergi er den delen av en energimengde som gjennom en reversibel prosess fullt ut kan omformes til en hvilken som helst annen energiform. Anergi er den delen av energimengden som ikke kan omdannes, og den er derfor verdiløs.

Carnots kulde- og varmeprosess Saidi Carnot, en genial fransk ingeniør, lanserte i 1824 prinsippet for den omvendbare sirkelprosessen. Han fant ut at virkningsgraden for en ideell prosess, som vi kaller carnotprosessen, bare er avhengig av mediets høyeste og laveste temperatur og er derfor uavhengig av hva slags medium det er.

2

i i i i i i i L

Figur 2.2 En ideell kuldeeller varmeprosess i et TS-diagram

4 !

I I I I I I ___ l_

Q2

Si

-L-+ S (kJ/K) S2

Figur 2.2 viser en ideell kulde- eller varmeprosess i et TS-diagram. Ved en kuldeprosess blir Q2 ført bort fra det kjølte mediet og utgjør det vi kaller for kuldeytelse, mens den tilførte energien er arbeidet W Carnots kuldefaktor (kuldeanlegg):

Carnots varmefaktor (varmepumpe):

£v = Ek+ 1

Som vi ser av figur 2.1, er: Qj = Q2 + Wf

22

Kulde- og varmeprossesser

Vi ser at varmefaktoren blir en enhet større enn kuldefaktoren (£v = £k + 1). Grunnen til denne forskjellen er at varmepumpeprosessen også gjør nytte av tilført arbeid (W). Prosessen i en kuldemaskin går «moturs», det vil si mot dreieretningen til utviseren.

I carnotprosessen har vi disse tilstandsforandringene: 1- 2: isentropisk kompresjon fra lavere temperatur T2 til høyere tem­ peratur T , der tilstandsforandringen skjer ved konstant entropi S

2- 3: isotermisk kompresjon ved høyere temperatur T , som innebæ­ rer at varme blir ført bort 3- 4: isentropisk ekspansjon fra høyere TJ til lavere temperatur T2 4- 1: isotermisk ekspansjon ved lavere temperatur T2 der mediet må fa tilførsel av varme, og denne varmen må tas fra omgivelsene

Carnotprosessen er den teoretisk beste kuldeprosessen, men den har ingen praktisk bruk. Den er en idealprosess som alle virkelige proses­ ser blir sammenlignet med.

Figur 2.3 Kuldeprosessen i et TS-diagram

Kuldeprosessen i figur 2.3 er et tapsfritt kuldeanlegg uten underkjøling og med innsuging av tørrmettet damp fra fordamperen til kon­ densatoren. Et kuldemedium ved temperaturen T og trykket P befinner seg ved øvre grensekurve (tørrmettet damp) i punkt 1, der det blir kompri­ mert opp isentropisk til trykket i punkt 2. Her har dampen et høyt trykk og gir fra seg varme til omgivelsene. Dampen blir kon­ densert ved konstant temperatur. Videre ekspanderer kondensatet i punkt 3 gjennom ekspansjonsventilen til et lavere trykk P i punkt 4, og strupingen foregår ved konstant entalpi. Så vil den fuktige dam­ pen i punkt 4 oppta varme fra kjølerommet. Her fordamper den helt

Energi = anergi + eksergi

23

og går over til tørrmettet tilstand i punkt 1. Fordampningen foregår med konstant temperatur.

Kalddampprosessen For å få transportert varme fra et lavere temperaturnivå til et høyere temperaturnivå bruker vi et kuldemedium som er slik at det fordam­ per og kondenserer ved ulike temperaturer, avhengig av trykket. Kuldemediet sirkulerer i en lukket krets.

Figur 2.4 Trykk-entropi-diagram av kalddampprosessen med stiplet linje for en reell var-

Figuren viser at kuldeprosessen har økt sitt eksergibehov med flaten a-2'-b-a. Det kommer av overheting av gassen etter kompresjonen.

Som vi ser av diagrammet til en reell varmepumpeprosess ved den stiplede linjen, forer kompressortapene til ytterligere økning av eksergibehovet. Som vi ser av kalddampprosessen, har eksergiforbruket økt med arealet c-4-e-d, fordi ekspansjonsarbeidet ikke blir gjen­ vunnet ved trykkreduksjon fra kondensator til fordampertrykk. Ser vi på kalddampens kuldeytelse, er den redusert med den samme fla­ ten c-4-e-d.

Mollierdiagram Figur 2.5 viser et mollier log ph-diagram. Trykket er avsatt langs den vertikale aksen i en logaritmisk skala, mens entalpien er avsatt langs den horisontale aksen. Sammen danner de et rutenett i diagrammet. Den grove linjen til venstre kaller vi væskelinjen, mens den grove lin­ jen til høyre er metningslinjen (tørrmettet tilstand). Området mellom disse to linjene angir en blanding av væske og gass: et fuktig område. I dette området er det tegnet inn x-linjer som viser hvor mye av kuldemediet som er i gassform. At x = 0,2, betyr at 20 % av mediet er gass og 80 % er væske. Området til venstre for

24

Kulde- og varmeprossesser

væskelinjen angir underkjølt væske, og området til høyre for metningslinjen viser gass i overhetet tilstand. I diagrammet er det også tegnet inn stiplede linjer gjennom alle punkter med samme temperatur.

Til høyre for metningslinjen er det tegnet inn linjer som viser det spesifikke volumet til kuldemedier (m3/kg) ved forskjellige tilstander. Videre er det tegnet inn linjer som angir den spesifikke entropien til mediet (kj/kg • K), som vi kaller 5-linjer.

I fysikken er entropi et begrep som er innført som et mål på forhol­ det mellom utilgjengelig og total energi i et termodynamisk system. Entropi er i likhet med energien en termodynamisk bistandsfunk­ sjon.

Når et system er i termodynamisk likevekt, har det alltid en bestemt entropi som er bestemt for eksempel ved trykket, temperaturen og volumet til stoffmengden i systemet.

Figur 2.5 Eksempel på et mollier log ph-diagram

Mollierdiagrammet er tegnet opp med varmeinnholdet eller entalpien som abscisse og trykket som ordinat. Symbolet for entalpi er h, og enheten er kj/kg. Symbolet for trykk er P, og enheten er bar. Dia-

Mollierdiagram

25

grammet er delt inn i tre områder, som er utskilt av kurven for met­ tet væske og mettet damp.

Varmeinnhold Et viktig begrep i kuldeteknikken er varmeinnhold, eller entalpi. Varmeinnholdet sier oss hvor stor varmemengde som er bundet i 1 kg av stoffet i den tilstanden det befinner seg. Det har benevnelsen kilojoule per kilo (kj/kg). For kuldemedier setter vi av praktiske grunner varmeinnholdet av væsker 200 kj/kg. Det gjelder væsker som er akkurat på kokepunktet ved trykk som svarer til 0 °C fordampningstemperatur. (Se formler og tabeller.) Varmeinnholdet i andre tilstander blir regnet ut fra dette. Vi tenker oss at vi har 1 kg freon 22-væske som har et trykk og en temperatur som svarer til kokepunktet, for eksempel 5,0 bar og 0 °C. Varmeinnholdet er da 200 kj/kg. Dersom vi tilfører varme, begynner væsken å fordampe. Ved fordampningen er temperaturen 0 °C både i væsken og dampen som blir utviklet, forutsatt at trykket blir holdt konstant.

Når vi har tilført ca. 205 kj, er hele væskemengden fordampet, og vi har da 1 kg tørrmettet damp. Den varmemengden som blir tilført, kaller vi fordampningsvarmen ved dette trykket. Vi sier at gassen er tørr fordi den ikke inneholder væske, og den er mettet fordi den fremdeles er på kokepunktet.

Dersom vi tilfører mer varme til gassen ved konstant trykk, stiger temperaturen. Når gassen på denne måten har fatt en temperatur som er høyere enn fordampningstemperaturen ved vedkommende trykk, sier vi at den er overhetet. Vi skal nå se på noen eksempler på fordampning og overheting.

Fordampningsprosess Hvis 1 kg vann ved 0 °C blir tilført varme, stiger temperaturen i van­ net helt til det når kokepunktet (metningstemperaturen). Til forskjell fra den latente varmen, som fører til en forandring av aggregattilstanden, merker vi denne varmen. Vi kaller den derfor sensibel eller følbar varme. Den varmeenergien som trengs for å øke temperaturen med 1 K, er 4,18 kj. Vi må tilføre en sensibel varmeenergi på 418 kj for at temperaturen i vannet skal stige til 100 °C (absolutt trykk = 1,013 bar eller 760 mm Hg), som er kokepunktet til vannet (metningstempera­ turen). Det er det punktet der vannet begynner å fordampe. Dampen har nå en temperatur på 100 °C og blir kalt tørrmettet damp.

26

Kulde- og varmeprossesser

For å få full fordampning av dette kiloet med vann på 100 °C, det vil si å forvandle det til 1 kg damp med 100 °C, må vi tilføre en latent varmemengde på 2258 kj. Denne latente varmemengden er fordampningsvarmen.

Hvis vi til fordampningsvarmen legger de 418 kj som vi brukte til å varme opp 1 kg vann fra 0 til 100 °C, får vi varmeinnholdet eller entalpien til vannet, som er 2676 kj.

Figur 2.6 Fordampningsprosessen og entalpien til vann

Overheting Hvis den tørrmettede dampen på 100 °C blir ført gjennom en overheter (rørslynge), der det blir tilført enda mer varme til dampen, skjer det en overheting av dampen. Ved overheting er det snakk om sensibel varme, det vil si at dampen får høyere temperatur. Hvis vi øker temperaturen til dette kiloet fra 100 til 115 °C gjennom fordampningsprosessen, trenger vi en følbar varmeenergi Q på 28,2 kj. 2676 kJ

Figur 2.7 Overheting Varme

Mollierdiagram

27

Kretsprosessen Når et kuldemedium sirkulerer gjennom et anlegg, forandrer det aggregattilstand flere ganger før det er tilbake til utgangspunktet. En en­ kel kretsprosess består av fire grunnleggende tilstandsforandringer.

Figur 2.8 Kretsprosessen i kuldeanlegget

3- 4 Ekspansjon 4- 1 Fordampning

På figur 2.8 finner vi de forskjellige fasene i en kretsprosess, og av diagrammet leser vi de størrelsene vi har bruk for: trykk, temperatur, volum og varmeinnhold. Vi ser at fordampning og kondensasjon, som skjer ved konstant trykk, framtrer som horisontale, rette linjer, mens kompresjon og struping følger bestemte skråttliggende linjer (adiabater), som gjengir det som skjer i kompressoren og reguleringsventilen mellom de to trykkene.

Med stempelkompressoren øker trykket etter hvert som stempelet beveger seg innover i sylinderen, til det blir så stort at ventilene åpner seg og slipper dampen ut til kondensatoren. Samtidig som trykket øker, stiger også temperaturen fra punkt 1 til punkt 2, slik figuren viser. Stempelet avgir mekanisk energi til dampen. Før kompresjonen har dampen lav temperatur, og den mottar varme fra godset i kom­ pressoren. Etter kompresjonen er temperaturen til dampen høy, og den avgir varme til godset. Sylindrene til kuldekompressoren er enten luftkjølt eller vannkjølt. Men vi regner likevel med at gassen blir komprimert isentropisk. Går en kompressor med 500 omdreininger i minuttet, blir tiden for et kompresjonsslag 60/500 = 1/12 s

28

Kulde- og varmeprossesser

Isotermisk kompresjon Hvis vi kjøler dampen under kompresjonen slik at temperaturen er konstant, har vi en isotermisk kompresjon. Den indre energien i gas­ sen blir derfor uforandret under prosessen.

Fordampning

Figur 2.9 Fordampningsprosessen i et trykk-entalpi-diagram

Figuren viser trykk-entalpi-diagrammet for eksempel for kuldemediet R-134a. Fordamperen går fra linjen A—B ved 5 °C og det tilsva­ rende trykket på ca. 3,5 bar. Fordampningen av væsken skjer ved konstant trykk og temperatur. Ved tilførsel av varmeenergi går væs­ ken gradvis over til damp. Når kuldemediet har nådd tilstand B, har det gått over til damp som er i en tørrmettet tilstand.

Isentropisk (adiabatisk) kompresjon Tidligere ble det kalt adiabatisk kompresjon. Adiabat er et gresk ord for ikke-varmegjennomgang. En isentropisk prosess angir bare det teoretis­ ke forløpet for en kompresjon og blir definert som en tapsfri tilstandsforandring som skjer uten varmeveksling med omgivelsene. En slik prosess kan tenkes å foregå i en fullstendig isolert kompressorsylinder. For at vi skal kunne få de virkelige driftsforholdene til et kuldeanlegg, må vi ta hensyn til avvik fra det virkelige kompresjonsforløpet (polytrop). Dersom det er indre tap i en prosess, for eksempel friksjonsarbeid ved mediets strømning i ventiler, er prosessen ikke isentropisk, selv om den er gjennomført uten varmeveksling med omgivelsene. Når gassen utfører et ekspansjonsarbeid uten varmetilførsel, må arbeidet tas fra gas­ sens eget energiinnhold. Dermed faller temperaturen.

Vi komprimerer nå gassen i kompressoren, som øker trykket til kuldemediegassen som blir sugd fra fordamperen. Det blir dannet overhetet damp, og trykket og temperaturen i dampen stiger. Det skjer under forløpet B-C.

Mollierdiagram

29

Figur 2.10 Kompresjon

Ah

Entalpiøkning i kompresjonen

Temperaturen til den overhetede dampen er nå 50 °C, og det svarer til et trykk på 13,1 bar. Høyningen av den spesifikke entalpien med A h mellom B og C svarer til arbeidet til kompressoren og den meka­ niske friksjonsvarmen.

Kondensasjon

Figur 2.11 Kondensasjon

C-D Kondensering

Kondensasjon er en overgang fra gass til væske. Når den overhetede kuldemediedampen blir avkjølt, det vil si at den magasinerte varmen blir ledet bort, far vi til å begynne med tørrmettet damp. Ved ytterli­ gere avkjøling, altså ved at dampen fortsatt avgir varme, skjer det en omdanning til væske. Forandringen av kuldemediet fra damp til væske skjer kontinuerlig fra C til D.

30

Kulde- og varmeprossesser

Ekspansjon

Figur 2.12 Ekspansjon

Ved punkt D er kuldemedier igjen flytende, men væsken har for høyt trykk og for høy temperatur til at den kan føres direkte til fordampe­ ren. Det meste må dekomprimeres ved vertikalaksen D-A ved hjelp av strupingsorganet. Det kan skje med en automatisk eller en termisk reguleringsventil, en håndventil, en flottørventil eller et kapillarrør.

Overheting og underkjøling

Figur 2.13 Overheting og underkjøling

Fra punkt D til punkt D. blir væsken underkjølt, og trykket er kon­ stant, mens entalpien synker. Fra D. til A har vi en struping (trykksenkning) uten varmeveksling med omgivelsene, og entalpien er like stor før og etter. Trykket har nå sunket til fordampertrykket p0-

Jo større underkjøling vi kan få, desto mer får vi igjen i fordamperen. Vi får like mange ekstra kilojoule igjen i fordamperen som i en underkjoler. Men vi kan ikke underkjole lenger ned enn til noen gra-

Mollierdiagram

31

der over kjølevannets innløpstemperatur. Fra A til B med innsug av tørrmettet damp til kompressoren står vi ved punkt B. Fra punktene B og B1 forlenger vi linjen til høyre og far et overhetet innsug. Der­ med stiger trykkrørstemperaturen, og vi kan få problemer med smø­ reoljen, som er beregnet å gi god smøring ved lave temperaturer. Videre øker gassvolumet, det vil si at hver kubikkmeter veier mindre. Det betyr igjen at færre kilo medium sirkulerer per tidsenhet. Vi vet at fordelen ved overhetet damp nettopp er at den ikke så lett mottar eller avgir varme til veggene som det mettet damp gjør. Vi bør kjøre med overhetet innsuging til kompressoren, dels fordi vi skal være sikre på at vi i alle fall ikke får fuktig innsug, med det resultatet at det blir væskeslag i kompressoren. Ifølge Norsk Kuldenorm er unødig overheting av kuldemediet uønsket da det fører til høy trykkrørstemperatur. Med et fuktig innsug vil kompressoren overta en del av arbeidet til fordamperen, idet noe væske må fordampe ved kompre­ sjonen.

Figur 2.14 Fuktig, tørr­ mettet eller overhetet inn­ sug

Fordampningen krever varme. Sylinderveggene rimer en del oppover, alt etter foktighetsgraden ved innsug. For å få væskeslag må det være væske over stempelet når det er på toppen.

Tap i kretsprosessen Vi har til nå vist kretsprosessen i trykk-entalpi-diagrammet som en idealprosess. Men en virkelig prosess skiller seg fra en slik idealprosess, som er vist med stiplet linje på figuren. Det oppstår jo friksjon og trykktap når kuldemediet strømmer gjennom fordamperen, konden­ satoren, kuldemedieledningene og kompressoren, for eksempel i sugeledningen mellom fordamperen og kompressoren og i varmegassledningen mellom kompressoren og kondensatoren. Dessuten blir det varmetap og mekaniske friksjonstap i kompressoren og den elektriske motoren som driver kompressoren.

32

Kulde- og varmeprossesser

log P

Figur 2.15 Tap i kretsløpsprosessen

___________Idéell sirkelprosess ------------------ Virkelig sirkelprosess

(kj/kg)

Varmeveksler Varmeveksleren er i denne forbindelse ikke en fordamper eller kon­ densator, men en innretning som blir brukt ved utveksling av energi mellom to medier i rør, for eksempel væske, og sugeledninger. Formå­ let med varmeveksling kan være å utnytte den kuldeeffekten som ville ha gått tapt gjennom uisolerte sugeledninger. Ved varmeveksling kan vi underkjole den væsken som skal fram til reguleringsorganet, og på den måten nyttiggjøre oss den effekten vi ellers ville ha tapt. Ved å un­ derkjole væsken får vi større ytelse per kilo sirkulert kuldemedium i fordamperen. Væsken før ekspansjonsventilen er så underkjølt at vi unngår flashgass (engelsk: flash gas). Varmeveksleren kan sikre at dampen før kompressoren er tørrmettet. Samtidig kan vi oppnå at de uisolerte sugeledningene ikke «svetter» eller rimer.

Figur 2.16 Kuldeeffekt A, B1 Spesifik entalpiforandring ved kjøling C1 D.| Spesifik entalpiforandring ved oppvarming

Mollierdiagram

33

Varme

tk= kondensertemperatur to= fordampertemperatur Pk= kondensertrykk Po=fordampertrykk

Figur 2.17 Kuldeprosessene i trykk-entalpi-diagram (teoretisk)

Kuldeprosessen i trykk-entalpi-diagram Fra punkt D til D1 har vi en underkjøling med samme trykk, men la­ vere temperatur. Fra punkt D1 til har vi trykkfall uten varmeut­ veksling med omgivelsene. Varmeinnholdet er uforandret etter strupingen i reguleringsventilen. Når trykket synker under metningstrykket, fordamper en del væske slik at temperaturen synker til metningstemperaturen ved det nye trykket PQ.

Fra punkt A til B blir kuldemedier tilført varme ved konstant trykk. Den tilførte varmen er kuldeytelsen til kuldeanlegget. Så lenge det finnes væske og det foregår fordampning, er temperaturen konstant t. I enden av fordamperen har oftest all væske fordampet slik at tem­ peraturen stiger lett. Se figur 2.17.

Kuldemedier blir tilført varme to steder i sirkelprosessen, nemlig i fordamperen i form av kuldeytelse og i kompressoren i form av kompresjonsvarme. Varme blir ført bort fra kuldemedier på ett sted, nemlig i kondensa­ toren. Kuldemedier blir brakt tilbake til den samme tilstanden for hver gang det har gjennomgått sirkelprosessen. Derfor er summen av de varmemengdene som blir tilført 1 kg kuldemedium i fordamperen og kompressoren, lik den varmemengden som blir ført vekk fra 1 kg av kuldemedier i kondensatoren. Dette forholdet går direkte fram av diagrammet på figur 2.18.

34

Kulde- og varmeprossesser

log P Bar

Blanding av væske og damp

Figur 2.18

Virkningsgrader I forbindelse med kuldekompressorer er det snakk om flere forskjelli­ ge virkningsgrader.

Isentropisk virkningsgrad Ved en isentropisk virkningsgrad forstår vi forholdet mellom det teo­ retiske kompresjonsarbeidet og det virkelige kompresjonsarbeidet. Vi kan også ut fra kompresjonsforholdet (J\J'PQ) ved hjelp av diagram bestemme den isentropiske virkningsgraden. Symbolet for virknings­ grad er T| (eta).

Eksempel

Figur 2.19 Kretsprosess

Figuren viser kretsprosessen for et kuldeanlegg som arbeider med R-22, og der kompresjonen teoretisk skulle følge en isentrop fra A til C, der entalpien er 748 kj/kg R-22. Det vil si at det teoretiske kom­ presjonsarbeidet A A er

AA = 748 - 695,6 = 52,4 kj/kg R-22 Men i virkeligheten skjer kompresjonen fra A til B, og det virkelige kompresjonsarbeidet blir

Virkningsgrader

35

A/z = 755 - 695,6 = 59,4 kj/kg R-22

Da den isentropiske virkningsgraden T|; er definert som forholdet mellom det teoretiske og det virkelige kompresjonsarbeidet, kan vi finne den slik:

52 4 100 = 88% ni = |g.

Her har vi sett bort fra den varmemengden som kompressoren avgir til omgivelsene. Ved luftkjølte kompressorer er denne varmemeng­ den svært liten, men med vannkjølte kompressorer bør vi ta hensyn til den varmemengden som blir ført vekk med sylinderkjølingen.

Figur 2.20 Kurver for isentropisk virkningsgrad og leveringsgrad vedforskjel­ lige trykkforhold

Når vi bruker diagrammet på figur 2.20, får vi

_ 15,5 _ v 0 Po 1,95 ’ Vi går så inn i diagrammet ved 7,9 og får da T|. = 75 %.

Mekanisk virkningsgrad Med den mekaniske virkningsgraden til en kompressor mener vi for­ holdet mellom den effekten som kompressoren avgir til kuldemediet, og den effekten som kompressoren får tilført fra elektromotoren. Eksempel

Hvis kompressoren i kretsprosessen sirkulerer 862 kg R-22h, kan vi finne kompresjonsarbeidet:

36

Kulde- og varmeprossesser

862 kg/h (kg per time) =

= 0,2394444 kg/s

der Pw = kompresjonseffekt qm = massestrøm

Zzw = kompresjonsarbeid

Pw = 0,2394444 kg/s (755 - 695,6) = 14,22 kW

Den direktekoplede elektriske motoren har et effektforbruk på 17,8 kW og en virkningsgrad på 88 %, og den avgitte effekten blir der­ med Pm = 17,8 • 0,88 = 15,7 kW

Den mekaniske virkningsgraden til kompressoren blir nm = y = yry ■ 100 = 90, 4%

der

= elektromotorens effekt

Leveringsgrad (X)

Leveringsgraden er forholdet mellom det virkelige og det teoretiske volumet til kompressoren. Leveringsgrad = virkelig volum/teoretisk volum = — ^vk

Vi bruker disse symbolene: 7 = leveringsgrad (%) qy = virkelig volum (m3/s) #vk = teoretisk volum (m3/s) En kompressor har et løpende slagvolum:

der V= innsugd volum (m3/s) d2 = sylinderdiameter (m) s = slaglengde (m) T)n = rotasjonsfrekvens (o/s) V = løpende slagvolum (m3/s) X = leveringsgrad

Virkningsgrader

37

Eksempel Fra et kuldeanlegg med en åttesylindret kompressor har vi disse opp­ lysningene: Sylinderdiameter: 180 mm Slaglengde: 125 mm Omdreiningstall: 750 o/min Elektromotorens effektforbruk: 125 kW Elektromotorens virkningsgrad: 88 % Sirkulert kuldemediemengde: 5800 kg/time og R—22 kg/time Trykk før kompressor: 1,50 bar abs Trykk etter kompressor: 14,50 bar abs Temperatur før kompressor: -28 °C Temperatur etter kompressor: +75 °C Temperatur før reguleringsventil: +25 °C

Forslag til løsning

Figur 2.21

Ved hjelp av damptabell og et log ph-diagram for R-22 har vi funnet disse verdiene for entalpi og volum: Før kompressor h = 395 kj/kg, overhetingen er 4 °C Etter kompressor h = 461 kj/kg Før reguleringsventil = 231 kj/kg, underkjølingen er 13 °C Volum før kompressor V= 0,175 m3/kg Den sirkulerte kuldemediemengden:

' V

-—, ? 3600

= 1,6111 kg/s 5

= 1,6111 kg/s • 0,175 m3/kg = 0,2819 m3/s

der qv = volumstrøm qm = massestrøm V = spesifikt volum

38

Kulde- og varmeprossesser

Kompressorens slagvolum ( V) blir 71 • ct V = —-— • s • n ■ i 4

T>

jr . 0 1 R()2

V = ----- ---------o, 125 m ■ 12, 5 o/s ■ 8 = 0, 31792 m’/s

Den isentropiske kompresjonen (A Aj) blir

A^ = (440-395) kj/kg = 45 kj/kg Det virkelige kompresjonsarbeidet (AA) blir

Ah = (461-395) kj/kg = 66 kj/kg

Den isentropiske virkningsgraden (T|;) blir Hi =

66 kj/kg

' 100 = 68 %

Da kompressoren sirkulerer 5800 kg/h (eller 1,611 kg/s), blir det vir­ kelige kompresjonsarbeidet 5 800 kg/h • 66 kj/kg = 382 800 kj/kg =

3600

= 106 kj/s = 106£W

1,163 J/s = 1,163 W = 4,187 kj/h

Den effekten som den direktekoplede elektromotoren avgir til kom­ pressoren, blir 125 kW-0,88 = 110kW

Den mekaniske virkningsgraden (T|m) blir Pe nm Pm TIi m

100 = 96,36 0/0

der Pm = motoreffekt Pe = kompressorens akseleffekt Eksempel

Driftsdata for kuldeanlegg med kuldeytelse på 420 000 kj/h og kul­ demedium R-134a: Fordampningstemperatur: -20 °C Kondensasjonstemperatur: +30 °C Termoventilen er innstilt på 8K overheting Temperaturstigning til varmeveksler: 5K Underkjøling av væsken: 5K

Virkningsgrader

39

Kjølevannets temperaturstigning gjennom kondensator: 2K Sjøvannets spesifikke varmekapasitet: 4,0 kJ/kgK

Les av og regn ut disse verdiene: 1 Trykket i kondensatoren 2 Trykket i fordamperen 3 Trykkforholdet 4 Tørrhetsgraden etter termoventilen 5 Entalpiøkning i fordamperen 6 Kompresjonsarbeidet 7 Kuldefaktoren 8 Trykkrørstemperaturen 9 Den sirkulerte kuldemedievekten per time 10 Det spesifikke gassvolumet ved innsug 11 Effekten til kompressoren (kompressorytelsen) 12 Den bortførte varmen i kondensatoren 13 Kjølevannsmengden per time (kg/h)

Løsning 1 2

Trykket i kondensatoren: Pk = 7,698 Trykket i fordamperen: Po =1,330

3

Trykkforholdet: 7 n

1 5 JJV

= 5,79

Figur 2.22

Tørrhetsgraden etter termoventilen: 28 % Entalpiøkningen i fordamperen: ho = 397 kj/kg-235 kj/kg = 162 kj/kg 6 Kompresjonsarbeidet (W): W = 438 kj/kg - 397 kj/kg = 41 kj/kg

4 5

Qo

7 Kuldefaktoren: £k = — = ----- rW h2-hv

^ = 17 = 3-95

40

Kulde- og varmeprossesser

8 9

10 11

12

,o 13

Trykkrørstemperaturen blir avlest til 52 °C. Den sirkulerte kuldemedievekten per time: 420000 kj/kg 2592, 59 kg/h 162 kj/kg 2592,59 = 0, 72 kg/s 36000 Det spesifikke gassvolumet Kved innsug blir avlest til 160 1/kg = 0,16 m3/kg. Kompressorytelsen: Pt = w • m Pt = 41 kj/kg • 0, 72 kg/s = 29,52 KW Den bortførte varmen i kondensatoren: = Ah- m Qk = (438 kj/kg-235 kj/kg)-0,72 kg/s = 146,16 kj/s i j • 146,16 kj/s • 3600 K ølevannsmengden per time: -—:—-r2-----------j E 4,0 kj/kg • K • 2K m per time = 65 772 kg/h

Eksempel For et kuldeanlegg som bruker R-22 som kjølemedium, har vi disse dataene: Trykk og temperatur i punkt 1: 2 bar og -20 °C Trykk og temperatur i punkt 2: 12 bar og +79 °C Temperatur i punkt 3: +25 °C a Tegn prosessen inn i vedlagte trykk-entalpi-diagram og finn entalpien i punktene 1, 2 og 3. b Beregn kuldeytelsen og kondensatorytelsen når sirkulert freonmasse er 0,18 kg/s. Hvilken tørrhet har gassen etter strupingsventilen (reguleringsventilen)? Vi bruker ferskvann i kondensatoren for å fjerne varmen etter kondensasjonen og har disse dataene: Vanntemperatur inn til kjøleren: 20 °C Vanntemperatur ut av kjøleren: 26 °C Varmegjennomgangskoeffisient i kondensatoren: 950 W/m2K c Beregn vannmengden som må strømme gjennom kondensatoren og kondensatorens kjøleflate.

d e

For kompressoren har vi disse dataene: Volumetrisk virkningsgrad: 0,65 Sylinderdiameter: 120 mm Slaglengde: 110 mm Turtall: 7,5 s'1 Kompressoren er entrinns og enkeltvirkende. Finn ut hvor mange sylindrer kompressoren må ha. Beregn effektbehovet til kompressoren når virkningsgraden er 0,7.

Virkningsgrader

41

Figur 2.23 ®--------------------------------------- i-------'®

Løsning a

b

c

Entalpi i punktet 1: 617 kj/kg - Entalpi i punktet 2: 667 kj/kg - Entalpi i punktet 3: 450 kj/kg Kuldeytelse: 0° = n. (^ - Øo = 0,18 (617-450) = 30 kW

-

Kondensatorytelse: Øk = m (Z?2 - Z?3)

-

Øk = 0,18 (667-450) = 39 kW

- Tørrhet X= 26 % Vannmengde: 39 000 = Af -4180-6 39000 m" 4180 ■ 6

1, 55kg/s

Figur 2.24

d

Sirkulerende volum - Volum avlest på diagram: 118 m3/kg - m= 118-0,18 = 21,24 1/s 21, 24 = 32, 7 1/s — Nødvendig slagvolum: 0, 65 -

Sylindervolum: 7C • 1, 22 • 1/4 • 1, 1 • 7, 5 = 9, 33 1/s

a r j 32, - Antall sylindrer: ——7 = 3,5 -

42

Kulde- og varmeprossesser

Vi velger da en kompressor med fire sylindrer.

e

Effektbehovet til kompressoren: Pk-P0 = 39-30 = 9 kW

P = — = 12, 9 kW 0,7 Eksempel

Et ettrinns kuldeanlegg bruker ammoniakk som kuldemedium, og vi har disse dataene: Trykk og volum før kompressoren: 1,6 bar og —20 °C Kompressoren er tapsfri. Trykk i kondensatoren: 10,0 bar Væsketemperatur før ekspansjonsventilen: 22 °C Kuldemediestrømmen (som væske) blir målt til 4,2 1/min, og væsken har da en tetthet på 610 kg/m3. a b

c

Tegn kuldeprosessen (log ph-diagram). Beregn kuldeytelsen og kuldefaktoren. — Kondensatoren er vannkjølt, og vanntemperaturen er 15 °C ved innløpet og 21 °C ved utløpet. t/-verdien til kondensato­ ren er 1600 W/m2K. Beregn nødvendig varmeoverførende flate i kvadratmeter (m2).

Løsning

Figur 2.25 Kuldeeffekt

= 1460 kj/kg h2 = 1740 kj/kg Z>3 = = 320 kj/kg a

= 061 = 360454 0,88-10

R =

V

X = 0,0032 - 0,221 • 7?-°> 237 e Å = 0,0032 + 0,221 • 36O4540’297 = 0,013

Trykkfall i rør:

? = V = 0^92 = 10’7kS/m’

AP=^.£_^ = m_12.12Z_^.2 =370Pa dh 2 0, 061 2 Tilsvarer 3100 N/m2 per 100 m rør (0,03 bar) Trykkfall 2 bend = 0,2 AP

= 2-0,2- 1037-5, 22 =

= bend

n

n

N/m2

--------

Sum trykkfall i sugerør: AP , = 370 Pa + 58 Pa = 428 Pa A?

= 0,004 bar

Eksempel

Valg av fordamper: Når vi skal velge fordamper med en gitt kuldeytelse, bør vi først be­ stemme hvilken temperaturdifferanse (A T) fordamperen skal arbeide med. Dette blir vanligvis oppgitt med disse betingelsene: Tempera­ turdifferansen mellom temperaturen inn på fordamperen og tempe­ raturen som svarer til metningstrykket for kuldemediet. - kuldeeffekt (kW) - kuldemedium - fordampningstemperatur (°C) - relativ fuktighet (%) - temperatur på lufta inn (°C) - temperatur på væsken inn (°C)

122

Kuldetekniske anlegg

Kapasitetstabell for fordampere Kuldeytelsen i kW ved A T = 7K

Fordamper

Lamelldeling 12 mm

PB1

PB2

PB3

PB4

PB5

PB6

PB7

PB8

PB9

PB10

PB11

PB12

Kuldeytelse

kW

4,00

7,10

8,20

13,8

18,3

23,1

33,0

43,2

46,9

50,2

65,9

70,6

Overflate

m2

18

31

36

62

84

100

171

257

228

241

361

321

Luftstrøm

m3/s

1,45

2,61

2,90

5,21

7,73

10,1

7,75

7,46

11,4

12,5

12,0

18,4

Luftkast

m

18

23

21

27

32

37

42

40

46

54

52

64

Vifter

Antall

1

1

2

2

3

4

2

2

3

2

2

3

Kuldeanlegget skal ha R-22 som kuldemedium og en fordampningstemperatur på - 5 °C. Temperaturdifferansen mellom dimensjonerende romtemperatur og fordampningstemperaturen er AT 9K og fordamperytelsen er på 12 kW.

Med en AT = 9K og en fordampningstemperatur på - 5 °C blir korreksjonsfaktoren:

Fordampningstemperatur

A T

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-8

-5

0

5

10

5

0,42

0,43

0,45

0,46

0,47

0,48

0,50

0,50

0,51

0,52

0,54

0,56

6

0,52

0,54

0,56

0,60

0,60

0,62

0,65

0,66

0,68

0,69

0,71

0,73

7

0,63

0,65

0,68

0,73

0,74

0,77

0,81

0,83

0,84

0,86

0,89

0,91

8

0,73

0,76

0,79

0,86

0,88

0,93

0,98

1,00

1,02

1,04

1,07

1,10

9

0,84

0,87

0,91

0,98

1,03

0,08

1,14

1,17

1,19

1,23

1,26

1,29

10

0,93

0,99

1,04

1,12

1,17

1,23

1,30

1,34

1,43

1,54

1,55

1,57

11

1,03

1,11

1,16

1,25

1,31

1,38

1,46

1,50

1,58

1,70

1,72

1,74

12

1,16

1,22

1,29

1,39

1,46

1,54

1,63

1,67

1,75

1,86

7,88

1,89

13

-

-

-

-

-

-

-

-

-

2,08

2,09

2,11

14

-

-

-

-

-

-

-

-

-

2,27

2,29

2,31

15

-

-

-

-

-

-

-

-

-

2,47

2,49

2,51

Korreksjonstabell for R-22 Når vi leser av vannrett fra AT9 til - 5 °C, far vi en korreksjonsfaktor på 1,19.

Fordamperen må ha en kuldeytelse: 1, 19

= 10,08 kW

Når vi kontrollerer kapasitetstabellen over fordampere, ser vi at nær­ meste fordamper har en nominell ytelse på 13,8 kW.

Trykktap i røranlegg

123

Vi velger fordamper type PB4: Kuldeytelse: Overflate: Luftstrøm: Luftkast: Antall vifter:

13,8 kW 62 m2 5,21 m3/s 27 m 2

Det er også vanlig å sette opp et diagram for å korrigere kuldeytelsen i forhold til temperaturdifferansen. Korrigert ytelse for fordamper PB4 AT 5 = 13,8 kW • 0,51 = 7,03 kW AT 6 = 13,8 kW • 0,68 = 9,38 kW AT 7= 13,8-0,84= ll,59kW AT 8 = 13,8- 1,02 = 14,07 kW AT 9= 13,8- 1,19= 16,42 kW AT 10 = 13,8- 1,42 = 19,59 kW AT 11 = 13,8- 1,58 = 21,80 kW AT 12 = 13,8 • 1,75 = 24,15 kW ’ I diagrammet på figur 4.55 er kuldeytelsene ført opp (i kW) langs y-aksen og temperaturdifferansen (i K) langs x-aksen. Fordamperen gir etter diagrammet en temperaturdifferanse på AT 7,2 K ved en kuldeytelse på 12 kW. kW

Figur 4.55 Diagram over korrigert kuldeytelse

6

7

8

9

10

11

12

ATK

Vi går inn på y-aksen for 12 kW og trekker en vannrett linje bort til korreksjonslinjen. Så går vi loddrett ned, hvor vi far AT ~ 7,2 K.

Vi har et problem: enten å fa kontrollert kondensatortrykket for å opprettholde et tilstrekkelig trykk ved ekspansjonsventilens innløp eller å overvinne mottrykket i væskeledningen.

124

Kuldetekniske anlegg

Eksempel Kuldemedium: R-134a Kondenseringstemperatur: +38 °C Fordampningstemperatur: +6 °C Væskens densitet: 865 kg/m3

Ekspansjonsventilen er plassert 10 m høyere enn kondensatoren. Lag en skisse over systemet og beregn trykkfallet. Forslag til løsning

Ved 10 m høydeforskjell får vi et statisk trykk på 0,848 bar. Mellom kondensatoren og fordamperen får vi et trykkfall på 8,778 bar — 3,620 bar = 5,158 bar. Se figuren.

Kondenseringstrykk

Fordampning 6 °C 3,620 bar i |

Statisk trykk f 9,626 bar - 0,848 bar=8,778 bar 7 m®—J

Kondensering

Beregnet trykkfall 8,778 bar - 3,620 bar=5,158 bar

10 m væskesøyle Densitet 0,865 kg/l - 865 kg/m3 statisk trykk 10m.865 kg/m3=8650 kg/m3 0,865 kg/cm2-0,9806 bar =0,848 bar

Figur 4.56 9,626 bar

Dimensjonering av termostatisk ekspansjonsventil Termostatiske ekspansjonsventiler regulerer innsprøytingen av kulde­ medium i fordampere. Innsprøytingen blir kontrollert av overhetingen i kuldemediet. Trykkfallet i ekspansjonsventilen er forskjellen mellom kompressorens kondenserings- og fordampningstrykk minus trykktap i rørledninger og gjennom eventuell fordeler. Eksempel

Kuldemedium: R-22 Ventiltilslutning: loddes Fordamperkapasitet: 9 kW Fordampningstemperatur: tQ = - 10 °C (Po = 3,55 bar) Kondenseringstemperatur : r = +36 °C (P = 13,83 bar) Fordamper med seks seksjoner Væskeledningens diameter 0 12,7 mm (1/2")

Dimensjonering av termostatisk ekspansjonsventil

125

Væskeledningens lengde: 25 m Fordamperen er plassert 6 m høyere enn kuldemediebeholderen (receiveren).

Forslag til løsning Fordampertrykket PQ trekkes fra kondensatortrykket P. Verdiene Po og Pk blir bestemt av de gitte verdiene for t og Disse verdiene tar vi ut fra kuldemedietabellen for R-22, vedleggene 5 og 6 bak i boka.

P,-P = 13,83 bar-3,55 bar

Pb -P0 = 10,28 bar k Trykkfall A Py i væskeledningen:

0,0034 bar = 25 m A P, = 0,085 bar ~ AP = 0,1 bar

Trykkfall i tørkefilter, magnetventil, seglass og rørbøyer AP2 = 0,2 bar. Trykkfall A P3 i den loddrette væskeledningen (høydeforskjell h = 6 m), se tabellen nedenfor. Kuldemedium

Statisk trykkfall 4P3 mellom fordamper og receiver 6m

12 m

18 m

24 m

30 m

R 22

0,7

1,4

2,1

2,8

3,5

R 134a

0,7

1,4

2,1

2,8

3,6

R 404A

0,6

1,3

1,9

2,5

3,2

R-22 ved 6 m viser et trykkfall på 0,7 bar. Trykkfall i væskefordeleren AP} = 0,5 bar Trykkfall i fordelerrørene AP5 = 0,5 bar

Samlet trykkfall over ekspansjonsventilen: AP = (P u-Pn0)-(AP + AP>3 + AP 4 + AM AP) v k z v 12 5 AP = 10,28 - (0,1 + 0,2 + 0,7 + 0,5 + 0,5 )

AP = 8,28 bar

126

Kuldetekniske anlegg

Ventilkapasiteten blir bestemt etter tabellen nedenfor

Ventiltype

Trykfall over ventilen Ap bar

Dyse nr.

2

4

6

8

loj 12

14

16

Fordampningstemperatur -10°C

Figur 4.57

TX 2/TEX 2-0.15 TX 2/TEX 2-0.3 TX 2/TEX 2-0.7 TX 2/TEX 2-1.0 TX 2/TEX 2-1.5 TX 2/TEX 2-2.3 TX 2/TEX 2-3.0 TX 2/TEX 2-4.5

OX 00 01 02 03 04 05 06

0.37 0.79 1.6 2.2 3.9 5.8 7.4 9.1

0.47 0.96 2.0 2.9 5.1 7.6 9.6 11.8

0.53 1.1 2.3 3.3 5.9 8.7 11.0 13.5

0.57 1.2 2.5 3.6 6.4 9.5 12.0 14.7

0.60 1.2 2.6 3.8 6.8 10.1 12.8 15.6

0.63 1.3 2.7 4.0 7.1 10.5 13.3 16.2

0.64 0.64 1.3 1.3 2.8 2.8 4.1 4.1 7.3 7.3 10.8 10.9 13.6 13.8 16.6 16.8

Av tabellen for t = - 10 °C og A P= 8,28 får vi ved interpolasjon: Qo = 9. 5 + ^TV = 9, 6 kW Av tabellen ser vi at type TEX 2-2.3 med dyse 04 bør brukes. Tabellkapasiteten er basert på 4K underkjøling foran ventilen. Vanligvis er ventilens maksimale kapasitet ca. 20 % over den kapasiteten som er angitt i tabellen.

Dimensjonering av termostatisk ekspansjonsventil

127

Kapittel 5

Stempelkompressoren

Stempelkompressoren var den første typen som ble brukt til kuldean­ legg, og er også den vanligste av kompressorene. De minste kompres­ sorene finner vi i kjøleskap og små frysere. Stempelkompressoren blir bygd som åpen, semihermetisk eller hermetisk. Noen av de store fa­ brikkene som bygger kompressorer, er Sabroe, Danfoss, Gram og York.

Figur 5.1 Stempelkompressor (Sabroe)

En moderne stempelkompressor er gjerne mangesylindret og har opp til 16 sylindrer og et turtall opp til 1800 o/min. Mindre kompresso­ rer kan ha opp til 4000 o/min. Det er løse sylinderforinger, og sylindrene er plassert i vertikal, V-, W-, X- eller radialform, slik figuren viser.

128

Stempel-kompressoren

Figur 5.2 a Sylinderarangement, b Veivakselarrangement

De nye kompressorene er det vi kaller kortslagsmaskiner, og de høye omdreiningstallene krever at det blir særlig lagt vekt på utførelsen av arbeidsventilene, akseltetningen, smøreoljepumpa, smøreoljesystemet og lagrene. Det vil derfor av plasshensyn være ønskelig med for­ holdsvis stor sylinderdiameter. Det som kjennetegner en åpen kompressor (se figur 4.7), er at veivakselen er ført ut gjennom en akseltetning i kompressorhuset. Denne kompressoren kan brukes til alle typer kuldemediet. Forskjel­ len på de kompressorene som brukes til ammoniakk og hydrofluorkarbon, kan ligge i den oljen som blir fylt på kompressoren. Fordelen ved den åpne kompressortypen framfor den hermetiske og semihermetiske er at vi kan bruke standard motor, og at delene kan demonteres. Ved en flersylindret kompressor gir kapasitetsregulering med utkopling av sylindrene etter tur brukbare små trinn i regulerin­ gen. Vanligvis er kapasitetsreguleringen også utført slik at den uten videre gir en automatisk avlastet start.

Figur 5.3 Avlastningfor kompressoren ved start

Stempel-kompressoren

129

Ulempen er at det kan bli lekkasje via pakkboksene.

Det skadelige rommet på en kompressor ligger i området 4—5 % ved en middels stor kompressor.

Kompressorhuset Vanligvis er kompressorhuset støpt i svært finkornet støpejern. I det siste har det kommet aluminiumsblokker i de hermetiske systemene. Har vi en kompressor med flere sylindrer, vil kompressoren bli svært lang om sylindrene skulle sitte på en lang rekke. Det vil også gjøre det nødvendig med en svært lang og tung veivaksel. Derfor arrangerer vi det slik det går fram av figur 5.2a.

Veivakselen

Figur 5.4 Kompressorhuset

Veivakselen blir som regel støpt i spesialstøpejern i ett stykke. Men for mindre kompressorer kan veivaksler dreies av en hel aksel. Støpejern har den fordelen at glideegenskapene er gode, og at det har god støtdemping. Det er ofte innstøpt motvekter på veivakselen for å gi kom­ pressoren en dempet gange. Veivakselen blir ofte opplagret i trykksmurte glidelagre med lagerskåler av hvitmetall eller lettmetall, men noen bruker også rullelagre. Det er en svært kostbar utførelse. En bruker oftest to rammelagre, fordi det stiller mindre krav til nøyaktig­ het ved framstilling og montasje. Ved lange veivaksler kan vi finne ut­ førelser med tre rammelagre, altså med middager. Vi må være klar over at veivakselen bør ha rikelig aksiell klaring i forhold til rammelagrene, fordi veivhuset kan bli betydelig kaldere enn veivakselen, og vi vet at da blir også rammelageravstanden mindre. Etter at veivakselen er støpt eller smidd, blir den slipt og honet før den blir avbalansert.

Figur 5.5 Veivakselen

Lagerklaringer. Alle klaringer må vi lese ut av instruksjonsboka som følger med kompressoren. Her tar vi for oss en kompressor med sylinderdiameter 100 mm, en slaglengde på 100 mm og et omdreiningstall på 26,661 o/s.

130

Stempel-kompressoren

Rammelagrene Maksimalt Veivlagrene Maksimalt

0,05-0,04 mm 0,14 mm 0,02-0,04 mm 0,13 mm

Lagerklaringen måler vi ved at vi tar opp lageret og legger en plastlisse inn over lageret. Så trekker vi til så mange newtonmeter (Nm) som er foreskrevet etter instruksjonsboka. Vi løsner så på lageret, tar ut lissen og måler den med et mikrometer. Krysspinnelagrene Maksimalt

0,05 mm 0,07 mm

Krysspinneklaringen måler vi vinkelrett på krysspinnen. Stempelringgapet Maksimalt

0,35-0,6 mm 1,0 mm

Stempelringgapet må vi måle når stempelringen er nede i sylinderforingen. Det er svært viktig at veivakselen har riktig aksiell klaring i forhold til rammelagrene, da veivhuset kan bli mye kaldere enn veivakselen, og dermed blir avstanden mellom rammelageret mindre. Endeklaringen mellom veivakselen og endelageret er 0,6—1,0 mm.

Figur 5.6 Endelagrene som er glidelager

Etter hvert får jo oljen dårligere smøreegenskaper fordi det blir absor­ bert kuldemedium i oljen. Men disse lagrene kan klare 8000 driftstimer gjennom flere år uten havarere.

Stempel og stempelringer For at vi skal få redusert massekreftene ved fram- og tilbakegående be­ vegelser, er stemplene i hurtigløpende kompressorer nesten alltid støpt i lettmetall. Stemplene blir laget med en viss klaring i forhold til sylinderféringen på grunn av varmeutvidelsen under drift. Tetning mellom trykk- og sugesiden oppnås med en eller flere tetningsringer, og oljeskrapefjærer sørger for at overflødig olje blir ført tilbake til veiv­ huset. Fra sporene i skrapefjærene er det boret hull gjennom stempelet for at vi skal få ledet oljen bort. Stempelfjærene i kompressoren blir laget av svært seigt støpejern. Kryssboltene er vanligvis «flytende» la-

Stempel-kompressoren

131

gret i stemplet og holdes mot sideveis forskyvning ved hjelp av seeger-ringer.

Figur 5.7 Stempel, veiv­ stang og kryssbolt

Veivstenger Veivstengene blir enten smidd av stål, støpt av spesialstøpejern eller støpt av aluminiumslegeringer. Veivlagrene blir utført med tynnveggede lagerskåler av stål og lagermetall. Selve lagrene er utstyrt med oljespor rundt hele omkretsen, for at en skal sikre oljetrykk gjennom boring til krysslager. Veivstangøyet er forsynt med foring, som regel av spesialbronse. Veivstang

Figur 5.8 Veivstang

Sylinderforing

Figur 5.9 Løs foringfor en større kompressor

132

Stempel- kompressoren

1 Sylinder 2 Ventilløftestift 3 Pakning 4 Sugeventilseteplate 5 Sugeventilplate 6 Sugeventilfjærer 7 Styringer 8 Sylinderskrue

For flersylindrete, hurtigløpende kompressorer bruker en ofte løse sylinderforinger. De blir laget av spesialstøpejern med stor hardhet. De holdes fast i kompressorhuset, enten med en hylse som blir presset nedover av sylinderlokket, eller ved hjelp av en stiv fjær som ligger an mot sylindertoppen. Innvendig er sylinderforingen honet.

Suge- og trykkventiler Noen av de viktigste delene til en kompressor er suge- og trykkventilene. Enkelte kompressorer har ingen sugeventil. I stedet er det en port ned til kompressorveivhuset som åpner når stempelet har kom­ met langt nok ned. Ventilfj ærene skal sørge for en så riktig ventilbevegelse som mulig.

For å hindre tilbakestrømning betyr ventilåpningen en del, men en korrekt lukking er svært viktig. Det er derfor viktig at ventilfjærene gir god lukkekraft. Trykkventilfjærene skal gi et fjærtrykk på ca. 0,6 til 1,5 N/cm2 ventilareal og sugeventilene et fjærtrykk på ca. 0,6 til 1,5 N/cm2 ventilareal.

Figur 5.10 Ringventil med sinusfarer og ringspalteventil med tungeventil

1 2 3 4 5 6

Ventilsete Avstandsring Ventilplate Fjærer Avstandsplate Sprengskive

Sugeventilen har som oppgave å la så mye kuldemedium som mulig komme inn i sylinderen med lavest mulig trykkfall. Den skal også tette for det trykket som blir dannet ved kompresjon, slik at ikke dampen strømmer tilbake til sugesiden. Trykkventilene skal la den komprimerte gassen passere fra sylinderen til trykksiden av anlegget med så lite trykkfall som mulig. Ventilene for kuldekompressorer er

Stempel-kompressoren

133

under stadig utvikling. Det vi ønsker, er å få laget lette ventiler med høy mekanisk styrke slik at vi kan få økt turtallet til kompressoren.

Krav til det ideelle ventilsystemet: 1 Kortest mulig vei med store strømningsarealer 2 Jevn strømning, uten forandring av strømningsretning 3 Liten løftehøyde på ventilene for å sikre hurtig virkemåte 4 Liten masse på ventilene 5 Billig og holdbart

Smøring Vi kan dele stempelkompressoren inn i to typer etter smøringsprinsippet: 1 Trykksmøring 2 Plaskesmøring

Alle store stempelkompressorer blir smurt fra et innebygd trykkoljesystem. Oljen skal ikke bare sørge for en oljefilm til lagrene for å redusere friksjonen, men skal også smøre sylinderveggene og tjene til bortledning av varme. Har kompressoren hydraulisk ytelsesregulering, må også servostempelet få tilført olje. Selve oljepumpen kan være en tannhjulspumpe, med innvendig eller utvendig fortanning, eller som stempelpumpe. Den mest brukte er tannhjulspumpa på grunn av enkel konstruksjon og fordi den er svært driftssikker. Selve driften av pumpa skjer enten direkte fra veivakselen eller via en eller annen kraftoverføring fra veivakselen. Ved driftsstans øker trykket i veivrommet, og oljen tar opp mer kuldemedium. Ved start synker trykket raskt, og kuldemediet koker ut med sterk skumdannelse og reduserer sugeevnen til oljepumpa. For at vi skal hindre skumdan­ nelse i veivrommet, setter vi inn en elektrisk varmekolbe, som begyn­ ner å fungere ved kompressorstopp. For mindre kompressorer blir det brukt plaskesmøring for oljetransport hvor det er spiralspor i veivakselen.

Kapasitetsregulering En del av kompressorfabrikantene bruker et trykkoljesystem med to oljetrykknivåer, hvor det høyeste er for kapasitetsregulering og det la­ veste for smøring. Se figur 4.15. Som figuren viser, suger smøreoljepumpa, som her er en tannhjulspumpe, fra kompressorens oljesump og pumper olje til et kammer ved veivakselens ene hovedlager. Selve smøreoljepumpa blir drevet av kompressorens veivaksel. Ved hovedlageret er det en overstrømningsventil som regulerer trykket. Vi kan også lese av oljetrykket på manometeret, og som en sikkerhet er syste­ met også påmontert en differansepressostat, som stopper kompresso­ ren hvis oljetrykket synker under en innstilt grense.

Magnetventilen stenger for oljetilbakeføring fra smøreoljeutskilleren når kompressoren ikke er i drift. Trykkoljen smører kompressorens

134

Stempel- kompressoren

lagre over kapasitetsregulatoren til avlastningssylindrene, der en stangmekanisme og noen trykkstifter kan påvirke sugeventilene til å åpne. Når kammeret i avlastningssylindrene står under oljetrykk, arbeider sugeventilene i det tilhørende sylinderparet normalt. Men blir stempelet i kapasitetsregulatoren flyttet mot venstre, blir avlast­ ningssylindrene avsperret fra trykkoljen, og trykket utlignes til veivrommet. Den fjæra som er bygd inn i avlastningssylinderen, beveger stangmekanismen slik at trykkstiftene løfter sugeventilplata fra sitt sete og presser den mot det motsatte anslaget. Slik blir den aktuelle sylinderen satt ut av funksjon. Antallet aktive sylinderpar blir bestemt av posisjonen til skifteglideren, og kompressorkapasiteten kan derfor styres ved at vi beveger skiftegliderens stempel.

Akseltetningen (pakkboks) En viktig del i en kuldekompressor er pakkboksene (se figur 5.11). Den sitter på den roterende akslingen mot svinghjulet og skal tette for gassoljebeholdningen, slik at den ikke slipper ut i anlegget.

Metallbelgen, som ligner en trekkspillbelg, har på den ene siden en presisjonsslipt ring, som passer mot en stålring. Stålringen roterer sammen med akslingen, og da hele tetningen er mellom disse to rin­ gene, forstår vi at pakkboksene er ømfintlige for smuss og metallpartikler. En pakkboksring som er defekt på grunn av slitasje eller fordi ringen har »revnet», vil først slippe ut kompressorens oljebeholdning, så vil ringene rive ytterligere, og hele gassbeholdningen i anlegget for­ svinner på kort tid. En oljedråpe under pakkboksen betyr likevel ikke at den lekker, men kan like gjerne bety at ringene får god smøring. Først når det er oljeflekker under kompressoren, er det fare på ferde, og pakkboksen må etterses eller skiftes. Samtidig med utskifting av pakkboksen må både belgdelen og sliperingen skiftes. Ringene må da som nevnt innslipes på nytt på slipeplate, ellers bør pakkboksen skiftes.

Figur 5.11 Hvordan vi sli­ per og lapper inn en pakk­ boks

Stempel-kompressoren

135

Figur 5.12 Akseltettning med metallbelgfor en større kompressor

stående tetning 4 Roterende tetningsring 5 Mutter

9 Tetningsflater

Oljeavløp

Figur 5.13 Sprengskisse av en større, flersylindret kom­ pressor (York)

Når vi har pakkbokser av belgtypen, er det viktig at spiralfj ærenes trykk på sliperingene er riktig avpasset. Er trykket for lite, vil pakkboksen rive da oljen ikke kommer mellom slipeflatene.

Hvordan kan vi optimalisere et kulde- og varmepumpeanlegg? 1 2 3 4 5

136

Stempel-kompressoren

Kompressor Fordamper Kondensator Rørsystem, ventiler og automasjon Kuldebehov

Kompressor

- Vi må sikre en effektiv kompressor og motor. - Det må være en riktig kompressorsammensetning (at kom­ pressoren er beregnet for anlegget). - Kompressoren må ha høy virkningsgrad. - Skal det være en stempel- eller skruekompressor? - Skal det være en ettrinns- eller totrinnskompressor? - Kompressorytelsen må tilpasses kapasitetsforholdene. - Det må være en energibesparende og riktig dimensjonert motor. - Vi må velge riktig regulering av kompressorkapasiteten, utkopling av sylindrer, volumregulering og eventuell omdreiningsregulering. - Vi bør begrense regulering av fordampertemperaturen ved hjelp av reguleringsventilene i sugeledningen. Fordamper Ved valg av fordamper bør Ar mellom fordampningstemperaturen og omgivelsestemperaturen være minst mulig. Ved luftkjølte fordampere bør temperaturen ligge under 8 °C og ved vannkjølte fordampere under 5 °C. Det betyr at fordamperarealet må være relativt stort. - Effektive vifter og motorer er viktig. Fordamperviftene avgir den opptatte effekten fra kjøle- eller fryserommet, som igjen skal fjer­ nes fra kuldeanlegget. Derfor er det viktig å velge vifter og moto­ rer med høy virkningsgrad. - Ved valg av lamellavstand bør fordamperen være stor. Vi bør ta hensyn til trykktap og rimbelegg når vi velger fordamper til industrianlegg. Lamellavstanden bør være på minst 8 mm for kjølerom og på 16 mm til de første rekkene i et fryserom.

-

Kondensator

- Ved valg av kondensator bør kondensatorarealet være stort. - Et stort kondensatorareal reduserer Ar mellom kondenseringstemperaturen og omgivelsestemperaturen. - For en fordampningskondensator bør Arvære mindre enn 10 °C. - Vi bør velge en kondensator som er lett å rengjøre. - Når vi velger en kondensator som bruker vann i forbindelse med kondenseringen, bør vi også i tillegg ta med vannbehandling. - Vi bør velge en kapasitetsregulering som er så fleksibel som mulig. - Kondenseringstrykket fastsetter vi best i forhold til det valgte kuldemiddelet og måten anlegget er bygd opp på. - Er det flere vifter, blir de styrt enkeltvis eller med felles frekvensregulering. - Er det bare én vifte, bør den ha minst to hastigheter eller eventu­ elt være frekvensregulert.

Stempel-kompressoren

137

Rørsystem, ventiler og automasjon

-

I et rørsystem skal det være minst mulig trykktap, og vi bør være svært oppmerksom på sugeledningene.

Kuldemedium

Det er viktig å velge riktig kuldemedium, fordi de enkelte kuldemediene har forskjellige, gode driftsøkonomiske trykk- og temperaturområder. — Vi må heller ikke glemme å ta hensyn til miljøforurensningene.

-

Eksempel

Et kuldeanlegg med fteon 22 som kuldemedium arbeider under disse forholdene: Fryseromstemperatur: — 15 °C Temperatur i fordamper: - 20 °C Temperatur før kompressor: -15 °C Temperatur etter kompressor (isentropisk kompresjon): +60 °C Kuldemediets temperatur etter kondensator: +20 °C

Kuldeytelse: 400 000 kj/time a Tegn prinsippskisse av anlegget med de oppgitte temperaturene påført skissen. b Tegn prosessen inn i vedlagte trykk-entalpi-diagram, og les av de aktuelle trykk- og entalpiverdiene. c Hvor stor mengde R-22 må sirkulere for at vi skal fa den nødven­ dige kuldeytelsen? d Kjølevannet i kondensatoren far en temperaturstigning på 14 K. Hvor stor vannmengde må da strømme gjennom kondensatoren? Forslag til løsning Po Lavtrykk

Pk Høytrykk

Kald damp

Varm gass

60 °C

Figur 5.14 Prinsippskisse av anlegget

138

Stempel- kompressoren

@

Ekspansjonsventil

-15 °C

Figur 5.15 Prosessen i trykk-entalpi-diagram

Punkt

1

2

3

4

P

2,455

11,275

11,275

2,455

h

402

440

224

224

c

d

Sirkulert mengde R-22: P 400000 = 402^224

n

,

Vannmengde som må sirkulere:

p^d 0, 62(440 - 224) , „ „onn = --------- = ------ 7------- 7------ = 2,28 kg/s Vm vann Cv Åt 4, 2 • 14 -1------

Stempel-kompressoren

139

Kapittel 6

Kuldekomponenter

Reguleringsventiler De typene av reguleringsventiler som blir brukt i et kuldeanlegg, er 1 håndregulert reguleringsventil 2 termostatisk reguleringsventil (ekspansjonsventil) 3 pressostatisk reguleringsventil 4 lavtrykksflottørventil 5 høytrykksflottørventil 6 kapillarrør 7 elektronisk reguleringsventil

Håndregulert reguleringsventil Den håndregulerte reguleringsventilen er den enkleste varianten av reguleringsventiler. Med den må vi justere gjennomstrømningen ma­ nuelt. Denne typen reguleringsventil er ikke mye brukt fordi det er vanskelig å stille inn overhetingstemperaturen.

Figur 6.1 Håndregulert reguleringsventil

140

Kuldekomponenter

Termostatisk reguleringsventil (ekspansjonsventil) Som det går fram av navnet, er denne ventilen temperaturstyrt. Det vil si at det er temperaturen ved utgangen av fordamperen som be­ stemmer åpning og lukking av ventilen. Reguleringsventilen blir le­ vert fra fabrikken med en fast innstilt overheting på 5 °C.

Disse ventilene holder et konstant trykk i fordamperen. Ved at varmetilførselen avtar, vil kompressoren etter hvert senke trykket i fordamperen, og ventilen vil åpne for mer væskeinnstrømning. Det fører til at kompressoren kan suge inn fuktig kuldemediedamp. Øker varmetilførselen, stiger trykket i fordamperen, og ventilen begynner da å stenge. Fordamperen vil etter hvert få mindre fylling. Det kan føre til at den blir for tørr, slik at kuldemediedampen etter kompre­ sjonen får for høy temperatur. En termostatisk reguleringsventil er uøkonomisk og egner seg best når belastningsvariasjonene er små og anlegget bare har ett fordampersystem.

Figur 6.2 Prinsippetfor en termostatisk reguleringsventil

F Ut

Føleren (2) sitter fastklemt etter fordamperen (1) og føler temperaturen på den utgående sugeledningen (3). Følerkroppen, som er fylt med et medium som fordamper lett, står gjennom kapillarrøret (4) i forbindelse med reguleringsventilen og et trykk P, som er bestemt av temperaturen i følerkroppen, og som virker på oversiden av membranen (5). På undersiden av membranen virker fordampertrykket P^ (der for­ damperen begynner) og fjærtrykket P^.

Ved balanse gjelder dette: P1 = P2 + P3 Reguleringsventilen er utstyrt med innvendig trykkutligning, og overhetingen er innstilt med 5 °C fra fabrikken.

Reguleringsventiler

141

Figur 6.3 Danfoss ekspan­ sjonsventil med utskifibare dyser

Ventilen er koplet til en fordamper, der trykket svarer til 5 °C tempe­ raturfall. Fordampningstemperaturen blir målt ved utgangen av for­ damperen, og den blir satt til å være —20 °C. Trykket under belgen svarer da til -5 °C.

Figur 6.4 Anlegg med elek­ tronisk ekspansjonsventil

AF1 (S1) insulated

AF1 (S2) insulated

RTC, eller elektronisk ekspansjonsventil, bruker to temperaturfølere for å justere væsketilførselen etter innstilt temperaturdifferanse. Med RTC-ventilen blir det en svært nøyaktig styring av overhetingen og kontroll med fuktigheten. RTC-ventilen passer spesielt godt til kjølelager for varer som ikke er emballert, og der uttørkingstapene kan være betydelige. RTC-ventilen kan brukes for alle HKFK-, KFK- og HFK-medier og for naturlige hydrokarboner o.l.

142

Kuldekomponenter

Pressostatisk reguleringsventil Den pressostatiske reguleringsventilen blir stort sett brukt i mindre kuldeanlegg. Den har et system med bare en fordamper i kombina­ sjon med en termostat. Ventilen blir justert slik at vi oppnår en kon­ stant fordampningstemperatur mens kompressoren er i drift. Ventilen åpner seg fordi fordampertrykket synker, og hindrer at kul­ demediet strømmer over til fordamperen når kompressoren står stille.

Figur 6.5 Pressostatisk reguleringsventil

Plassering av føleren Føleren på ekspansjonsventilen er plassert på utgangen til fordampe­ ren, og vi må alltid sørge for god termisk kontakt mellom føleren og røret. Dersom det er nødvendig, skal rørslyngen og føleren isoleres slik at føleren ikke blir påvirket av temperaturen i lufta rundt eller av strålevarme. Dersom føleren blir montert på et loddrett rør, bør den alltid vendes slik at kapillarrøret er øverst. Dersom føleren blir mon­ tert på et vannrett rør, må vi aldri plassere den på undersiden. Gjør vi det, kan det være fare for at den lukker seg dersom det kommer olje i sugedampen.

Figur 6.6 Optimal plasse­ ring av føleren på ekspan­ sjonsventilen

Den beste plasseringen er blant annet avhengig av diameteren på røret der føleren skal spennes fast, Figur 6.6 viser retningslinjer for plassering. En termostatisk ekspansjonsventil, eller termoventil, som vi gjerne sier, blir styrt av temperaturen på et sted der ventilføleren er plassert.

Reguleringsventiler

143

Figur 6.7 Innvendig trykkutligning

r Utvendig trykkutligning

Figur 6.8 Utvendig trykk­ utligning

Figur 6.9 Innvendig tryk­ kutligning

Figurene 6.7-6.9 viser prinsippet for en termostatisk ekspansjons­ ventil som er montert på en fordamper der det ikke er noe trykkfall. Anlegget arbeider med R-22, og de absolutte trykkene tilsvarer metningstemperaturen som står på skissen. På undersiden av membranen som aktiverer ventilspindelen, virker trykket Py Det er likt trykket i inngangen på fordamperen, det vil si

P2 = 3,56«-10°C

144

Kuldekomponenter

Spenningen av fjæra som er vist på skissen, kan endres manuelt, og spenningen er innstilt på et trykk som tilsvarer en metningstemperatur på +4 °C, altså - 4 °C Når ventilen er i balanse, må summen av de trykkene (P} + PJ som virker på undersiden av membranen, være lik det trykket (P3) som virker på oversiden, det vil si P■5 = P12 +P

Setter vi inn temperaturen i ligningen, far vi P3 = 4 °C + (-10 °C) = - 6 °C

Det betyr at det på stedet der føleren er plassert, er en overheting på A ^ = - 6 °C - (-10 °C) = 4 °C

På fryseanlegg med en fordamper, hvor kompressormotoren er tilpas­ set belastningen etter nedkjølingen, bruker vi ekspansjonsventiler med en tilpasset fylling i føleren. Disse ventilene kaller vi MOP-ventiler. MOP er en forkortelse for det engelske uttrykket »maximum operating pressure». Fyllingen gjør det slik at ventilen ikke åpner når trykket i fordamperen er høyere enn ventilens MOP-punkt. Ved nedkjølingen av fordamperen er ventilen lukket helt til kompresso­ ren har sugd trykket på sugesiden ned under dette punktet, hvor så ventilen kan åpnes. Termostatiske ekspansjonsventiler med MOP-funksjon har den samme virkningen som en starttrykkregulator.

Figur 6.10 Karakteristikk for en ekspansjonsventil med og uten MOP-funksjon

Eksempel Vi ønsker å finne ut hvor mye som fordamper i ekspansjonsventilen for kuldemediet R-134a. Figur 6.10 viser forløpet i en ekspansjons­ ventil.

Reguleringsventiler

145

Tverrsnitt 1,24 mm2 i Før ventil

+ 30 °C 7,698 bar Væske 120 kg/t

Figur 6.11 Forløpet i en ekspansjonsventil

Etter ventil

i ! |

-15°C 1,642 bar Væske 89 kg/t Damp 31 kg/t I alt 120 kg/t

Løsning Vi går ut fra at x er prosent væske som går over til damp i ekspansjons­ ventilen. Den kulden som blir dannet ved fordampningen, går med til å kjøle væsken fra +30 °C til —15 °C. Fordampningsvarmen for kul­ demediet er 207,75 kj/kg. Vi setter opp dette:

• 120 • 207 = 1,32 • 120 (+30) -15

45 x= 1,32- —• 100 x = 28,69 ' Damp og væske = 0,2869 • 120 = 34 kg damp per time og 86 kg væske per time. Oppgave

a b

Lag en enkel skisse av en termostatisk ekspansjonsventil og for­ klar hvordan ventilen virker. En parallellfylt termoventil med R-22 skal stilles på overheting A t = 10 K ved to = —35 °C. Hva blir overhetingen hvis to heves med 7 °K uten at fjærtrykket justeres?

Forslag til løsning

Figur 6.12 Forløpet i en ekspansjonsventil

146

Kuldekomponenter

b

P(X tøler

= (-25)

= 2,016 bar

po

= (-35)

= 1,321 bar = 0,695 bar

A fjær

p

= (-18)

= 2,650 bar

Pfjær p

= 0,695 bar

pcx tøler

= 3,345 bar —» 11,5°C —> OH = 6,5 K

Lavtrykksflottørventil Som det går fram av navnet, er lavtrykksflottørventilen plassert i lavtrykkssystemet i systemet, og den prøver å holde en konstant kuldemediemengde i fordamperen. Flottørkula flyter på væskeflaten, som står i forbindelse med en hevarm, som er festet til ventilen. Når væsken synker, synker også flottørkula, ventilnåla åpner, og kuldemediet blir ført til fordampe­ ren. Når kuldemedienivået igjen har steget til en viss høyde, stenger flottørventilen.

Figur 6.13 Lavtrykksflottørventil

Høytrykksflottørventil I større anlegg blir også høytrykksflottørventilen brukt som reguleringsventil. Den er i prinsippet konstruert på samme måte som lav­ trykksflottørventilen.

Reguleringsventiler

147

Figur 6.14 Høytrykksflottørventil

Væsketilførsel

Flottør

Avluftingsrør Nåleventil

Nåleventilsete

Til fordamper

Høytrykksflottørventilen er plassert på høytrykkssiden mellom kon­ densatoren og fordamperen. Når kuldemediet blir kondensert i kon­ densatoren, renner det over til flottørventilen. Når væskenivået stiger i den, løfter flottørkula seg og drar med seg ventilnåla slik at kulde­ mediet kan strømme over til fordamperen.

Figur 6.15 Kuldeanlegg med høytrykksflottør

148

Kuldekomponenter

Kapillarrør Det enkleste reguleringsorganet er kapillarrøret, og det blir brukt i alle kjøleskap og fryseskap. Det er et ganske tynt rør med svært liten indre diameter. Det blir trykkfall gjennom hele røret fra kondensatoren fram til fordamperen. Det er svært viktig å ha helt korrekt fylling på slike anlegg. Siden de ikke har noen væsketank, kan en overfylling føre til at det kommer kuldemedium til kompressoren.

Kondenser -- Kapillarrør

Væskefilter Servicestuss

Kompressor

Figur 6.16 Kompressoraggregat med kapillarrør

Pressostater Lavtrykkspressostat

Figur 6.17 Lavtrykkspres­ sostat

Lavtrykkspressostaten er en trykkstyrt elektrisk bryter som slutter eller bryter strømmen til kompressormotoren eller kontaktoren når trykket i anlegget stiger eller synker. Pressostaten sitter oftest montert på selve kompressoraggregatet og står i kontakt med lavtrykkssystemet i kuldesystemet gjennom et rør. Se figur 6.17.

Pressostater

149

Høytrykkspressostat

Figur 6.18 Høytrykk­ spressostat

Høytrykkspressostaten er tilsluttet høytrykkssiden i kuldesystemet. Pressostaten bryter styrestrømmen til kompressormotoren eller kon­ taktoren dersom kondenseringstrykket stiger på grunn av svikt i kjølevannstilførselen. Pressostaten bryter strømmen på en forhåndsinn­ stilt ventil.

Figur 6.19 Elektronisk pressostat

Kombinasjonspressostat Anleggene kan også utstyres med elektroniske trykkregulatorer som kan regulere hastigheten til viftene, slik at omdreiningstallet stiger når trykket øker. Vi kan også holde kondensatortrykket nesten konstant. Høytrykks- og lavtrykkspressostater finnes i en sammenbygd utgave, og den blir oftest brukt til å sikre kompressoren. Høytrykksdelen bør alltid være montert med manuell tilbakeføring (reset) fordi det er en sikkerhetsfunksjon.

150

Kuldekomponenter

Figur 6.20 Kombinert pressostat

Johnson Controls har flere typer av elektroniske pressostater. Figur 6.19 viser en ettrinnspressostat med kontrollpanel og føler. P2 = Tilsluttes lavtrykkssiden på kompressoren

En kombinert høytrykks- og lavtrykkspressostat blir også kalt en sammenbygd pressostat. Pressostaten blir koplet til både høytrykksog lavtrykkssiden. Se figur 6.20.

Oljetrykkspressostat (differansepressostat) En oljetrykkspressostat er en trykkstyrt, elektrisk bryter som slutter og bryter strømmen avhengig av forskjellen i trykket mellom to motsattvirkende belgenheter. Denne spesielle pressostaten blir brukt som en sikker­ het og beskytter mot for lave smøreoljetrykk i trykksmurte kompressorer.

Danfoss oljetrykksvakt

Pt = Tilsluttes trykksiden

på oljepumpa

Figur 6.21 Oljepressostat (oljetrykksvakt)

Figur 6.22 Koplingsskjema for Danfoss olje­ trykksvakt

Oljetrykkspressostat (differansepressostat)

151

Når pressostaten og termostaten er sluttet, far kontaktor Cl spen­ ning. Arbeidskontakten Cl (klemme 13-14 ) slutter, og da går det strøm gjennom kretsen for overvåking av oljetrykket. Kommer tryk­ ket over den innstilte verdien på oljevakten, bryter mikrokontakten Tl og T2 forbindelsen, og bimetallet mellom T2 og 0220 blir ikke varmet opp til brytetemperatur. Dersom oljetrykket ikke kommer opp til den innstilte verdien, er mikrokontakten Tl ogT2 sluttet. Da blir strøm påtrykt bimetallet, som blir varmet opp og bryter styrekretsen til kontaktorspolen Cl. Kompressoren stopper. Oljevakten kan tilbakestilles når det har gått fra to til fem minutter.

Installasjon: Den elektriske kabelen bør være fireleder + jord. Olje­ vakten skal funksjonstestes etter montasje. Først tar vi en elektrisk test ved å bruke testknappen på pressostaten. Deretter gjennomfører vi en test hvor det aktuelle oljetrykket er såvidt lavere enn det inn­ stilte brytetrykket på pressostaten. P, = tilsluttet trykksiden på oljepumpa P2 = tilsluttet iavtrykkssiden på kompressoren

En slik oljetrykksvakt er en differansebryter. Når kompressoren star­ ter, bygger oljetrykket seg opp gradvis, og derfor er det nødvendig med et tidsforsinkelsesledd. Tidsforsinkelsen kan være 45, 60, 90 eller 120 sekunder. OBS: Py — P2 = oljetrykk

Hvis ikke oljetrykket overstiger trykket i veivrommet med en innstilt verdi etter en viss tid, eller hvis det svikter ved drift, avbryter styrekretsen i kompressoren. Figur 6.23 Plasseringen av en oljetrykksvakt

Figur 6.24 Oljetrykkspressostat

Termostat Vi bruker en termostat i de tilfellene der vi vil styre et anlegg direkte. Det vil si at vi avføler temperaturen på fordamperen.

Figur 6.25 Termostat

Termostaten er en temperaturstyrt elektrisk bryter som slutter strøm­ men når temperaturen stiger til en bestemt innstilt verdi, og som bryter strømmen når temperaturen faller til en annen innstilt verdi.

Termostaten er i prinsippet bygd opp på samme måte som pressosta­ ten, men den avføler ikke kuldemedietrykket direkte. I stedet er den

152

Kuldekomponenter

utstyrt med et separat følersystem som er fylt med en fordampende væske.

Av- og på-regulering Her bruker vi oftest trykkstyrte eller temperaturstyrte impulsorganer (pressostater eller termostater). De kan virke på elektromagnetiske ventiler eller brukes til direkte start og stopp av mindre kompressorer. På større motorer går det impulser til startreleet i motoren.

Dampfylling Ved dampfylling utnytter vi sammenhengen mellom trykket og tem­ peraturen for mettet damp. Følersystemet er da fylt med mettet damp og en liten væskemengde. Figur 6.26 Fermostatføler med dampfylling

Fordelen med denne typen følerfylling er at trykket blir begrenset. Det vil si at en videre temperaturstigning etter at væsken har fordam­ pet, bare fører til en ubetydelig trykkstigning.

Absorpsjonsfylling Her er følersystemet fylt med overhetet gass, og i selve føleren er det et fast stoff med stor absorpsjonsflate. Derfor er føleren alltid den temperaturregulerende delen, og vi trenger ikke å ta hensyn til varme­ re eller kaldere plassering av termostaten.

Væskefylling Her utnytter vi sammenhengen mellom trykket og temperaturen for mettet damp. Dette følersystemet er fylt med halvparten væske og halvparten mettet damp med egnet temperatur. Fyllingen er avpasset slik at det alltid blir en fri væskeflate i føleren, og vi trenger ikke å ta hensyn til varmere eller kaldere plassering av termostaten. Figur 6.28 Fermostatføler med absorpsjonsfyIling

Disse følerfyllingene blir også brukt til termostatiske ekspansjonsventiler.

Når vi skal velge en termostat, er det viktig å vite hvilken termostattype som egner seg best til det formålet vi skal bruke den, og at temperaturområdet stemmer med det vi har regnet med.

Laketermostat Laken skal være føleren, men den må ikke komme i kontakt med for­ damperen.

Figur 6.29 Fermostatføler med væskefylling

Figur 6.31 Laketermostat

Termostat

153

Figur 6.32 Elektronisk termostat

Figur 6.33 Elektronisk termostat

Pt-100 står for 100 Q ved 0 °C, men det finnes også Pt-500 og Pt-1000 på markedet. Indikatoren står på 170 °C, og det vil si at føleren har en resistans på 164,76 Q som går inn til måleomformeren. Den blir omformet til en strøm som går videre inn til indikato­ ren, der vi kan lese av temperaturen.

Varmeveksler Det har vist seg å være fornuftig å sette inn en varmeveksler (temperaturveksler). Den virker som en etterkjøler, fordi den væsken som kommer fra kondensatoren, blir avkjølt i varmeveksleren av den kalde

154

Kuldekomponenter

gassen fra fordamperen. Denne gassen blir da tilført varme slik at den blir enda mer overhetet. Veksleren blir ofte brukt for varmeveksling mellom sugegass og væske fra kondensatoren. Varmeveksler

Kompressor

Figur 6.34 Eksempel på anlegg med varmeveksler Reguleringsventil

Oljeutskiller Oljeutskilleren er montert mellom kompressoren og kondensatoren med automatisk tilbakeføring av oljen. Den virker slik at flottørventilen åpner når oljenivået har kommet til et visst nivå. Oljen strømmer da tilbake på grunn av trykkforskjellen mellom oljeutskille­ ren og veivhuset til kompressoren.

Elektronisk nivåregulator Figur 6.36 viser en elektronisk nivåregulator. Den blir brukt til å kon­ trollere eller regulere væskenivået i kuldeanlegg, for eksempel i fylte fordampere, mellomkjølere og væskebeholdere. Reguleringen på figur 6.36 virker slik: Flottøren i flottørhuset har et styrerør som stiger eller synker i for­ hold til hvordan væskemengden i væskeutskilleren endrer seg. Kontrollreleet inneholder en nettransformator, en transistorforsterker og et relé som avhengig av hvor styrerøret befinner seg i flottørhuset, bryter eller slutter strømmen til magnetventilen i væskerøret. Når flottøren stiger eller synker, blir lavspentstrømmen gjennom styrespolen forandret. Denne endringen blir bare forsterket av transistorforsterkere, og kontaktsystemet slutter eller bryter strømmen.

Nivåregulering med flottør I denne typen kan en flottør bevege en jernkjerne opp eller ned i en styrespole når nivået varierer. De forandringene som kommer i den lavspente strømmen i spolen, blir ført til en elektronisk forsterker, som styrer en magnetventil i væsketilførselen. Flottøren kan også flytte på en kvikksølvkontakt, som kan aktivere magnetventilen i væskeledningen. Fordi mag­ netventilen alltid er helt åpen eller helt lukket, kan det ofte være nød­ vendig å montere en strupeventil rett etter magnetventilen.

Oljeutskiller

155

3

Figur 6.35 Elektronisk nivåregulering

Figur 6.36 Elektronisk nivåregulator

1 2 3 4 5 6

Vanntett hus Relé Forsterker Nettransformator Jordklemmer Tilslutningsklemmer

7 8 9 10 11 12 13

Kabeltetning Styrespole Flottørhus Flottør med styrerør Tilslutningsflenser Middelnivå for R717 (NH) Middelnivå for R134a og R22

Regulatoren kan også brukes til sikring mot for høyt eller lavt væskenivå. Kontaktsystemet gir dessuten muligheter for tilslutning av alarm eller indikering. Når flottøren heves eller senkes av væsken, en­ drer lavspenningen seg gjennom styrespolen. Denne forandringen blir forsterket av forsterkeren hvor kontakten over klemmene sluttes eller brytes.

Seglass (fuktighetsindikator) Gjennom et seglass som er plassert slik figur 6.37 viser, kan vi se fuktighetsinnholdet i kuldemediet og tilstanden til kuldemediet i anleg­ gets væskeledning. (Dampbobler kan for eksempel komme av dårlig kondensering eller underkjøling.) Den beste plasseringen av seglasset er mellom væskefilteret (tørkefilteret) og termoventilen.

156

Kuldekomponenter

Fuktighetsindikator

Figur 6.37 Seglass (fuktig­ hetsindikator)

Fuktighetsindikatoren består av et saltpreparat som skifter farge i for­ hold til fuktighetsprosenten i kuldemediet. Fargeomslaget følger både stigende og synkende fuktighetsprosent. Tabellen på figur 6.38 viser fargen indikatoren har etter fuktighetsprosenten. Verdiene gjel­ der for væsketemperaturer mellom 20 og 40 °C. Verdiene under «grønn/tørr» (engelsk: green/dry) er de maksimalt tillatte når det gjelder å unngå skadevirkninger på grunn av fuktig­ het.

Når den grønne fargen blekner, har fargeomslaget begynt. Da må vi følge godt med. Når fargen på indikatoren har blitt gul, må vi skifte ut væskefilteret.

Kuldemedium

Figur 6.38 Her kan vi lese av hva fargen på fuktighetsregulatoren betyr

Vanninnholdet PPM* mg H2O/kg kuldemedium

Grønn/tørr maks.

Mellomfarge

Gul/våt min.

R 22

150

150 - 300

300

R 134 a

310

310-500

500

*PPM = parts per million (1/1 000 000)

Magnetventiler Magnetventiler kan være bygd opp etter to forskjellige prinsipper: De kan være direktestyrt eller servostyrt. Magnetventiler blir brukt i væs­ ke-, suge- og varmgassledninger for kuldeanlegg. Figur 6.39 viser prinsippet for en magnetventil som er direkte styrt. Når strømmen blir sluttet, åpner ventilen ved at magnetspolen løfter ankeret med ventilnåla. Når strømmen blir brutt, slipper spolen ankeret, og ventilen stenger momentant. Merk at ankeret er løst på ventilnåla for at den skal få slagkraft.

Magnetventiler

157

Figur 6.39 Prinsippetfor en magnetventil som er direkte styrt

Magnetventiler er direktestyrte eller servostyrte ventiler som kan bru­ kes til å styre kuldemediet i væske-, suge- og varmgassledninger. Ved hjelp av en pressostat eller en termostat kan vi lage en av- og på-regu­ lering av kuldemediestrømmen, slik at vi på den måten kan bestemme virkemåten til kuldekretsen. Magnetventiler blir brukt til å styre flere kjølesteder når vi bruker «pump-down». Her er det romtermostaten som styrer magnetventi­ len. Likedan bruker vi magnetventiler ved varmgassavriming og på varmepumper der vi snur prosessen ved avriming. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Toppmutter Spole Anker Ventilplate Pilotdyse Pakning Utlikningshull Ventilsete Membran Monteringshull Ventilhus Ventildeksel Tilslutning

Figur 6.40 Pilotstyrt mag­ netventil

De minste magnetventilene er direktestyrte ventiler. De er vanligvis framstilt slik at når spolen blir magnetisert, løfter magnetfeltet et anker. Da åpner ventilen for kuldemiddelstrømmen. Ved større mag­ netventiler løfter ankeret seg slik at det åpner for en mediestrøm, som utfører selve løfte- og lukkearbeidet på membranen.

Magnetventiler kan også være pilotventiler på en hovedventil, der magnetventilen åpner for mediestrømmen som skal åpne for selve hovedventilen.

158

Kuldekomponenter

Figur 6.41 Sikkerhetsventil

Sikkerhetsventil Forskriftene som gjelder sikkerhetsarmatur for rørledninger og behol­ dere, omfatter også kuldeanlegg. Sikkerhetsarmaturen skal hindre sprengningsulykker. Den består blant annet av smeltesikringer, sprengskiver og sikkerhetsventiler som slipper kuldemediefyllingen ut i det fri når det oppstår farlig høye trykk. Figur 6.41 viser prinsippet for en type sikkerhetsventiler som blir brukt på væskebeholdere, kon­ densatorer og kompressorer i kuldeanlegg. På enkelte anlegg er det krav om to sikkerhetsventiler i parallell.

Denne typen sikkerhetsinnretning er en metallplate som er skrudd inn i en nippel. Blir trykket høyere enn det som er satt for sikkerhets­ grensen for å unngå en eksplosjon i anlegget, blir plata sprengt, og kuldemediet strømmer ut. Når plata er sprengt, er det ikke noen mulighet å stoppe utstrømningen før anlegget er helt tømt. Kompressorer av nyere dato har også sprengplater. Ved et brudd på sprengplata fører den høytrykksgassen over på lavtrykkssiden av kompressoren. Denne sikkerhetsventilen er fjærbelastet med et stempel som presser mot en pakning av syntetisk gummi.

Figur 6.43 Fjærbelastet sikkerhetsventil

Figur 6.44 Smeltesikring

Sikkerhetsventil

159

I denne smeltesikringen er det støpt inn en blindpropp med lavt smeltepunkt (60-150 °C) i en utboring. På et kuldeanlegg er den plassert på væsketanken. Dersom temperaturen blir høyere enn den verdien som er stemplet på smelteproppen, smelter metallet.

Ti I bakeslagsventi I Tilbakeslagsventilen kan brukes i trykkledningen fra pressostatstyrte anlegg for å hindre trykkutligning gjennom kompressoren (utette ventiler). Ventil

Fjær Ventilsete

Figur 6.45 Tilbakeslagsventil

Luftutskiller Dersom kuldeanlegget arbeider med trykk som er lavere enn trykket i atmosfæren, kan det trenge luft inn i anlegget. Denne lufta samler seg etter hvert i kondensatoren eller væskebeholderen og gjør at kondensatortrykket øker. Resultatet blir høyt energiforbruk og nedsatt ytelse. Derfor er det viktig å fjerne lufta så raskt som mulig, og til det bruker vi en slik luftutskiller som figur 6.46 viser. Den virker slik: I venstre del av figuren er utskilleren nesten fylt med kuldemedium i væskeform, som blir kjølt av det fordampende kuldemediet i rørspiralen. Gassblandingen fra væskebeholderen strømmer inn i den nedre delen av utskilleren, passerer den nedkjølte væsken og blir samlet i den nedre flottøren. Noe av kuldemediegassen kondenserer i flottøren, og inertgasskonsentrasjonen øker. Denne gassblandingen strømmer gjennom dysa i flottøren og blir deretter tvunget av en ledeplate til kontakt med fordamperspiralen. På vei gjennom den øvre delen av utskilleren blir kuldemediegassen kondensert, og inertgassen blir konsentrert i det høyeste punktet.

I den høyre delen av figuren har inertgassen tvunget væsken nedover, og den øvre flottøren har åpnet. Den fortrengte væskemengden har strømmer inn i den nedre flottøren, som dermed har åpnet og slup­ pet det kondenserte kuldemediet ut i væskeledningen. Når denne væskemengden strømmer ut, blir trykket senket så pass mye i utskil­ leren at gasstrømmen til apparatet blir holdt ved like.

160

Kuldekomponenter

Figur 6.46 Automatisk lufiutskiller

Kuldemediebeholder og væskestandsviser Kondensatet i kondensatoren blir ofte samlet i en kuldemediebehol­ der (receiver), som er montert direkte etter kondensatoren. Den skal ha et så stort volum at den kan romme hele kuldemediefyllingen. Beholderen er som regel utstyrt med en sikkerhetsventil og/eller en sprengskive som er dimensjonert på grunnlag av trykk eller tempera­ tur.

Større væskebeholdere har væskestandsarmatur for kontroll av væskestanden (væskenivået). Figur 6.47 viser en vanlig utførelse. Væskestandsviseren er laget av temperaturbestandig glass og må beskyttes mot slag og støt. Avstengningsventilene er ofte utstyrt med en tilbakeslagsventil, som skal hindre at kuldemediet strømmer ut dersom glasset blir skadet. Se figur 6.48.

Figur 6.47 Kuldemedie­ beholder (receiver)

Luftutskiller

161

Figur 6.48 Kuldemediebeholder med nivåglass og sikkerhetsventiler ut

Sugetrykksregulator Figur 6.49 viser prinsippet for en sugetrykksregulator, eller startregulator som den også blir kalt. Den blir montert i sugeledningen foran kompressoren og har som oppgave å begrense sugetrykket i kompres­ soren oppover. Regulatoren åpner ved synkende trykk på avgangssiden, det vil si når sugetrykket foran kompressoren blir lavere enn innstilt (ønsket) verdi. Denne reguleringen er bare avhengig av avgangstrykket. Regulatoren er nemlig utstyrt med en belg som utligner trykkendringer på tilgangssiden.

Figur 6.49 Prinsippet for en sugetrykksregulator

Hensikten med å begrense sugetrykket er å beskytte kompressormotoren mot overbelastning på grunn av for høyt trykk ved oppstart, særlig etter en lengre stillstandsperiode. Da er det mulig å bruke en mindre motor, som arbeider med en bedre virkningsgrad ved normal drift, fordi motorstørrelsen er tilpasset belastningen. Ønsker vi å endre sugetrykket, dreier vi på reguleringsskruen.

Fordampertrykksregulator Figur 6.50 viser prinsippet for en fordampertrykksregulator. Den er montert i sugerøret mellom fordamperen og kompressoren og regule­ rer bare fordampertrykket i forhold til tilgangstrykket. Trykkendrin­ ger på avgangssiden på regulatoren påvirker ikke denne regulatoren fordi den er forsynt med en utligningsbelg. Denne utligningsbelgen har et effektivt areal som svarer til arealet til ventilsetet. Regulatoren har som oppgave å opprettholde et konstant fordampertrykk og der­ med en konstant overflatetemperatur på fordamperen. Dessuten skal den sikre mot for lavt fordampertrykk, og den lukker derfor når tryk­ ket i fordamperen faller under den innstilte (ønskede) verdien. Skal vi endre fordampertrykket, dreier vi på reguleringsskruen. Stramming av fjæra gir høyere trykk, mens slakking gir lavere trykk.

162

Kuldekomponenter

Figur 6.50 Prinsippetfor en fordampertrykksregulator

Utlikningsrør

Figur 6.51 Anlegg med trykkreguleringsventil på sugesiden mellom fordam­ per og kompressor

Vi kan nevne disse fordelene med regulatoren:

Det blir mindre slitasje fordi det ikke blir så ofte innkopling og utkopling. Sugetrykket blir hindret i å falle under det som er tillatt for kompressoren. Oppkok av olje blir hindret fordi det ikke blir så lavt sugetrykk. Vi kan få til kontinuerlig drift på anlegg med store belastninger. Formålet med regulatoren er å begrense sugetrykket nedover ved at den leder gassen fra høytrykkssiden over til lavtrykkssiden. I mindre anlegg bruker vi direktestyrte kapasitetsregulatorer.

Kapasitetsregulator

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Dekkhette Pakning Innstillingsskrue Hovedfjær Ventil hus Utligningsbelg Ventilplate Ventil sete Dempeinnretning

Figur 6.52 Kapasitetsregulator

Kapasitetsregulator

163

Figur 6.53 Kapasitetsregulator montert i anlegget Vi bruker en kapasitetsregulator for å tilpasse kompressoren til den aktuelle belastningen. Denne regulatoren plasseres i et omløpsrør (bypass) mellom høytrykkssiden og lavtrykkssiden i anlegget. Da blir det mulig å tilføre lavtrykkssiden en kunstig belastning med kaldgass eller varmgass. En slik regulator blir ofte brukt på anlegg med flere fordampere, der kompressoren er for stor i lavlastsituasjoner.

Væskefilter Vi får filtrene som kompaktinnsatser og som filtre med utskiftbar kompaktinnsats. Vi kan bruke filtrene både på væskesiden og på sugesiden.

Kompaktinnsatsen absorberer og holder på den fuktigheten som fin­ nes i kuldesystemet, slik at det ikke blir isdannelser i ekspansjonsven­ tilen. Dermed blir det mindre fare for syredannelse. Kompaktinnsatsen holder på de skadelige syrene som blir dannet i kuldesystemet, slik at det ikke så lett blir korrosjon. Noen filtre som blir montert i sugeledningen før kompressoren, er spesielt beregnet for dette formålet. De blir også kalt «burn-out»-filtre. Kompaktinn­ satsen fjerner fremmedpartikler, slam og oljenedbrytende rester. Det er mest hensiktsmessig å montere filteret loddrett slik at væsken passerer filteret oppover.

Den forholdsvis store diameteren som væskefilteret har, gir en passe lav gjennomstrømningshastighet og dermed et lavt trykkfall. Figur 6.54 viser et snitt gjennom et mindre væskefilter. Andre filtertyper kan ha utskiftbar kompaktinnsats og er gjerne litt større.

Figur 6.54 Væskefilter av typen DX

164

Kuldekomponenter

Stoppventil Ventilen på figur 6.55 er en manuell stoppventil som er beregnet for montering i væske-, suge- og trykkgassledningen i kuldeanlegget. Ventilen har membran tetning, og de tre membranene er formet slik at spennkraften fra dem er med på å løfte ventilplata fra setet når ven­ tilen åpner seg.

En trykksko (7) hindrer direkte kontakt mellom spindelen (5) og membranene (8), og det gjør at ventilen varer lenger. Det er heller ikke nødvendig å trekke hardt til når ventilen skal stenges, fordi ven­ tilplata er laget av et materiale som gir fullstendig tetthet selv ved lett tiltrekking. Når ventilen skal åpnes, må trykket på avgangssiden på ventilen ikke overstige trykket på tilgangssiden med mer enn 1 bar. 1 2 3 4 5 6 7

Skrue Spennskive Håndhjul Medbringer Spindel Overdel Trykksko

8 9 10 11 12

Membran med ventilplate Fjær Ventilhus Konsoll Skrue

Figur 6.55 Stoppventil

«Burn-out»-filter Når det gjelder anlegg som er utstyrt med hermetiske og semihermetiske kompressorer, må vi være ekstra på vakt for vann og syrer i kuldesystemet. Det kommer av at motorviklingene er ømfintlige dels for syrer og tæring av hygroskopisk karakter, dels for stoffer som blir dan­ net i en «brent motor». Når vi skal skifte ut en brent motor i et mindre anlegg etter en grundig rengjøring og fylling av anlegget, installerer vi et utskiftbart «burn-out»-filter i både sugeledningen og trykkledningen. Trykkfallet over dette filteret må hele tiden kontrolleres, slik at filteret eller innsatsen blir byttet ut til riktig tid. Vi må også kontrol­ lere topptrykket i kompressoren fordi det kan være dannet ikke-kondensbare gasser. OBS: Følg nøye instruksene fra filterleverandøren.

Trykkstyrt vannventil Vannventilen blir brukt for å regulere vannstrømmen gjennom kon­ densatoren der den er vannkjølt. Når vi bruker trykkstyrte vannventiler på kuldeanlegg, oppnår vi en modulerende regulering av kondensatortrykket, slik at det holder seg så å si konstant ved drift.

Væskefilter

165

Når anlegget stopper, lukker ventilen automatisk for gjennomstrøm­ ning. 1 2 3 4 5 6 7

Trykktilslutning Reguleringsspindel Reguleringsfjær Øverste styrebøssing Ventilkjegle T-ring Nederste styrebøssing

8 9 10 11 12 13

Fjærsko Topplate Pakning O-ring Pakning Bunnplate

Figur 6.56 Trykkstyrt vannventil

Figur 6.56 viser en vanlig trykkstyrt vannventil der trykkimpulsene fra kondensatortrykket blir overført gjennom belgelementer til ventilkjeglen. Dermed er ventilen i stand til å tilpasse vannmengden etter behov, selv ved svært små trykkvariasjoner. Ventilene er avbalan­ sert slik at endringer i vanntrykket ikke har noen innvirkning på hvordan de er innstilt. Når vi dreier reguleringsspindelen i den ene eller den andre retningen, far vi ventilen til å åpne ved et høyere eller lavere kondensatortrykk. For å sikre kuldeanlegget mot overbelastning ved eventuell sviktende vanntilførsel til vannventilen bør vi montere en sikkerhetsbryter på høytrykkssiden av kuldeanlegget.

166

Kuldekomponenter

Kapittel 7

Varmepumpe

Alle kuldeanlegg er varmepumper, men hva vi skal kalle anleggene i hvert enkelt tilfelle, blir bestemt av det formålet de er konstruert for.

Prosessen med å produsere kulde med en kompressor har en kjent godt til siden 1834.1 1932 påviste Kelvin muligheten for å produsere varme med den samme prosessen, som i praksis virket som en varme­ pumpe. Så i 1857 bygde den engelske professoren William Thomson en var­ mepumpe. Han ble senere adlet og er vel best kjent som Lord Kelvin. Men det var først i 1937 at den første brukbare varmepumpa ble bygd av Escher-Wyss og Brown Boweri & Cie.

I et varmepumpeanlegg tar vi opp varmeenergi i fordamperen for å tilføre energi og dermed heve temperaturen på sekundærmediet som strømmer gjennom kondensatoren. De høye strøm- og fyringsutgiftene i våre dager har ført til stor inter­ esse for varmepumper, og vi vet jo at de ikke fører til noen forurens­ ning. Dessuten kan varmepumpeanlegg bygges reversible, slik at de kan brukes til kjøling om sommeren.

Figur 7.1 Varmepumpean-

Varmepumpe

167

Tilført/avgitt energi i kuldeanlegg

Figur 7.2 viser tilført og avgitt energi. En vanlig verdi på en varmefaktor er 3. Det vil si at vi far 3 kWh til oppvarming når vi bruker l kWh for å drive kompressoren

Tilført varme = avgitt varme ____________________ I I___________ Kuldeytelse + kompressorarbeid - kondensatorvarme

Varmepumper sparer energi, er miljømessig riktig, utnytter spill­ varme og reduserer bruken av olje og fast brensel. Ser vi på Norge med den lange kysten, er det jo et ideelt land for bruk av varmepum­ per. Sjøvann er en utmerket lavtemperaturkilde med et relativt høyt og konstant temperaturnivå. En av forutsetningene for at en varmepumpeinstallasjon skal bli lønnsom, er at det er tilgang på en varme­ kilde som har relativ jevn temperatur over hele året. Varmepumper blir laget i forskjellige størrelser og i varierende utførelse: - varmepumper bare for å produsere varmt vann - varmepumper bare for å varme opp luft - varmepumper for å varme opp radiatorvann - varmepumper for å varme opp vannvarmere og radiatorvann - som varmekilder - industrivarmepumper

Til kollektorslange

Figur 7.3 Prinsippetfor en indirekte varmepumpe

5

1 Kompressor 2 Kondenser 3 Pumper 4 Væskebeholder 5 Reguleringsventil 6 Fordamper

Fordelene ved en varmepumpe er at den - frigjør elektrisk energi slik at den kan utnyttes til formål som kre­ ver energi av høy kvalitet

168

Varmepumpe

erstatter forbrenning av olje og reduserer på denne måten foru­ rensningene av Nox, SO2 og CO7 — bygger på enkel og driftssikker teknologi - kan bygges i forskjellige størrelser alt etter oppvarmings- og avkjølingsbehov - ikke forurenser - er miljøvennlig - sparer ressurser —

Det er ingen ulemper med den, i alle fall ikke når vi om en stund får skiftet ut kuldemediene av KFK.

Et varmepumpesystem kan være svært driftsøkonomisk. For hver kilowattime varmepumpa bruker til arbeidet sitt, avgir den omkring tre ganger så mye energi. Dette forholdet kaller vi effektfaktoren for en varmepumpe: - avgitt energi i kondensator/tilført energi til kompressormotor

Figur 7.4 Varmepumpeanlegg basert på solenergi

Avløpsvannet inneholder store mengder med lavtemperaturenergi. Men avløpsvannet må renses, og da mister det en del av varmeinnholdet som varmepumpene kunne ha tatt ut. Både sjøvann og grunnvann kan med fordel brukes som varmekilde. Vannet blir da pumpet gjennom varmevekslerne til varmepumpa. Temperaturen går her ned, og den varmemengden som blir tatt opp, blir overført til radiatorvannet. Ved jordvarme kan vi legge rør i bakken og la for eksempel glykolvann med lav temperatur sirkulere gjennom rørene. Glykolvæsken vil da ta varme fra bakken og overføre den til varmepumpesystemet. Varmeinnholdet i utelufta kan også bli overført til varmepumpesystemet. Det kan skje på den måten at lufta blir blåst gjennom en for­ damper hvor temperaturen kan ligge på ca. 10 °C under utetemperaturen, og når lufta passerer gjennom fordamperen, gir lufta fra seg varme til fordamperen. Gulwarme er en brukbar måte fordi varme­ pumpa arbeider best med lave temperaturer på vannet. Denne

Varmepumpe

169

løsningen krever ikke høy temperatur på vannet og kan være under 40 °C. Vi er naturligvis interessert i å hente varme fra varmekilder som inne­ holder mest mulig varme. I den sammenheng er det viktig å velge den varmekilden som har høyest gjennomsnittstemperatur i de peri­ odene vi har størst behov for varme.

Når vi skal velge varmekilder, må vi ta hensyn til flere forskjellige fak­ torer: - varmebehov - kostnadsforskjell vann, luft og jord - miljøbestemmelser — fordeler og ulemper ved de forskjellige varmekildene — investeringskostnader — driftskostnader Alle varmekilder far opprinnelig tilført gratis varme fra sola - direkte eller indirekte. For å kunne hente ut denne varmen fra for eksempel vann er vi avhengig av gasser og væsker som kondenserer og fordam­ per ved passelig trykk.

Hvordan en varmepumpe virker En varmepumpe tar energi fra omgivelsene ved lav temperatur, rundt 12 °C eller lavere. Den omdanner denne varmen og leverer den videre ved forholdsvis høy temperatur, ca. 60 °C, til fjernvarmenettet. Det skjer ved at pumpa får tilført elektrisk energi.

Figur 7.5 Varmepumpe

Varmepumpa fungerer i og for seg på samme måte som et kjøleskap. I kjøleskapet blir det tatt varme fra det indre av skapet, og den blir levert til omgivelsene. På tilsvarende måte kan en varmepumpe ta energi fra et rom og gi den ut til omgivelsene. I dette tilfellet avkjøler varmepumpa rommet. Nå skal vi se på hvordan en varmepumpe kan brukes til oppvarming. Vi vet at en væske fordamper ved lavere temperaturer når trykket går

170

Varmepumpe

ned. Fordampningsvarmen tar vi fra en lavtemperaturkilde. I kom­ pressoren blir gassen komprimert, og temperaturen på gassen stiger. Det økte trykket svarer til høyere kokepunkt og dermed økt kondensasjonspunkt for gassen. Den blir kondensert og gir fra seg kondensasjonsvarme ved en høyere temperatur i kondensatoren. Denne var­ men blir tatt opp av vann fra et fjernvarmenett og så tilført det bygget som skal varmes opp.

Kuldemedievæsken i den lukkede kretsen går fra kondensatoren til reguleringsventilen. Trykket blir her redusert ved innløpet til fordam­ peren, og væsken fordamper.

Figur 7.6 Prinsippetfor et reversibelt varmepumpeanlegg

Forholdet mellom den varmen vi kan ta ut av systemet, og den ener­ gien vi tilfører motoren, kaller vi varmefaktor. Varmefaktoren er avhengig av temperaturen på lavtemperaturkilden og den temperatu­ ren vi bruker i fjernvarmenettet.

Utformingen av anlegget For at vi ikke skal få for store dimensjoner på de ulike komponentene i varmepumpeanlegget, er det viktig at vi bruker et kuldemedium som har stor spesifikk volumetrisk kuldeytelse. Det er svært viktig at hele anlegget blir renset og tømt omhyggelig før vi fyller på kuldemedium, og vi må ikke fylle på for mye. For å unngå væskeslag i kompressoren bør vi montere en rikelig dimensjonert sugeakkumulator. Den skal ved hjelp av tilbakeslagsventilen mellom kondensatoren og kompres­ soren hindre at kompressoren blir fylt med væske i stillstandsperioder. Selv om vi sjelden arbeider med spesielt lave fordampningstemperaturer, kan det likevel bli problemer med å få oljen tilbake til systemet. Derfor må anlegget forsynes med en effektiv oljeutskiller, og sugeledningene må dimensjoneres slik at sugegassen kan føre oljen tilbake til kompressoren. Det kan nok være vanskelig å oppnå den ønskede overhetingen av kuldemediet i selve fordamperen, og vi må derfor

Utformingen av anlegget

171

montere en varmeveksler før kompressoren. Denne varmeveksleren kan ofte øke anleggskapasiteten på grunn av underkjølingen av det flytende kuldemediet som det foregår i.

Figur 7.6 viser prinsippet for et reversibelt varmepumpeanlegg, der pilene tilsvarer sommerdrift, og der de fireveis skifteventilene står i sine venstre ytterstillinger. Kompressoren suger fra en stor sugeakkumulator og trykker gjennom en oljeutskiller og en skifteventil til var­ meveksleren, som fungerer som kondensator. Det flytende kuldeme­ diet går gjennom den øverste tilbakeslagsventilen og skifteventilen til varmeveksleren, der den blir underkjølt av sugedampen. Deretter går væsken gjennom den nederste tilbakeslagsventilen og kapillarrøret og inn i varmeveksleren, som fungerer som fordamper. Fra denne var­ meveksleren strømmer sugegassdampen gjennom skifteventilen og varmeveksleren tilbake til sugeakkumulatoren. Ved vinterdrift står skifteventilene i sine høyre ytterstillinger, og kompressoren trykker derfor til varmeveksleren, som nå fungerer som kondensator. Det flytende kuldemediet fra denne varmeveksle­ ren går gjennom den øverste tilbakeslagsventilen og skifteventilen til varmeveksleren. Herfra fortsetter væsken tilbake gjennom skifteven­ tilen, den nederste tilbakeslagsventilen og kapillarrøret inn i varme­ veksleren, som nå fungerer som fordamper. Fra denne varmeveksle­ ren strømmer dampen gjennom skifteventilen, varmeveksleren og sugeakkumulatoren tilbake til kompressoren. I forbindelse med var­ mepumpeanlegg bruker vi ofte hermetiske eller semihermetiske kompressorer, som er spesielt tilpasset disse driftsforholdene.

I mindre anlegg kan vi i mange tilfeller bruke utelufta som varme­ kilde. Da er det lagt opp til et system som kan brukes til oppvarming om vinteren, mens fordamperen og kondensatoren bytter plass i den varme årstiden. Se figurene for sommerdrift og vinterdrift.

Figur 7.7 Omkoplingsskjema for en varmepumpe, sommerkjøring

172

Varmepumpe

3 Tilbakeslagsventiler

Figur 7.8 Omkoplingsskjema for en varme­ pumpe, vinterkjøring

3 Tilbakeslagsventiler

De fleste standardklimaaggregatene som blir bygd for varmepumpedrift, er anlegg for helårsdrift. De arbeider som kjøleaggregater om sommeren, og anlegget blir et vanlig kuldeanlegg. Men om vinteren virker de som en varmepumpe fordi kuldekretsløpet blir sjaltet om av fireveisventilen. Se skjemaet for varmepumpe.

Aggregatene kan virke som varmepumper fordi det blir avgitt varme fra kondensatoren ved en høyere temperatur enn den varmen som blir tilført fordamperen. Varmepumpa består av fire hoveddeler: kompressor, kondensator, reguleringsventil og fordamper. Som vi ser av figur 7.2, er et kompressorkuldeanlegg bygd opp av de samme fire delene.

Figur 7.9 Bolig med indi­ rekte varmepumpe

Utformingen av anlegget

173

Eksempel Vi skal nå se på et eksempel der en kontorbygning blir varmet opp ved hjelp av en varmepumpe.

Figur 7.10 Varmepumpesystem

Varmebehovet for en kontorbygning er beregnet til 30 kW og blir dekt ved hjelp av et varmepumpesystem. Se figur 7.10. Vann sirkule­ rer gjennom radiatorer i rommene og avgir varme der. Returvannet blir varmet i kondensatoren (en varmeveksler) fra 25 °C til 42 °C, slik figuren viser.

Figur 7.11 Logph-diagram

a

b c d

174

Varmepumpe

Beregn den vannmengden som må sirkulere for å dekke varmebe­ hovet. Kuldeanlegget som blir brukt, benytter R-134 som kuldeme­ dium. Trykket i kondensatoren er 12 bar og i fordamperen 2,6 bar. Dampen er tørrmettet rett før den kommer inn i kompresso­ ren. Vi regner med adiabatisk kompresjon. Væsken blir underkjølt til 35 °C i kondensatoren. Tegn prosessen i et trykk-entalpi-diagram. Beregn strømmen av kuldemedium i systemet. Beregn varmefaktoren når tilført energi til kompresjonen blir målt til 7,5 kW.

e

Beregn mengden av sjøvann som må sirkulere når spesifikk var­ mekapasitet for sjøvann blir regnet til 4,0 kJ/kgK.

Forslag til løsning a

30 kj/s = qm • 4,2 kJ/kgK (42 - 25) K gir qm = 0,42 kg/s

b

Figur 7.11 Log ph-diagram

c

30 kj/s = qm (430 - 248) kj/kg ^m = 0,165 kg/s

e

Her må vi først finne fordampereffekten: P2 = (387 - 248) kj/kg • 0,165 kg/s = 22,94 kW 22,94 kj/s = qm • 4 kJ/kgK • 4 K = L43 kg/s

Eksempel Et lokale skal oppvarmes ved gulwarme ved at det strømmer vann gjennom anlegget. Nødvendig varmeeffekt er 50 kW. Varmen skal skaffes ved hjelp av en varmepumpe.

Vi -

har disse dataene om anlegget: Fordampningstemperatur: - 5 °C Kondenseringstemperatur: 50 °C Væsken er underkjølt: 10 K Tørrmettet damp ut av fordamper. Andre nødvendige temperaturer står på skissen, se figur 7.12. Kuldemediet er HFC-134a.

Figur 7.12 Varmepumpeanlegg

a b

Tegn den tapsfrie kuldeprosessen inn i et kuldediagram. Beregn sirkulert mengde i kg/s av

Utformingen av anlegget

175

- kjølemedium i kjøleanlegget - vann i gulwarmesystemet - vann-glykol-blanding i vannslyngene i sjøen når blandingen har en spesifikk varmekapasitet på 2,9 kj/kg K c Beregn anleggets varmefaktor. d Beregn varmegjennomgangstallet (U-verdien) for fordamperen når heteflaten er 35 m2. Forslag til løsning

Figur 7.13 Kuldeprosessen

,

'7,n

_

Å2-Å4

_

50 kW _ n ,o , , (430-255) kj/kg °’ 9 g/s

P 50 v™ = -Q~Xt = 4,2-15 = 0’ 79 kg/S ^Fordamper _ vann/glykol —

r

C•

~

0,29(395~255) _ o ci , 294 ~

„ = = 430-255 = , „ v h2-h} 430-395

Styring og regulering Varmepumpeanlegg skal utrustes med den nødvendige automatik­ ken, både for regulering og av sikkerhet. Hvilke automatikkomponenter som bør monteres, avhenger av anleggstype, oppbygning og driftsforhold og må derfor fastsettes i hvert enkelt tilfelle. For mindre varmepumpeanlegg kan vi bruke felles regulator for å regulere aggre­

176

Varmepumpe

gatet og topplasten. Styre- og reguleringssystemet kan bestå av disse hovedkomponentene: — temperaturfølere for utetemperaturen og turtemperaturen i varmedistribusjonsnettet; de sitter etter innkoplingspunktet for topplastenheten — trinnkopler for regulering av varmepumpeytelse — regulator med innganger for temperaturregistrering — modul for innlegging av ønsket reguleringskurve og utganger for styresignal for trinnkopler — treveis motorstyrt ventil for regulering av tilleggsvarme

Regulering av avgitt effekt fra energisentralen Temperaturfølerne T og 7 i utetemperatur o turtemperatur o registrerer disse1 temperaturene i varmedistribusjonsnettet. I regulatoren ligger reguleringskurven som gir ønsket turtemperatur i varmedistribusjonsnettet ved ulike utetemperaturer. Om Tturtemperatur avviker fra settpunktet som gis av r 1 ° utetemperatur og turtemperaturkurven i regulatoren, blir det gitt be­ skjed til trinnkopleren om å endre varmepumpeytelsen til den ønske­ de turtemperaturen er oppnådd.

Figur 7.14 Sammenkoplin­ gen i energisentralen

Kapasitetsregulering skjer trinnvis og med en tidsforsinkelse mellom innkopling og utkopling av hvert kapasitetstrinn. Da unngår vi sving­ ninger og ustabilitet i systemet. Hvis varmepumpa går for foll ytelse og turtemperaturen fortsatt er lavere enn settpunktet, åpner treveisventilen seg for tilførsel av varme fra topplastenheten. Turtemperatu­ ren i nettet blir nå regulert ved at ventilen endrer posisjon. Kjelen har egen automatikk for å regulere temperaturen i kjelen til enhver tid. For større varmepumpeanlegg bruker en som regel et PLS-system (en PLS-enhet) for å styre og regulere anlegget.

Styring og regulering

177

Sammenligning av ulike varmekilder og energiformer for oppvarmingsformål Ved planlegging av nye varmekilder for oppvarming av boliger eller varmekrevende foredlingsprosesser er det viktig å ta hensyn til at WS-anleggene bør ha en utførelse som sikrer en energiøkonomisk drift, og at anleggene oppfyller de primære kravene som stilles av brukeren og kontrollmyndighetene.

Valg av varmekilde og energiform er ikke enkelt, men det er sikkert at økende miljøkrav, stigende energipriser og inflasjon vil gjøre det attraktivt å investere i energibesparende anlegg og tiltak. Det vil alltid være diskusjon om det er mest hensiktsmessig med tilleggsisolering, med vindkraft, med solenergianlegg, med varmepumper eller med bygninger med mindre flateinnhold. Valg av energikilde og teknisk utstyr for oppvarming av boliger eller næringsbygg er avhengig av mange faktorer. Hvert prosjekt må der­ for vurderes for seg med tanke på forventede livsløpskostnader (LCC). For vurdering av livsløpskostnader bruker vi matematiske modeller der alle kostnader som påløper, inngår. Eksempler på van­ lige kostnader er

- finansieringskostnader - anskaffelseskostnader - montasjekostnader - driftskostnader - vedlikeholdskostnader - energikostnader - demonterings- og skrotningskostnader En vanlig vurderingsmåte er å beregne de samlede årskostnader for de varmeanleggene som finnes.

Det er ikke mulig å gi eksakte retningslinjer for vurdering av livsløpskostnader for alle anlegg. Slike kostnader kan vi nesten sam­ menligne med et isfjell, for vi ser kanskje bare 10 % av dem ved før­ ste vurdering. Fordeler og ulemper med ulike typer varmeanlegg kan vurderes i et kortsiktig og i et langsiktig perspektiv. Forhold som berører både brukeren og samfunnet, blir her lagt til grunn. For oppvarmingsformål vil trolig en elektrisk drevet varmepumpe gi energisparing på kort sikt. Eventuell energisparing blir avhengig av om energiverket produserer den elektriske energien ved bruk av vann, gass, kull, olje eller atomkraft. I tillegg kommer prisen på energi. En økning i oljeprisen fører til økt pris på elkraft, noe som er fordelaktig for varmepumper. Forutsetningene en legger til grunn for en slik type beregninger, kan selvfølgelig diskuteres.

178

Varmepumpe

En elektrokjeles virkningsgrad på 95-98 °/o, en oljekjeles virknings­ grad på 70-75 % og en varmepumpes mulige effektfaktor på 4 kan sikkert diskuteres i det uendelige. Vi vet at dataunderlagene påvirker beregningsresultatene, og vi bør være kritisk til dette, samtidig som disse betegningene er verdifulle. Ved oljebasert produksjon av elektrisk kraft kan vi som regel forenkle sammenligningen av oljekjele og varmepumpe til å vurdere om varmepumpas totale effektfaktor er større enn 3. Er dette tilfellet, er energiverkets oljeforbruk lavere for en varmepumpe enn for en olje­ kjele. Men dette er heller ingen fasit.

I de langsiktige betraktningene må vi ta hensyn til miljø og fordeling av energiressurser. Økt utbygging av lønnsomme vann- og kjerne­ kraftverk for produksjon av elkraft vil gi økte fordeler for bruk av varmepumper, men hva med naturen og miljøet? I nærmiljøet vil trolig varmepumper med miljøvennlig kuldemedium uansett gi mindre forurensning enn en oljefyrt kjele, som gir både røykutslipp og fare for oljeutslipp. I krisetilfeller med oljemangel kan det bli innført restriksjoner slik at olje bare kan brukes til beredskap. Energiverkene må da bruke mer kull, gass og kjernekraft. Energiverk med fjernvarmeanlegg kan også fyre med brennbart restavfall og utnytte spillvarmen til forbrukere i nærheten. I områder med spredt bebyggelse kan derfor varmeanlegg fyrt med fornybare energikilder som flis, pellets eller ved være et godt alterna­ tiv som bør vurderes i forhold til olje.

Generelt om nye anlegg for oppvarming av bygninger Ved planlegging av nye oppvarmingsanlegg er det viktig å ta hensyn til at WS-anleggene har en utførelse som sikrer en energiøkonomisk drift i hele levetiden til anlegget. Vi kan nevne at det er mulig å kjøre ventilasjonsanlegg med en stor andel omluft. Da blir driften økono­ misk, men hva skjer med kvaliteten på inneklimaet?

I eksisterende bygninger kan det være aktuelt med en rekke forskjel­ lige tiltak for å bedre energiøkonomien uten at det går ut over inne­ klimaet. Tiltakene har forskjellige kostnader og innsparingsmulighe­ ter. Det er derfor hensiktsmessig å vurdere ulike alternativer ved å se på lønnsomhet for energiøkonomiseringstiltakene.

Brukstid (levetid) Levetiden for de ulike komponentene i et anlegg og tiden anlegget skal nedbetales på, betegnes ofte som n år. Verdien n kan være bruks­ tid, teknisk livslengde, livslengde eller økonomisk livslengde. Bruks­ tiden kan variere fra 10 til 40 år, helt avhengig av type komponent og

Sammenligning av ulike varmekilder og energiformer for oppvarmingsformål

179

driftsforhold. Enkelte komponenter kan ha samme brukstid som byg­ ningen, som erfaringsmessig kan bli mer enn 60 år. Brukstiden er ikke det samme om livslengden for en maskin. Ofte er det av driftstekniske og beredskapsmessige hensyn nødvendig å skifte ut komponenter lenge før de er utslitt.

Ved valg av lengden på brukstiden vil vedlikeholdskostnadene og driftssikkerheten ha en viss innflytelse. For nye anlegg vil årlige vedli­ keholdskostnader utgjøre 2-5 % av anskaffelseskostnadene. Men dersom vi for eldre utstyr vil opprettholde en akseptabel driftspålitelighet, kommer vedlikeholdskostnadene til å øke med økende bruks­ tid. Dermed kan utstyret etter hver bli uøkonomisk i bruk. I praksis snakker vi derfor om en økonomisk livslengde.

Priser på ulike energikilder Elektrisitet

Den største fordelen med elektrisk energi er den høye virkningsgra­ den. Typisk virkningsgrad for en godt isolert og vedlikeholdt elektro­ kjele anslås til 95—98 %. Ved kjøp av elektrisk energi gjelder forskjellige tariffer og særskilte leveringsavtaler som varierer for de uli­ ke energiverkene. Som regel kan vi regne ut leveringsprisen for mindre anlegg etter denne formelen:

= total energikostnad (kr/år) = fast årsavgift (kr/år) = energipris (kr/kWh) = overføringspris (kr/kWh) = forbruksavgift til staten Q = totalt årlig energiforbruk (kWh)

7C K If V,

For større anlegg med stort effektforbruk er energiprisen ofte todelt, med en tariff for en andel av forbruket og en annen tariff for det overskytende. I tillegg beregnes en effektpris som er avhengig av det maksimale effektuttaket. De fleste energiverk leverer også tilfeldig kraft til lav pris i perioder med lav belastning på strømnettet. Mer­ verdiavgiften til staten på 23 % (2000) kommer i tillegg til leverings­ prisen beregnet etter formelen ovenfor. Forbruksavgiften til staten er 8,56 øre/kWh (2000).

Priseksempelfor H4-tarijffor boliger fra Gudbrandsdalen Energi Energipris 16,8 øre/kWh Overføring og nettleie 10,0 øre/kWh Forbruksavgift 8,56 øre/kWh Forbruksavgift 8,56 øre/kWh MVA 23 % Sum 43,49 øre/kWh

180

Varmepumpe

Fastpris 1000 kr per abonnent/år + mva. Årsforbruk 20 000 kWh Årlig energikostnad ekskl. mva. Ktot = Ko + (Å1 + 2å; + 3K) • Q Ktot = 1000 + (16,8 + 10 + 8,56) • 20 000/100 = 8072 Årlig kostnad inkl, mva.: 8072 kr • 1,23 = 9929 kr Energikostnad per kWh ved årsforbruk 20 000 kWh: Pris per kWh = 9929 kr/20 000 = 0,4964 kr/kWh = 49,64 øre/ kWh

Olje Prisen på fyringsoljer varierer mye, avhengig av oljekvalitet, pris på rå­ olje, etterspørsel og oljeproduksjon på leveringstidspunktet. En vanlig pris for fyringsolje våren 2000 er 3,33 kr/liter + mva., fritt levert. Denne oljetypen har densitet 0,85 kg/dm3, typisk varmeverdi 40 000 kj/kg og antatt kjelevirkningsgrad 75 %.

Energikostnad ekskl. mva. = 3,33 / (0,85 • 40 000 / 3600 • 0,75) = 0,47 kr/kWh = 47 øre/kWh

Energikostnad inkl. mva. = 47 øre/kWh • 1.23 = 53,11 øre/kWh

Pellets og flis framstilt av trevirke I områder med spredt bebyggelse og stor tilgang på trevirke kan en med fordel bruke varmekjeler basert på fyring med ved, flis eller pel­ lets. Slike kjeler har en typisk virkningsgrad på 70-75 %. Pellets har en lav askeandel, ca. 1 %. For levering av pellets oppgir Gudbrands­ dalen Energi disse verdiene (2000): Energiinnhold: 4,7 kWh/kg Fuktighet: 10 % Egenvekt: 700 kg/m3 Typisk askemengde: 1 % Emballasje: 700 kg storsekk Pris per storsekk: 963 kr + mva. Leie av sekk: 30 kr + mva. per storsekk Energipris ekskl. mva. = (963 kr + 30 kr)/(700 kg • 0,9 • 0,75 • 4,7 kWh/kg) = 0,4473 kr/kWh = 44,73 øre/kWh Energipris inkl. mva. = 44,73 øre/kWh • 1,23 = 55,02 øre/kWh

Kombinasjon av olje, ved og elektrisitet Ved bruk av elektrisk energi kan det være mye å spare ved å la en var­ mepumpe dekke grunnbelastningen og oljefyrt eller vedfyrt kjele dek­ ke toppbelastningen når det er lave temperaturer på det mediet varmepumpa henter energi fra. Dette er hensiktsmessig fordi effektfaktoren til varmepumpa blir lav og kostnaden for varmepumpeaggregater regnet per kilowatt er stor. I lange kuldeperioder øker

Sammenligning av ulike varmekilder og energiformer for oppvarmingsformål

181

strømprisen, mens prisen på olje, ved eller pellets kan holdes nede ved innkjøp i perioder med gunstige tilbud. Det gjør det lønnsomt å di­ mensjonere varmepumper for en effektandel på anslagsvis 40-70 % av totalt effektbehov. Når vi kombinerer olje/ved og elektrisitet, kan effekttoppene reduseres og gunstige strømpriser oppnås. Det gjelder særlig større anlegg som nyter godt av særtariffer. For større anlegg er det et godt alternativ å bruke en dieseldreven generator til å ta topp­ belastningen.

Innføring i lønnsomhetsberegninger Nåverdi Dersom vi ved slutten av hver av n renteterminer skal betale 1 kr, vil dagens verdi av alle innbetalingene ved den første terminens begyn­ nelse med p % rente være:

fn = 1/(1 + p/100) + 1/(1 +pl\00)2.... 1/(1 +7>/100)n

Faktoren tn kaller vi nåverdifaktor. Ofte bruker en rentefot r = pl\M), og formelen blir: fn = 1/(1 + r) + 1/(1 + r)2............. 1/(1 + r) Denne formelen utgjør en geometrisk rekke og kan dermed omskrives slik: fn = (1/r) ■ [(1 - (1 + r)'n] Skal vi ved slutten av hver termin betale et beløp B, blir beløpets nåverdi N: N=B-f -'n N= nåverdien av beløpene B f = nåverdifaktor

Annuitetsfaktor Ofte er det mer hensiktsmessig å regne med annuitetsfaktor enn med nåverdi. Med annuitetsfaktor mener vi nåverdifaktorens inverse verdi: + r)’n3 Kostnadsbeløp B for et investeringsbeløp TV blir da: B=N- an ^n = 1ZZ=

Eksempel

Installasjonen av en varmepumpe i et mindre næringsbygg er kost­ nadsberegnet til 230 000 kr og skal nedbetales med like store beløp ved utløpet av hvert år i 12 år. Renten antas å være 7 %. Rentefot

r = 7/100 = 0,07 Annuitetsfaktor

= r[l - (1 + r)~n] an = 0,07/[l - (1 + 0,07)-12] = 0,126

182

Varmepumpe

Årlig beløp B: B=N- an B = 230 000 kr • 0,126 = kr 28 980 kr

Kalkulasjonsrentefot nominell kalkulasjonsrentefot, Rn Beregning av kalkulasjonsrentefot er nødvendig for at vi skal kunne vurdere et prosjekt økonomisk. Kalkulasjonsrentefoten kan bestem­ mes på grunnlag av alternative avkastningsmuligheter ved at kapital blir plassert i for eksempel fond, eller ved at en bruker forventede kostnader for å låne kapitalen. Kostnadene for å skaffe kapital gjen­ nom banklån må ses i forhold til avkastningskravet til prosjektet.

Den nominelle renten kan variere mye, men er for tiden lav, det vil si mellom 6 og 9 %. Rn = 0,06-0,09

Reell kalkulasjonsrentefot, Rr Ved økonomiske vurderinger er det hensiktsmessig å kalkulere med faste priser. Dermed må vi ta hensyn til både forventet inflasjon, pris­ stigning og skattefordeler. Reell kalkulasjonsrentefot 7? vil være den nominelle rentefoten (7?n) som blir korrigert for forventet inflasjon (i). Dermed kan vi beregne den reelle rentefoten (Æ) etter denne formelen:

7? = (Å-1)/(1+ z? i = inflasjonsrentefot Det hender at realrentefoten er negativ. Inflasjonsrentefoten kan fast­ settes på grunnlag av data fra statistiske årbøker. Finansdepartemen­ tet foreskriver for tiden en kalkulasjonsrente på 7 % ved vurdering av prosjekter som omhandler energisparende installasjoner i statlige byggEksempel

Den nominelle kalkulasjonsrentefoten R^ = 0,08, og inflasjonen blir anslått til 3 % (z = 0,03).

Den reelle kalkulasjonsrentefoten blir: Å = (0,08 - 0,03)/(l + 0,03) = 0,048 (dvs. 4,8 % reell kalkulasjons­ rente).

Sammenligning av ulike varmekilder og energiformer for oppvarmingsformål

183

Økonomiske vurderingsmetoder av prosjekter Vurdering på grunnlag av nåverdi Vi kan vurdere lønnsomheten til et prosjekt på en enkel måte på grunnlag av nåverdien, som sannsynligvis er den mest brukbare metoden. Vi tar vurderingen ved at vi beregner nåverdien av alle forventede inn- og utbetalinger og så trekker fra verdien av investeringen. Som eksempel kan vi se på en varmepumpeinstallasjon der vi bruker denne formelen og disse betegnelsene:

/= investeringskostnad (kr) B - antatt årlig innsparing (kr) D = forventede årlige driftsutgifter (kr) Prosjektets nåverdi blir:

Et prosjekt kan betegnes som lønnsomt dersom nåverdi N > 0. Jo større krav det er til kapitalavkastning, desto mindre blir nåverdifaktoren Dermed reduseres nåverdien, og lønnsomheten til prosjektet blir dårligere. Sammenligner vi alternative prosjekter med samme levetid, kan de rangeres etter hvor stor nåverdien er. Høyest nåverdi gir høyest lønnsomhet.

Eksempel: Varmepumpeinstallasjon i varmegjenvinningsanlegg Et varmepumpeanlegg planlegges installert i et varmegjenvinnings­ anlegg for avløpsrør. Disse dataene blir lagt til grunn for prosjektet:

Forventet investeringskostnad 180 000 kr Drifts- og vedlikeholdskostnad 4800 kr/år Beregnet spart energi 120 000 kWh/år Energipris 49 øre/kWh Kalkulasjonsrente 7 % Antatt levetid 20 år Forventet årlig besparelse: 5= 0,49- 120 000 = 58 800 kr N= (B-D) -fn- 1 fn = (1/r) • [1 - (1 + r)“n] Nåverdi: N= (58 800 - 4800) - (1/0,07) [1- (1 + 0,07) ’20 ] - 180 000 = 392 077 kr

Prosjektets nåverdi er 392 077 kr, og investeringen kan betraktes som lønnsom. Andre faktorer som påvirker nåverdifaktoren og dermed prosjektets lønnsomhet, er den faktiske rentefoten og levetiden. Men begge er vanskelige å spå over tid.

184

Varmepumpe

Økonomisk sammenligning av oljefyr, elvarme og varmepumpe Et nytt rekkehus skal ha et anlegg for oppvarming av hus og varmt­ vann. Det skal foretas en økonomisk vurdering av anlegg med oljekjele, rent elektrisk anlegg og varmepumpe kombinert med elektrisk anlegg. Vurderingen utføres med kalkulasjonsrente på henholdsvis 7 % og 9 %. En legger disse dataene til grunn:

Arealet på rekkehuset 110 m2 Effektbehov 10 kW Energibehov 21 000 kWh Oljens varmeverdi 41 000 kj/kg Kjelevirkningsgrad olje 0,75 Oljens tetthet 0,85 kg/dm3 Elenergikostnad oljefyr 350 kr/år Effektfaktor varmepumpe 4 Energibehov varmtvann 4000 kWh/år Virkningsgrad varmtvann el. 0,98 Vedlikehold av investering 2 % Energipris el. 49 øre/kWh Oljepris 4,10 kr/liter Oljeforbruk for oppvarming per år: B = 21 000 • 3600/(0,85 • 41 000 • 0.75) = 2890 1/år

Oljekostnad per år for oppvarming: 76= 4,10 kr-2890 = 11 860 kr Oljeforbruk for oppvarming av forbruksvann per år: B = 4000 • 3600/(0,85 • 41 000 • 0,75) = 550 1/år

Oljekostnad per år for oppvarming av forbruksvann: K.ol) = 4,10 kr- 550 = 2260 kr

Kostnad for elforbruk til oppvarming per år: 76, = 21 000 ■ 0,49 = 10 290 kr/år

Kostnad for elforbruk til oppvarming av forbruksvann: 76, = 4000 • 0,49/0,98 = 2000 kr/år

Elforbruk for varmepumpedrift per år: B = 21 000/4 = 5250 kWh/år Kostnad for elforbruk til varmepumpedrift per år: 76vp = 5250 • 0,49 = 2572 kr/år Regnearket på neste side viser beregningsresultatene med angitt leve­ tid og antatte årlige kostnader for de forskjellige komponentene. Vedlikeholdskostnad er anslått til 2 % av investert beløp per år.

Sammenligning av ulike varmekilder og energiformer for oppvarmingsformål

185

Enhet

Investering

Levetid (år)

Annuitet (7 %)

Kostnad/år

Annuitet (9 %)

Kostnad/år

Elektriske ovner

9900

20

0,094

934

0,110

1085

Varmtvannsberedere

3350

20

0,094

316

0,110

367

Elektrisk oppvarming

Elektrisk forbruk varme

10290

10290

Elektrisk forbruk vann

2000

2000

Vedlikehold

250

250

13790

13991

SUM kostnad

13250

Oljefyr Oljekjele

6900

10

0,142

982

0,156

1075

Oljetank

3400

15

0,110

373

0,124

422

Pipe

3800

40

0,075

285

0,093

353

Radiatorer, ventiler og rør

9300

20

0,094

878

0,110

1019

Oljeforbruk varme

11860

11860

Oljeforbruk vann

2260

2260

Elektrisk drift

350

350

Vedlikehold/deiing

450

450

17438

17789

SUM kostnad

23400

Varmepumpe + el

Varmepumpe

16700

15

0,110

1834

0,124

2072

Røranlegg for varme fra elv

3500

20

0,094

330

0,110

383

Radiatorer, ventiler og røranlegg

10650

20

0,094

1005

0,110

1167

El- varmtvannsbereder

3350

20

0,094

316

0,110

367

Elektrisk forbruk varme

2572

2572

Elektrisk forbruk vann

2000

2000

Vedlikehold

700

700

8757

9261

SUM kostnad

186

Varmepumpe

34200

Kapittel 8

Totrinnsanlegg

Totrinns kompresjonskuldeanlegg Når vi deler kompresjonen opp i to eller flere trinn, kan vi spare tilført effekt i forhold til et ettrinnsanlegg. Men effektbesparingen blir be­ grenset av den fordampningstemperaturen som svarer til trykket i mellomkjøleren, idet den er den laveste temperaturen vi kan avkjøle kuldemediedampen til i mellomkjøleren. Trykkrøret i kuldeprosessoren har også en litt lavere temperatur enn i et ettrinnsanlegg.

Figur 8.1 Kompressordiagram fra en ettrinnskompressor

Figur 8.2 Trykkforløpet i en ammoniakkompressor PV-diagram (ettrinns)

Kompresjonsforløpet ut fra figur 8.2: Innsugingen foregår ved kon­ stant trykk, linjen d-a, og deretter starter kompresjonen. I punkt b åpner utløpsventilen, og den komprimerte gassen trykkes ut. Ved stempelets øvre stilling (ØD) stenger utløpsventilen, og volumet (VC) ekspanderer til punkt d, der innløpsventilen åpner.

Totrinnsanlegg

187

Totrinnsanlegg med lukket mellomkjøler I en lukket mellomkjøler strømmer kuldemediet fra kuldemediebeholderen gjennom en rørslynge og fram til reguleringsventilen for for­ damperen. Væskenivået i mellomkjøleren holder seg konstant ved hjelp av en flottørventil. Høytrykkskompressoren suger damp fra mellomkjøleren slik at temperaturen synker ned til mellomtrykket (P ). Kuldemediet i rørslyngen blir dermed underkjølt, og tempera­ turen synker fra (8) til (10). Trykkgassen fra lavtrykkskompressoren (2) blir ført inn i mellomkjøleren under væskenivået. Her blander den seg med væsken i mellomkjøleren (3), blir nedkjølt og danner en damp med tilstanden (4). Dette er tilstanden for sugegassen etter mel­ lomkjøleren når den blir sugd inn på høytrykkskompressoren. Trykk­ gassen med tilstanden (5) blir så ført over til kondensatoren, kjølt ned til kondensasjonstemperaturen og blir så kondensert til væske (7).

Figur 8.3 Totrinnsanlegg med lukket mellomkjøler p

Figur 8.4 Kompressordiagram for en totrinnskompressor

188

Totrinnsanlegg

Pk = kondensertrykket Pm = middeltrykket Po = fordampertrykket

Figur 8.5 Den teoretiske totrinnsprosessen vist i et log ph-diagram

Trykkfbrholdet ved totrinnskompresjon kan vi dele inn slik: Høytrykkskompressoren arbeider med trykkfbrholdet PJP og lavtrykkskompressoren med trykkfbrholdet PJP°.

Normalt går en over til et totrinns kuldeanlegg dersom trykkforholdet PJPn er større enn 8 for R-717, større enn 10 for R-22 og større enn 12 for R-134a. (Men av økonomiske driftsårsaker er det litt lavere.) Ved skruekompressorer minker X ikke så mye ved stigende trykkforhold, og vi går derfor opp til et trykkforhold på 10—25 før vi går over til totrinnskompresjon. En av grunnene til det er at skruekompresso­ ren på grunn av den interne kjølingen av smøreoljen begrenser seg til 90-100 °C på trykkrørstemperaturen. Trykkfbrholdet PJ P() blir delt i to ved totrinnsekspansjon. Høytrykkskompressoren arbeider ved trykkfbrholdet PJPm og lavtrykkskompressoren ved trykkfbrholdet PJPQ-

Jo lavere temperatur vi ønsker å oppnå, desto større blir forholdet mellom kondenseringstrykket (PJ og fordampertrykket(PQ). For å redusere effektbehovet til kompressoren kan vi ved høye trykkfor­ hold dele inn kompresjonen i flere trinn.

Det er to hovedsystemer av totrinnskompresjon: 1 Totrinnskompresjon med bobletank, som er en mellomtrykksbeholder som virker som en kombinert fordamper fra høytrykkssi­ den og kondensator fra lavtrykkssiden. En ulempe med systemet er at bare ett felles kuldemedium kan brukes. Trykket i mellomtrykksbeholderen blir dimensjonert for trykket Pm = JPO ■ Pk 2 Kaskadekompresjon, der høytrykksfordamperen virker direkte som lavtrykkskondensator. Det vil si at kuldemediet fra lavtrykkskondensatoren kan få temperaturer nær og under 0 °C. Systemet kan «forlenges» med en lavtrykkskompressor nr. 2 til enda lavere temperatur, osv. Et kaskadekompresjonsanlegg er komplisert, dyrt, tungt og stort, men vi kan bruke et spesielt godt egnet kuldeme­ dium i lavtrykkssystemet siden det er isolert fra høytrykkssystemet.

Totrinns kompresjonskuldeanlegg

189

Figur 8.6 Skjematisk totrinns kuldeanlegg med tilhørende logph-diagram

Figur 8.6 viser skjematisk et totrinns kuldeanlegg med tilhørende log ph-diagram vist på figur 8.7.

Figur 8.7 Logph-diagram, totrinnskompresjon med bobletank

Mellomtrykket P kan vi dimensjonere slik:

^ = 7^ Totrinnskompresjon med bobletank Kuldemedievæske fra høytrykkskondensatoren og væskebeholderen strupes inn i mellomtrykksbeholderen. Flashgassen blir sugd til høytrykkskompressoren. Væsken fra mellomtrykksbeholderen stru­ pes (5-6) til lavtrykksfordamperen. Gassen fra lavtrykkskompressoren blir avkjølt og kondensert i mellomtrykksbeholderen, der volumet av gassen har blitt mindre på grunn av det høye trykket, og den kan suges til høytrykkskompressoren. Anlegget er enkelt og rimelig i anskaffelse. Vi kan bare bruke ett fel­ les kuldemedium i det.

190

Totrinnsanlegg

Kaskadeanlegg

Figur 8.8 Totrinnskompresjon i kaskade

Ved den lave temperaturen kan vi bruke etan i lavtrykkskompressoren og R-134a i høytrykkskompressoren. I lavtrykkskompressoren er det en fordampningstemperatur på -60 °C og en kondensasjonstemperatur på —15 °C. Lavtrykkskompressoren komprimerer kuldeme­ diet fra trykket P til Pm, det vil si at den transporterte varmemeng­ den Q som kuldemediet har mottatt i fordamperen, går til mellomkjøleren, der den blir kondensert. Mellomkjøleren blir kjølt av et annet kuldemedium, for eksempel R-134a. Det vil si at mel­ lomkjøleren tjener som kondensator for lavtemperaturområdet og som fordamper for høytemperaturområdet. Varmemengden som kuldemediet (R-134a) i høytemperaturområdet mottar fra kuldeme­ diet (etan) i lavtemperaturområdet, blir transportert av høytrykkskompressoren til den vannkjølte kondensatoren, der kondensasjonstemperaturen for eksempel er 30 °C. Siden kuldemediene ikke kommer i kontakt med hverandre i mel­ lomkjøleren, kan vi selvsagt bruke andre kombinasjoner av kuldeme­ diet.

Ved kaskadekompresjon virker høytrykksfordamperen direkte som lavtrykkskondensator. Det vil si at kuldemediet fra lavtrykkskondensatoren kan få temperaturer nær og under 0 °C.

Er differansen mellom kondenseringstemperaturen og fordampningstemperaturen stor, overskrides det økonomiske arbeidsområde til kuldemediet. Grunnen er at prosessen enten ligger for nær det kri­ tiske punktet, eller den flytter seg ned i lavtrykksområdet slik at kuldekompressorene far store dimensjoner.

Ved flertrinns kompressoranlegg er det også vanskelig å sørge for at oljen automatisk kommer tilbake til den kompressoren oljen kom fra.

Kaskadeanlegg

191

Kapittel 9

Spesielle kuldetekniske anlegg

RSW-anlegg Betegnelsen RSW er en forkortelse for det engelske uttrykket «refrigerated seawater», det vil si nedkjølt sjøvann. RSW-metoden blir brukt ved føring av store fiskelaster, spesielt sild, i tanker med nedkjølt sjø­ vann. Denne metoden finnes i et patent fra 1919 (J.M. Larsen), og en oppbevarte fisken i klart, filtrert sjøvann ved temperaturer ned mot -1,8 °C.

Ved mer moderne metoder blir fisken oppbevart i fylte tanker der vannet blir holdt i stadig sirkulasjon. På grunn av den store effektivi­ teten med moderne fangstredskaper, som snurpenot og kraftblokk, er denne metoden blitt svært utbredt.

Strømningsretningen i tanken er fra bunnen og oppover. Død sild vil ellers synke, men strømmen holder den «svevende» slik at den ikke blir skadet ved trykk. Den vanlige metoden når sild skal gå til konsum, er ising i kasser. Men det krever nokså mye arbeid. Ved RSW-metoden blir silda pumpet eller håvet fra nota direkte over i sjøvannstanken i fiskebå­ ten. For å få hurtig avkjøling av lasten bruker en ofte en viss mengde med is, mens kuldeanlegget tar seg av en del av nedkjølingen og kuldetapet i tanken under transport.

Kvaliteten på silda ved RSW-metoden ser ut til å være like god som på iset sild, og en regner at en oppbevaringstid på fra fire til seks døgn er forsvarlig ved en temperatur rundt 0 °C.

Hovedmetoder Det er to hovedmetoder for kjølingen: - Kjølere med propellrøreverk, som er plassert i selve tanken (se figur 9.1). Det er svært viktig at vannet sirkulerer godt overalt i tanken. For at det skal bli god fordeling, er det et traleverk i bun­ nen.

192

Spesielle kuldetekniske anlegg

-

Mantel-og-rør-kjølere, som er plassert utenfor tanken. Her skjer fordelingen ved hjelp av perforerte rør som ligger parallelt i bun­ nen.

I noen tilfeller kan kjølerne plasseres som vanlige rørslanger rundt tanksidene. For å sikre god sirkulasjon må vi sette inn filtre som det er lett å rense, for eksempel ved at vi bruker motstrøm i dem. Dersom vi vil ha temperaturer under 0 °C, må vi tilsette salt i vannet, men det er ikke ønskelig fordi kvaliteten på silda blir dårligere. Ved føring av fisk som torsk, hyse og sei, som alt i vanlig sjøvann (fra 3 til 3,5 % salt) får redusert kvaliteten fordi salt trenger inn fiskekjøttet, må vi ikke bruke slike salttilsetninger.

Figur 9.1 RSW-anlegg medfordamperen plassert i lastetanken

Ved fet fisk, for eksempel sild, er harskningsproblemet viktigere, og harskningsprosessen blir sterkt redusert ved neddykking fordi oksy­ genet i lufta da ikke kommer til.

Nedkjølingen bør skje så raskt som mulig. Figur 9.2 viser eksempler på ned­ kjølingstid for sild målt i midtsjiktet på fisk som det går tre-fire av på kiloet.

Figur 9.2 Nedkjølingstid for sild avkjølt i isvann

Figur 9.3 Prinsippet for RSW-tankkjøling

Hovedmetoder

193

Kjøle- og frysekonteinere Utførelse Svært få kuldeanlegg er gjenstand for slike krav og utsatt for en slik behandling som kuldemaskineriet i en kjøle- og frysekonteiner, eller «reeferkonteiner», som er den vanlige betegnelsen. Dette kuldemaski­ neriet skal fungere ved de forskjelligste klimaforhold, gjerne på den samme reisen. Vi må forutsette at det fungerer innenfor et temperaturområde som kan variere fra arktiske til tropiske tempera­ turer, altså fra -25 °C til +42 °C. Under disse temperaturforholdene skal den innvendige temperaturen i konteineren holde seg nærmest konstant og på et nivå som kan ligge et sted mellom -25 °C og +12-15 °C.

Det finnes to typer av kjøle- og frysekonteinere (reefercontainer) som kuldeteknisk sett er vesensforskjellige. På den ene siden har vi kontei­ neren som har sitt eget kuldeaggregat, den såkalte «internal unit»-typen, og på den andre siden har vi konteineren som om bord på skipet eller i terminalen blir koplet til et sentralt kuldeanlegg, som det kommer nedkjølt luft fra som kan sirkulere gjennom konteine­ ren. Kuldeanlegget til den siste typen kan vi da se på som et stasjo­ nært, konvensjonelt kuldeanlegg.

1. Luftkjøler 2. Maskinrom

Figur 9.4 Frysekonteiner, netto 30 m’

Virkemåte Nedkjølingen skjer ved at lufta i den isolerte konteineren sirkulerer i et kretsløp. Det skjer ved hjelp av en eller flere elektrisk drevne venti­ latorer. Når lufta passerer fordamperoverflaten, avgir den noe av var­ meinnholdet sitt til kuldemediet i systemet. Denne varmemengden blir i sin tur overført gjennom kondensatoren til omgivelsene.

194

Spesielle kuldetekniske anlegg

Regulering av temperaturen i konteineren skjer ved en termostat som har en føler vanligvis plassert i luftstrømmen fra konteineren foran fordamperen. Når det har blitt stasjonære forhold i konteineren, er temperaturen i denne luftstrømmen omtrent lik temperaturen i las­ ten.

Friskluftventilasjon Ved transport av frukt og grønnsaker trengs det friskluftventilasjon. Det går for seg en modningsprosess i slike varer, selv ved lave tempe­ raturer. I denne prosessen blir det forbrukt oksygen, mens det blir skilt ut gasser som karbondioksid og etylen.

Tapet av oksygen må erstattes, og derfor må det være friskluftventiler på kjøle- og frysekonteinere. De må kunne åpnes når en frakter slik last.

Avriming Når lasten i en kjøle- og frysekonteiner består av næringsmidler som ikke har difftisjonstett emballasje, gir den fra seg fuktighet som setter seg på fordamperoverflaten, som jo er den flaten der temperaturen er lavest i konteineren.

Etter hvert danner det seg et rimlag på finnene på fordamperen. Hvis vi ikke fjerner det, blir det så tykt at lufrsirkulasjonen gjennom for­ damperen blir blokkert. Ved kjølelaster der temperaturen i konteineren vanligvis er over 0 °C, smelter dette rimlaget som regel i stillstandsperiodene til kompresso­ ren.

Ved fryselaster må vi derimot fjerne rimlaget på andre måter. Det skjer ved at en pneumatisk bryter som måler graden av tilriming ved at den registrerer trykkfallet i luftstrømmen gjennom finnene på for­ damperen, kopler inn elektriske varmeelementer som er montert inn i fordamperen. Da smelter rimlaget. Smeltevannet blir drenert fra konteineren gjennom avløpsventiler. I stedet for elektriske varmeelementer bruker en også avriming med varmgass.

Det elektriske anlegget Kompressoren, ventilatorene og varmeelementene i en kjøle- og fry­ sekonteiner blir drevet med elektrisitet ved at konteineren blir koplet til elnettet om bord på skipet eller på kaia. Konteinere som også blir brukt til landtransport, har enten innebygd en permanent dieselgenerator, eller det er satt av plass i maskinrommet til et mobilt dieselgeneratorsett, en såkalt «power-unit».

Friskluftventilasjon

195

Frysetunneler Her skal vi kort gjøre greie for to varianter av tunnelfrysere. En frysetunnel med manuell betjening der kurver, kasser eller pakker blir satt inn i reoler på hjul og skjøvet gjennom tunnelen. Kjølerne er ofte glattrørsfordampere, og vanligvis er det tilstrekkelig med vannavriming eller kombinert med varmgass. Lufthastigheten skal ligge på 10-15 m/s, og lufttemperaturen kan være ned til -45 °C. Ved denne lave temperaturen øker ventilatorbelastningen mye. Enkelttunneler har ytelser på 10—15 tonn i døgnet, og flere tunneler kan kjøres parallelt.

Figur 9.5 Frysetunnel

Figuren viser frysing i kald luftstrøm der hele (og halve) skrotter er hengt opp i kroker som glir på en hengebane ved manuell fylling og tømming av tunnelen. Ved frysing av småfe henger en to skrotter over hverandre for å utnytte plassen og samtidig sikre at lufta ikke strømmer under skrottene. Dermed sikrer en nokså høy lufthastighet langs overflaten på varene. Det er av hensyn til frysetider viktig at hele luftgjennomstrømningstverrsnittet blir utnyttet fullt ut. Ved mindre varekvanta må vi altså la en del av tunnellengden være ubenyttet. A B C D

Figur 9.6 Båndfryser hvor vi bruker nitrogen (N )

196

Spesielle kuldetekniske anlegg

Vifter Bånd Avtrekksvifte Varer

Som det går fram av skissen, blir varene ved innføringen først utsatt for kald damp som sirkulerer ved hjelp av viftene (A). Først lenger ute på båndet blir det sprøytet inn nitrogenvæske. Vanligvis bruker vi et direkte kuldeanlegg, men begge anleggene har sine fordeler og ulemper:

Direkte kuldeanlegg Fordeler: - lavere anleggsutgifter - lavere driftsutgifter - mindre masse og plassbehov - mindre kompressordimensjoner Ulemper: - lange rørledninger - stor kuldemediefylling - ofte vanskelig å avrime - ofte dårligere U-verdi i fordamperen

Indirekte kuldeanlegg Fordeler: - korte rørledninger - mindre kuldemediefylling - lett å avrime med varm lake - enklere regulering - god U-verdi i fordamperen og kjøleslangene Ulemper: - svært høye anleggsutgifter - høyere driftsutgifter - større masse og plassbehov - større kompressordimensjoner

Kuldeanlegg for gasstankere og kjølelast Det norske Veritas (stiftet i 1864) er et av verdens ledende klassifikasjonsselskaper. Selskapet arbeider med skipsfart og industri knyttet til skipsfart og med annen industri. Dagens selskapsstruktur viser at det blir lagt vekt på to hovedmarkeder: Det norske Veritas Classification AS retter seg mot shipping og marin industri, mens Det norske Veritas Industry AS retter seg mot landbasert industri og oljevirksomhet til havs. Når et skip har en bestemt klasse i Det norske Veritas, vil det si at institusjonen har funnet at skipet tilfredsstiller regelkravene for ved­ kommende klasse, og at institusjonen ved løpende kontroll gjennom et system av besiktigelser og pålegg ser til at kravene for å opprett­ holde klassen blir oppfylt.

Etter besiktigelse og prøving i henhold til reglene til Det norske Veri­ tas kan skipskuldeanlegg for last få utstedt sertifikat for kuldeanlegg

Kuldeanlegg for gasstankere og kjølelast

197

og oppgave over kuldeanlegget med sertifikat som blir innført i et særskilt avsnitt av skipsregisteret. For at en skal få klasse, stiller Det norske Veritas disse kravene: - Kuldeanlegget må være bygd etter regler som for eksempel Det norske Veritas har. Da får skipet klasse KMC (kjølemaskinsertifikat for kuldeanlegg). - Anlegg som er klasset, skal regelmessig besiktiges for å beholde klassen. En svært viktig besiktigelse blir utført i lastehavn der hele anlegget blir besiktiget. - I samtlige kjølerom må de hygieniske forholdene sjekkes. - For fruktlast må ventilasjonen være i orden, sluk må kontrolleres, og kjølemaskineriet kjøres for å bringe lasterommene ned til transporttemperatur. Er alt i orden, kan såkalt «Loading Certificate» utstedes for føring av vedkommende last. - For transportkuldeanlegg som har betegnelsen «KMC», er alle komponentene i anlegget under tilsyn: kompressor, fordampere (luftkjølere) og beholdere for olje og væskeutskillere. Tegninger må sendes klassifikasjonsselskapet for styrkemessig kontroll, og det godkjenner og fører tilsyn med utstyret under bygging ved de ulike verkstedene. - Det skal være detaljert spesifikasjon med liste over reservedeler og kapasitetskurver for kompressorer, vifter, pumper, kondensatorer, lakekjølere og luftkjølere. - Det skal være utført beregning av kuldebehovene ved minste føringstemperatur og høyeste sjøvannstemperatur, samt nedkjølingstider hvis skipet skal føre fruktlaster som krever ned­ kjøling om bord. - Oppgave over isolasjonsmaterialet, eventuelt med de prøver av materialer som Det norske Veritas krever. - Da området skipskuldeanlegg er svært omfattende, må vi også henvise til spesiallitteratur. Men selve systemene og den maskintekniske utførelsen skiller seg ikke vesentlig fra anlegg på land.

Sjøtransport av kondenserte gasser Til de kondenserte gassene regner vi disse: - LPG-gasser, det vil si «liquefied petroleum gas» (flytende petroleumsgass) og ammoniakk (NH , R-717) - LNG-gasser, det vil si «liquefied natural gas» (flytende tørrgass) - løsningsmidler og kjemikaler (engelsk: «solvents»)

LPG-gassene er en gruppe hydrokarboner med et normalkokepunkt fra -50 til 0 °C, som propylen, propan, isobutan, n-butan og butylen. Handelsvaren propan inneholder litt etan med et normalkoke­ punkt på -88 °C. LNG-gassene er metan og etanblandinger av jordgass fra Nord-Afrika, Midtøsten, Sør-Amerika, Canada, Alaska, Nederland, Danmark og Nordsjøen.

198

Spesielle kuldetekniske anlegg

Ca. 2 % av raffinert råolje blir LPG i like mengder av propan og butan.

Gass fra hydrokarboner er tatt i bruk som energikilde og som råstoff til den petrokjemiske og den kjemiske industrien. De forskjellige gas­ sene som blir brukt, kan være ren naturgass som kommer fra ulike naturgasskilder, eller tyngre hydrokarboner som biprodukter fra olje­ raffineriene. Disse gassene blir komprimert og kondensert og så frak­ tet med spesialskip i væskeform. Dette gjelder spesielt gasser med så lav metningstemperatur at mekanisk kuldeteknikk er nødvendig for å hindre avdampning av lasten eller for å unngå en uønsket trykkstig­ ning i lastetankene på grunn av tilført varme utenfra. Et slikt skip kan vi regne som et kuldeanlegg der skipstankene er fordampere.

Transport av LPG- og LNG-gasser Gasser fra hydrokarboner er i nyere tid tatt i bruk som energikilde og råstoff til industrien. Det kan være naturgass eller tyngre gasser fra oljeraffineriene. Disse gassene blir kondensert og fraktet i væskeform med spesialskip. Kjøling i forbindelse med transport av flytende gass er derfor en for­ holdsvis ny form for bruk av kulde. Slike skip kan vi se på som kul­ deanlegg der skipstankene er fordampere, og de er i virkeligheten det beste eksempelet på slike anlegg.

Den varmen som strømmer inn gjennom skipsbunnen og skipssi­ dene eller fra lufta gjennom dekket, fører til en fordampning av væs­ ken i lastetankene. Dersom vi ikke fjerner denne gassen, kommer trykket i tankene etter hvert til å stige. Derfor blir gassen sugd bort ved hjelp av en kompressor og kondensert, og så blir den ført tilbake til tankene som væske gjennom en reguleringsventil. I forbindelse med kjølte gasstankskip bruker vi ofte betegnelsene rekondenseringsanlegg og kuldeanlegg, og vi definerer dem slik: Et rekondenseringsanlegg er et anlegg der gassen i lasten fungerer som kuldemedium. Figur 9.7 viser et forenklet skjema over et anlegg av denne typen.

Figur 9.7 Forenklet skjema for rekondense­ ringsanlegg i mellomtrykkskip

2 Kompressor 3 Vannkjølt kondenser 4 Strupeventil

Kuldeanlegg for gasstankere og kjølelast

199

Det er ulike oppgaver for et kuldeanlegg i de forskjellige skipene. I semikjølte skip blir anlegget dimensjonert med stor kjølekapasitet for å kunne kjøle ned last fra fulltrykkstanker i land. Det skal også varme opp last fra fullkjølte landtanker ved lasting eller under transport. Semikjølte skip bruker også kjøleanlegget som en reservelossemulighet ved at det trykker lasten ut av tankene. I fullkjølte skip skal som nevnt eventuell væske avgasses. Ved dimensjonering av kondensatorer må vi være klar over at gassfasen i lastetankene kan inneholde store mengder nøytralgass som det må være mulig å skille ut. Vi kan bruke vanlige oljesmurte kompressorer eller oljefrie gasskompressorer med styrt krysshode og riller i stempelet (slik Sulzer bygde dem).

Kuldeanlegget blir plassert i dekkshus. Gjennom gassrette pakkbokser drives kompressorer og boosterpumper av helkapslede elmotorer. LPG- og NH3-kompressorrom må ha elektrisk egensikkert utstyr. Vi kan bruke hydraulisk drift av kompressorer og pumper. Det er et fleksibelt, men dyrt system. Lavtrykkskompresjon for kuldemedium

Middeltrykkbeholder for kuldemedium

Figur 9.8 Indirekte kjø­ ling. Kondensering direkte på tanken med et to trinns kuldeanlegg

Direkte kjøling er et enkelt system med lavt kraftforbruk, men høyt kondensatortrykk dersom konsentrasjonen av etan er høy.

Komponenter for R-717 (NH3) og R-22 er beregnet for 22 bar ved 55 °C. Når standardkomponenter blir brukt i LPG-kuldeanlegg, må etaninnholdet i kondensatorvæsken være under 10 %. Det vil si at det må være under 2 molprosent etan i væsken i lasten. R-717 gir materialproblemer i kondensatoren og krever spesialmetall på rør og rørplater.

Direkte kjøling blir mest brukt i semikjølte skip.

200

Spesielle kuldetekniske anlegg

Figur 9.9 Direkte kjø­ ling. Totrinns kuldeanlegg av kuldemediet, kondense­ ring av sjøvann og ettrinnsstruping

Kaskadeanlegg blir mest brukt i fullkjølte skip.

I fullkjølte skip skal kuldeanlegget også kunne avgasse eventuell restvæske i tankene før gassfriing og danne gass for etterfylling under lossing slik at vi unngår undertrykk i tankene. Stoff

Tetthet av væske (t/m3)

Volumforhold gass/væske

Kokepunkt ved 760 tørr (mm Hg)

Damptrykk ved + 30°C

Metan

0,420

585

-161,7

Overkritisk

Etan

0546

406

-88,6

48

Etylen

0,568

455

-103,9

Overkritisk

Propan

0,583

295

-42,5

10,8

n-Butan

0,600

232

-0,5

3,1

i-Butan

0,595

229

-11,9

4,2

Ammoniakk

0,682

755

-33,3

11,2

Figur 9.10 Volumforhold mellom gass og vaske

I første kolonne i tabellen har vi stoffet metan, og i neste kolonne ser vi tettheten til stoffet som væske oppgitt i tonn/m3. Den tredje kolonnen viser volumforholdet mellom gass og væske, den fjerde viser kokepunktet ved 760 mm Hg (-161,7 °C), og den siste kolon­ nen viser damptrykket ved +30 °C, som er overkritisk.

Gasskip På skip blir gassen transportert nedkjølt i væskeform ved atmosfæretrykk i store, isolerte tanker. De gassene som blir transportert, kan for eksempel være propan eller butan.

En nedkjølt gass inneholder i tillegg til hovedproduktet vanligvis også noen prosent andre gasser. Et eksempel på en propanlast er vist på figur 9.12, der innholdet av etan er på opptil 5 %. Den rene pro­ panen har et kokepunkt på -42 °C. Når vi studerer likevektsdiagrammet for propan (R-290) og etan (R-170) på figur 9.13, ser vi at gassdanningen skjer ved -50 °C. Figur 9.12 viser ettrinnskompresjon av lasten og kondensering i egen R-22-kuldekrets.

Gasskip

201

Etan og propan er alltid fullstendig blandbare. Et økende etaninnhold betyr et høyere blandingstrykk. Avblåsing fra kondensatorene fører til store tap av propan. Med 20 molprosent etan i væskefasen i LPG-kondensatoren far gassfasen ca. 50 molprosent etan, og det blir blåst bort like mengder etan og propan.

Figur 9.11 Tilbakekondenseringsanlegg av kaskadetypen

Figur 9.12 Volumforhold mellom gass og væske ved LPG- og LNG-gasser

202

Spesielle kuldetekniske anlegg

R-22

Figur 9.13 Log ph-dia­ gram av tilbakekondenseringsanlegg

Som eksempel har vi 20 molprosent etan som skal fullstendig kon­ denseres ved 1 atmosfæres trykk. Vi går opp til væskefase og ut til venstre, der vi leser av -61 °C. Videre går vi ut fra 5 molprosent etan, opp til væskefasen og ut til venstre, der vi leser av 50 °C.

Figur 9.14 Molprosent etan i propan ved 1 atm

Figur 9.15 LPG/NHi skip (semikjølt)

Som figuren skjematisk viser, er det seks tanker. Fire av tankene lig­ ger i lasterom, mens to tanker er arrangert på dekk. Vi ser også dekkshuset der kuldeanlegget er plassert. Mellom pumperommet og lastetankene er det gassrette skott, og det er det også mellom maskin­ rom og lastetanker. Alle motorer er helkapslede og plassert i et sepa­ rat gasstett rom.

Gasskip

203

Lampe

Figur 9.16 Gassluse

Figuren viser en gassluse. Flere steder på et skip er det dekkshus som må holdes fri for gass på grunn av blant annet elektriske motorer og utstyr som kan antenne brennbar gass. For å komme inn i slike dekkshus må vi være sikre på at gass ikke kan slippe inn når vi åpner døra. Derfor er det laget en gassluse med dør inn fra dekk og dør fra slusa og inn til for eksempel et elektrisk motorrom. Denne slusa blir konstant ventilert for å fjerne gass som kan komme inn når ytterdøra blir åpnet. Utenfor inngangsdøra er det plassert en lampe. Dersom den lyser, betyr det at den indre døra er åpen, og vi må ikke åpne ytterdøra. En lignende lampe er det også innenfor den indre døra, og den vil lyse dersom ytterdøra er åpen.

Brannfare og forholdsregler mot brann Alle laster et skip fører, gir normalt fra seg gass, og sammen med ok­ sygenet i lufta vil den danne brennbare blandinger. Vi må derfor unn­ gå enhver form for arbeid ute i tankområdet med utstyr som gir fra seg varme eller gir gnister som kan antenne en blanding av gass og luft. Alle områder på skipet hvor det er maskineri eller utstyr som kan antenne brennbar gass, blir derfor innebygd. De blir gasstette med en gassluse innenfor inngangsdøra. Dersom det er mulig, blir mest mulig av det elektriske maskineriet plassert utenfor tankområdet.

Veiledende sikkerhetsbestemmelser 1 Røyking og bruk av åpen ild er bare tillatt i innredningen. 2 Ved lasting og lossing er bruk av åpen ild ikke tillatt i innrednin­ gen. Alle dører og lysventiler skal være stengt. 3 Vi må ikke bruke sko med stålbeslag som kan føre til gnister. Klær som er laget av syntetiske tekstiler, kan forårsake gnister på grunn av statisk elektrisitet og må derfor ikke brukes.

204

Spesielle kuldetekniske anlegg

4

5 6 7

8

Når vi bruker verktøy i lastetankområdet, må vi være forsiktige slik at vi unngår gnistdannelse. NB: Selv såkalt gnistfritt verktøy kan lage gnister. Bare eksplosjonssikre håndlamper må brukes i lastetankområdet. Det skal være pumpesirkulasjon på lavtrykkssiden. Dekk og rom må holdes rene. Oljesøl, oljete pussegarn og filler må fjernes straks. Før noen går ned i lasterom eller lastetanker, må det være tatt gassanalyse. Vi må være oppmerksomme på muligheten for lokale gassansamlinger. Dersom et rom ikke er gassfritt, må vi bruke friskluftapparat. NB: Husk at vanlig gassmaske ikke kan brukes der atmosfæren ikke inneholder nok oksygen. Alle om bord må gjøre sitt ytterste for å hindre at skipet og mannskapet blir utsatt for fare.

Ved utslipp av gass sprer gassen seg alt etter vindretning og hvor tung gassen er i forhold til lufta. Tung gass har en tendens til å trekke ned mot dekk og legge seg som et teppe over dekksområdet i le av vin­ den. Lett gass blir lettere fortynnet og blåser bort med vinden.

Disse gassene er tyngre enn luft: butan, propan, etan, propylen, butylen, butadien, vinylklorid og propylenoksid. Disse gassene er lettere enn luft: ammoniakk, metan og etylen.

For at en skal ha fortløpende oversikt over eventuelle ansamlinger av eksplosive gassblandinger, er skipet utstyrt med en fast gassdetektor som kontrollerer atmosfæren flere steder rundt skipet, blant annet fra innredning, maskinrom, tankområde, elektrisk motorrom, kompressorrom og lasterom.

Pumpesirkulasjon på lavtrykkssiden Kuldeteknikken har i store trekk gjennomgått den samme utviklingen som dampkjeleteknikken når det gjelder fordamperkonstruksjonen. Etter hvert er den tvungne væskesirkulasjonen stadig mer brukt. Det som i høy grad er viktig for ytelsen i en fordamper, er som nevnt at fordamperflatene hele tiden er fuktige. Ved hjelp av pumper kan vi sirkulere mye mer væske gjennom systemet enn det som svarer til kuldeytelsen (ofte opptil fem—seks ganger mer).

Pumper En sentrifugalpumpe arbeider på den måten at den ved hjelp av et løpehjul (impeller) tvinger væsken i rotasjon. Det påfører væsken en sentrifugalkraft. Pumpehuset leder væsken videre ut av pumpa med et høyere trykk. Den tilførte energien til væsken har kommet i form av kinetisk energi. Løftehøyden for en sentrifugalpumpe er uavhengig av densiteten til væsken, mens differansetrykket varierer proporsjonalt med densiteten til væsken.

Pumper

205

1 Innløp

Figur 9.17 Snitt gjennom en sentrifugalpumpe

Dersom det oppstår trykkimpulser i en pumpe, kan de sette rørledninger o.l. i svingninger. Det kan føre til en svært sjenerende lyd. Men en pumpe som er riktig konstruert og vedlikeholdt, har ikke noe særlig høyt støynivå. Vi kan også redusere støyen enda mer når vi monterer et elastisk mellomstykke mellom pumpa og rørsystemet.

Figur 9.18 Sentrifiigalpumper, horisontal og vertikal pumpe

Den mest brukte pumpa er sentrifugalpumpa. Vi skiller mellom — våtpumper (våtløpere) - tørrpumper (tørrløpere)

206

Spesielle kuldetekniske anlegg

Videre kan vi dele inn pumper i - horisontale eller liggende pumper - vertikale eller stående pumper Grunnen til at sentriftigalpumpa er mest brukt, er først og fremst den enkle oppbygningen. Dessuten kan den koples til moderne, hur­ tiggående drivmaskiner.

Hermetiske kuldemediepumper Disse pumpene er helt lukkede sentriftigalpumper uten akseltetninger. For at de skal ha størst mulig bruksområde, blir de hermetiske kuldemediepumpene laget med spalterørsmotor, der spalterøret er av ikke-magnetisk materiale, som regel rustfritt stål. Rotoren blir her lig­ gende i kuldemediet, mens statoren utenfor spalterøret ligger i atmo­ sfærisk luft. Simmering

Pumpehull

Vikling Rotor Tetning Spalterør

Figur 9.19 Våtpumpe — pumpe uten pakkboks

Løftehøyde Når pumpa suger fra en åpen tank, kaller vi høydeforskjellen den geo­ detiske løftehøyden. På grunn av strømningstap, bøyer og ventiler i rørledningene blir det et trykkhøydetap som pumpa må overvinne. Når tanken er lukket og står under trykk, må vi ta med det. Løftehøyden øker med trykkdifferansen mellom tanken. En pumpes samlede løftehøyde er derfor ikke det samme som den høyden pumpa løfter væsken, men summen av sugehøyde, trykkhøyde, hastighetsøk­ ning, strømningstap og trykkdifferansen omregnet til væskehøyde.

Sugehøyde Vanligvis er en pumpe plassert høyere enn væskenivået den skal pum­ pe fra. Det vil si at pumpa må suge opp væske fra væskeoverflaten. Dette suget oppstår ved at det blir dannet et undertrykk ved innløpssiden på pumpa. Dermed er det atmosfæretrykket som trykker væs­ ken inn i innløpssiden, og atmosfæretrykket som trykker væsken inn i sugerøret på pumpa. Den største sugehøyden til pumpa er avhengig

Hermetiske kuldemediepumper

207

av atmosfæretrykket. Dersom vi kunne oppnå teoretisk 100 % vaku­ um og vi ser bort fra tap i sugeledningen, ville vi ved normal barometerstand på 760 mm Hg ha et lufttrykk på 103,3 kPa.

, 103, 3 • 103 N/m2 »su8 = -------------- 5---------------J ~ 10 m 1000 kg/m • 9, 81 m/s Vi vet nå at vi ikke kan oppnå 100 % vakuum, og vi kan heller ikke se bort fra strømningstap i en pumpe. Derfor blir sugehøyden for en pumpe betydelig mindre enn 10 m.

Pumpekarakteristikk En pumpe er laget for en bestemt volumstrøm og et tilsvarende trykk. Hvis volumstrømmen endrer seg, vil det gi en tilsvarende forandring i trykket. Hvis vi setter av forholdet mellom trykk og mengde i et dia­ gram, far vi en parabolsk kurve som vi kaller pumpekarakteristikk. Vi kan her lese av transporthøyden som en funksjon av volumstrømmen.

Figur 9.20 Pumpe- °g systemkurve

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8 0,9 qv (m/s)

Pumpeeffekt: Når leveringshøyden (77) er bestemt, kan pumpeeffekten beregnes av

dette:P = P'g' T|

(W)

H = T|

P = effekt (W) p = tetthet (kg/m3) g= tyngdeakselerasjon 9,82 m/s2 = væskestrøm (m3/s) H= leveringshøyde (m) Ap = trykkendring over pumpe (N/m2) T| = pumpevirkningsgrad

208

Spesielle kuldetekniske anlegg

Oppgave

En sirkulasjonspumpe i et sekundært anlegg sirkulerer kalsiumklorid med tetthet 1270 kg/m3. Pumpa leverer 0,045 m3/s. Utløpet er plas­ sert 20 m over pumpenivået. Vi ser bort fra friksjonstap i rørledningen. a Bestem pumpeeffekten. b Bestem tilført effekt til pumpemotoren når virkningsgraden er 0,85. Forslag til løsning:

a

„ _ 1270 kg/m3 • 9, 81 m/s2 • 0, 045 m3/s • 20 m 1 ~

i

103

P = 11,21 kW

b

p _ 1270 kg/m3 • 9, 81 m/s2 • 0, 045 m3/s • 20 m rip- 103

P = 13,19 kW p

Eksempel En vannpumpe trykker ferskvann opp til en høyde av 13 m. Regn ut overtrykket og det absolutte trykket på pumpas trykkside når barometerstanden er 745 mm Hg. Vis det grafisk ut fra trykkangivelsene. Løsning

Patm = 'P • o Patm = 13 600 Okg/m3 • 9,81 m/s2 • 0,745 m = 99 394,91 Pa = 0,99 bar Overtrykket: p = p • g- h = 1000 kg/m3 • 9,81 m/s2 • 13 m = 127 530 Pa = 1,28 bar

Det absolutte trykket: p = 1,28 + 0,99 = 2,27 bar abs

Grafisk framstilling:

Figur 9.21

Nullinjen

Hermetiske kuldemediepumper

209

Eksempel Vi skal finne ut hva en vannsøyle på 50 m tilsvarer i pumpetrykk (manometertrykk) ved utløpet av pumpa når densiteten til pumpemediet er 990 kg/m3.

Forslag til løsning

p= P ' g' h

der P = trykk (Pa)

p = tetthet (kg/m3)

g = akselerasjon (9,81 m/s2) h = høyde i meter

P= 990 kg/m3 • 9,81 m/s2 • 50 m = 485 595 Pa

P = 4,86 bar Eksempel

Hvor stort vakuum må en pumpe opparbeide når den skal suge opp vann fra en kjeller som er 5 m dyp? Hvor stort blir det absolutte tryk­ ket i sugeledningen når atmosfæretrykket er 1,02 bar? Løsning

pu = p • g- h pu = 1000 kg/m3 • 9,81 m/s2 • 5 m = 49 050 Pa Pumpa må opparbeide et vakuum (undertrykk) på 0,49 bar. Resttrykk i sugeledningen: p = 1,02 - 0,49 = 0,53 = 0,53 bar abs Eksempel

Hvor stor effekt er det nødvendig å tilføre en pumpe med volum­ strøm 0,004 m3/s, løftehøyde 12 m og totalvirkningsgrad 45 %? Væs­ ken er vann med densitet 1000 kg/m3. Forslag til løsning

P= effekt i W S = densitet i kg/m3 v = volumstrøm m3/s h = pumpehus løftehøyde i m n = virkningsgrad

210

Spesielle kuldetekniske anlegg

p

S • g- v - h _ 1000 kg/m3 • 9, 81 m/s2 • 0, 004 m3/s • 12 m

n P = 1046,4 W- 1,046 kW

Figur 9.22 Prinsippet for et pumpereguleringsanlegg

0,45

D E P F X

Reguleringsventil (flottør) Væskeutskiller Kuldemediepumpe Fordampere Magnetventiler

Hermetiske kuldemediepumper

211

Kapittel 10

Isolering

Isolasjon Når temperaturen inne i en bygning ikke er den samme som utetemperaturen, får vi en varmetransport gjennom ytterveggene i bygnin­ gen. Denne varmetransporten skjer vanligvis som en kombinasjon av ledning, strømning og stråling. Når varmestrømmen går gjennom veggkonstruksjonene, møter den en viss motstand. Denne motstan­ den ligger dels i sjiktet luft/veggmateriale, dels i luftsjiktet i veggen, men først og fremst i de materiallagene som veggen består av. Varmegjennomgangskoeffisienten, eller ZZ-verdien (tidligere kalt Å^-verdien), forteller oss hvor stor varmestrøm (målt i watt) som går gjennom 1 m2 av en konstruksjon, og at det er en konstant temperaturforskjell mel­ lom lufta på innsiden og lufta på utsiden på 1 °C. Det vil si at jo lavere ZZ-verdien er, desto bedre er isolasjonen. Når vi skal finne ZZ-verdien til en konstruksjon, må vi først finne den motstanden varmen må overvinne når den skal gå gjennom konstruksjonen. Varmemotstanden i et materialsjikt er tykkelsen av dette sjiktet delt på den spesifikke varmeledningsevnen (X -verdien) til materialet: Varmemotstand: R (i W/m2K) Materialtykkelse: d (i meter) Spesifikk varmeledningsevne: X (iW/mK) Varmemotstand (7?) = materialtykkelse (d)/spesifikk varmeled­ ningsevne (X)

Varmeledningstall (X) for noen materialer: Materiale X (W/mK) Tre (gran og fiiru) 0,140 Mineralull, type A 0,040 Mineralull, type B 0,045 Polyuretanskum 0,032 Porøse trefiberplater 0,050 Sponplater 0,150 Betong 1,700 Murpuss 1,200 Glass 0,900 Polystyrenplater 0,041

212

Isolering

Varmegjennomgangstall Varmegjennomgangstall (L/-verdi) for forseglede ruter: Varmegjenomgangstabell

Avstanden mellom rutene i mm

To ruter (W/m2k

Tre ruter (W/m2k)

4

3,90

2,80

6

3,55

2,45

8

3,35

2,25

10

3,05

2,10

12

3,00

2,00

14

2,95

2,00

20

2,85

1,90

Figur 10.1

Som vi kan se av denne tabellen, får vi den beste varmeisolasjonen med det laveste varmegjennomgangstallet når vi har tre ruter og en avstand på 20 mm mellom rutene. ^/-verdien til en bygningsdel finner vi når vi deler tallet 1 med sum­ men av all varmemotstand i konstruksjonen:

sum av varmemotstand

Z7?

Varmeovergangsmotstand (m) Den varmen som går fra luft til materiale eller omvendt, møter en motstand som vi kaller overgangsmotstand. Motstanden kan komme av at det like ved material overflaten blir et stillestående luftsjikt fordi luftbevegelsen blir hindret av friksjon mot flaten. Denne overflatemotstanden er mindre når lufta er i bevegelse, og når overflatetempe­ raturen er lav. Derfor er det en mindre overgangsmotstand på innsiden av en yttervegg enn på utsiden. Vi bruker bokstaven m for enkeltsjiktmotstand og Affor den samlede motstanden til en konstruksjon. M=mi+mu+m 1+1712+113

Overgangsmotstand inne rnij

Materialets varmemotstand

Figur 10.2 Varmemot­ stand i en homogen vegg

Overgangsmotstand ute mu

Isolasjon

213

Å finne en helt korrekt verdi for varmeovergangsmotstanden er nes­ ten umulig fordi den er avhengig av vind og luftstrøm. Men til prak­ tiske beregninger bruker vi disse verdiene: - innvendig overgangsmotstand: m. = 0,13 W/m2K - utvendig overgangsmotstand: mu = 0,04 W/m2K Da får vi dette:

Innvendige bygningsdeler: m. + m. = 0,13 + 0,13 = 0,26 W/m2K

Bygningsdeler med flate mot det fri: m.1 + mu = 0,13 + 0,04 = 0,17 W/m2K Eksempel Vi skal regne ut V-verdien for en yttervegg som er laget av 200 mm tykk betong, og som har 50 mm tykke faststøpte og pussede polystyrenplater som varmeisolering. 10 mm 50 mm 200 mm

Betong

Polystyrenplate

Figur 10.3

Puss

a b

Beregn den samlede varmemotstanden M. Beregn varmegjennomgangskoeffisienten (Z7-verdien).

Løsning a

Varmeovergangsmotstand mot det fri blir slik: m. + m - 0,17 Betong m =0,1176 Polystyren m2 =1,2195 Puss = 0,0083 Samlet varmemotstand M =1,5154

Det vil si: M~ 1,52^!^ b

Varmegjennomgangskoeffisienten blir: U = --------- -—----- = 0,66 W/m2 ■ K 1, 52W/m -K

214

Isolering

Dampsperre I den kalde årstiden er damptrykket innendørs normalt høyere enn utendørs. Da far vi en fukttransport (dampdiffusjon) utover i kon­ struksjonen. Men i konstruksjoner med høyverdig varmeisolasjon, for eksempel mineralull, må vi legge inn en dampsperre for å hindre at fuktig romluft trenger inn og kondenserer på flater som er kalde. Som dampsperre bruker vi i dag nesten bare plastfolie av polyetylen. For et kjølerom er løsningen som er vist på figur 10.4, svært uheldig. Riktig løsning ser du på figur 10.5. Uheldig

Figur 10.4 Eksempelpå en uheldig konstruksjon med vanndampsperre

Vanndampsperre Vanndamptrykket er avhengig av temperaturen. Deltrykket til vann­ dampen i luft er dessuten avhengig av hvor tørr lufta er. Fordi vann­ damp fra varm luft alltid vil trenge inn i kald luft, må vi ha et vanndampsperresjikt på den varme siden av isolasjonen for å hindre at den skal bli fuktig og skadet.

Vanndampsperren må være så effektiv at det kan trenge mindre fuk­ tighet inn i isolasjonen enn det kan komme ut av den. Vanndampen i isolasjonen kan kondensere og danne is. Det skjer dersom kurvene for dampens deltrykk og metningstrykk skjærer hverandre. Se figur 10.6.

Figuren viser forskjellen på dårlig og god vanndampsperre. Legg merke til kurvene for dampens deltrykk og metningstrykk (med og uten vannsperre). Riktig

Figur 10.5 Eksempel på en riktig konstruksjon med vanndampsperre

Betingelsen for å få kondensasjon (og isdannelse hvis temperaturen synker under 0 °C) i isolasjonen er at kurvene for damptrykket og metningstrykket tangerer eller skjærer hverandre.

Figur 10.6 Eksempel på en konstruksjon med og uten dampsperre

På figur 10.6 har a ingen vanndampsperre, og kondensasjonen skjer mellom 1 og 2. På b skjer kondensasjonen i tangeringspunktet mel-

Isolasjon

215

lom kurvene. Her ser vi at vanndampsperren er for svak. På c blir det ikke noen kondensasjon, for der er det en tilstrekkelig dampsperre.

8 viser isolasjonstykkelsen.

Kurvene A-B viser vanndampsperrens metningstrykk. Kurvene X-Y viser vanndampens partialtrykk (deltrykk).

Figur 10.7 Luftslør for å hindre kaldlufistrømning

For å hindre at kaldlufta strømmer ut, kan vi bruke en ventilator som er montert over fryseromsdøra, som et luftslør der strømningen skjer som på figur 10.7.

Figur 10.8 Lufteventilfor større fryserom

Ventilen balanserer trykket i fryserommet med utvendig trykk. Den slipper inn og ut nødvendig luftmengde for å unngå overtrykk og undertrykk i rommet, og den hindrer også at det blir vanskelig å åpne og lukke dørene.

Isolasjonsmaterialer Det er mange forskjellige og nye isolasjonsmaterialer å velge mellom, og det er ikke alltid lett å finne fram til det som egner seg best. Vi skal også ta hensyn til kjøleutstyret og kjølemåten, og vi må vurdere hvor­

216

Isolering

dan vi best kan beskytte isolasjonsmaterialet mot fuktighet slik at det ikke blir ødelagt.

Nedenfor har vi satt opp noen viktige momenter for valg av isola­ sjonsmaterialer: 1 Varmeledningsevnen (1) og varmekonduktiviteten (W/mK) bør være minst mulig. 2 Evnen til å suge opp varme bør være liten. 3 Stor vanndiffusjonsmotstand som sammen med en vanndampsperre (damptett plate) bør stoppe all inntrengning av fuktighet (diffusjon vil si spredning og sammenblanding av væsker eller gasser). 4 Stor konveksjonsmotstand. Vi skiller mellom egen konveksjon, der den kalde lufta nærmest rommet synker og driver ut den var­ mere lufta ytterst, og tvungen konveksjon, der en vifte driver luft inn i isolasjonen og setter lufta i den i bevegelse. 5 Høy krympefasthet og evne til å motstå siging. 6 Høy trykkfasthet slik at isolasjonen tåler støt og vektbelastning. 7 Materialene må ikke være brennbare. 8 Det må være en absolutt betingelse at materialene er fri for lukt. 9 Prisen på isolasjonsmaterialene teller også - i tillegg til nødvendig tilleggsmateriell og monteringsutgifter. 10 Materialene må være bestandige mot råte. 11 Brannsikkerhet. De vanligste isolasjonsmaterialene i kuldeanlegg er glassvatt, steinull, skumplast, polyuretan og kork. Disse materialene har varmeledningstall på 0,03-0,04 W/mK i tørr tilstand. Det betyr at de leder varme svært dårlig og derfor er gode isolasjonsmaterialer. Stål har for eksempel et varmeledningstall på 55 W/mK. Glassvatt er laget av glassmasse, som er trukket ut til tynne fibrer som blir filtret i hverandre. Innimellom trådene danner det seg små hul­ rom, som er fylt med stillestående luft. Stillestående, tørr luft har et varmeledningstall på 0,026 W/mK. Glassvatt er et lett isolasjonsma­ teriale og er ikke brennbar. Trykkstyrken er liten, og isolasjonskledningen må derfor kunne oppta påkjenningene fra lasten. Av den grunn blir glassvatt mest brukt til flater som ikke skal bære last, for eksempel vegger. Den blir levert i ruller, matter eller i løs tilstand og er lett å tilpasse mellom bjelker.

Steinull er et materiale som ligner mye på glassvatt. Fibrene er dannet av smeltede mineraler og er ikke så glatte som hos glassvatten. Men steinull har ellers stort sett de samme egenskapene som glassvatt. Skumplast er et plastmateriale som er bygd opp av små, luftfylte cel­ ler. Det har fått stor utbredelse som isolasjonsmateriale, særlig til mindre kjøle- og fryserom, kjøleskap og frysebokser. Den har litt større trykkstyrke enn glassvatt og steinull, men bør ikke brukes på steder der vi kan regne med høye temperaturer.

Isolasjonsmaterialer

217

Kork er et naturprodukt som blir bearbeidet slik at den får en cellestruktur som ligner skumplastens. Det ferdigbehandlede materialet består av små, luftfylte celler som blir holdt sammen av et bindemid­ del. Lufta i cellene er stillestående og isolerer derfor svært godt. Kork har en forholdsvis god trykkstyrke og blir derfor brukt på steder som skal oppta vekt av last, for eksempel gulvflater. Men kork er brennbar og kan være årsak til ulykker ved brann.

Prefabrikkerte isolasjonspaneler De siste årene har en begynt å produsere isolasjonspaneler. Det er sek­ sjoner for gulv, vegger og tak i tillegg til dører som leveres og monteres på stedet. Figur 10.9 viser et prefabrikkert fryserom og en prefabrik­ kert fryseromsdør.

Termometer

Figur 10.9 Tegning av en prefabrikkert fryseromsdør

Isolering av sugerør til kompressor Hovedformålet med å isolere kulderør er å hindre dannelse av kondensvann, rim og is. Tilstrekkelig isolering hindrer også uønsket høy sugerørstemperatur i kuldemaskinen (ifølge Norsk Kuldenorm). Dette er spesielt et problem ved lange rørstrekk mellom fordamper og kom­ pressor. Varmelekkasje inn i rørstrekket mellom fordamper og kompres­ sor fører til økt energiforbruk, redusert kuldeytelse på grunn av redusert sirkulert kuldemedium og økt belastning på kondensatoren.

Figur 10.10 Sugerøret til kompressoren er isolert med Glavaflex heltfram til kompressoren for å unngå isdannelse og effekttap

218

Isolering

Nedenfor ser vi på hvilke områder vi kan og bør isolere med Glavaflex, og enkle tabeller som viser hvilken isolasjonstykkelse som anbe­ fales. For at vi skal se hvilke krav som blir stilt, refereres det til nor­ mer og regler. GLAVAFLEX Isolasjons­ tykkelse på sugeledning

Figur 10.11 Effekt av å iso­ lere sugeledningpå R-22 kuldemaskin med ettrinnskompressor med slagvolum 33 nå/h ved —30 °C/ +40 °C. Sugerøret er 1 3/8" og har 30 m strekk ved +22 °C omgivelsestemperatur

Overhetnlngi sugeledning

(mm]

Trykkrørstemperatur

Kuldeytelse

PC]

(kW]

uisolert

41,8

6

27.0

157

5,1

9

23,1

152

5,1

13

19,7

148

5,2

19

16,4

144

5,3

25

14,3

141

5,3

32

12,7

139

5,4

176

,

4,8

Eksempel I et fryserom er det ønskelig å holde temperaturen på -18 °C mens utetemperaturen er 25 °C. Veggene i fryserommet har til sammen et areal på 180 m2. Veggene innenfra og utover er bygd opp slik: - 20 mm trefiberplate - 300 mm mineralull - 100 mm betong Varmeledningsevnen (X) er satt til: trefiber 0,047, mineralull 0,036 og betong 1,7 W/mK.

Varmeovergangskoeffisienten utvendig er satt til 16 W/m2K og inn­ vendig til 8 W/m2K. Fryserommet som har et romvolum på 700 m3, skal ventileres med 0,5 luftskift per time. Luftas tetthet er satt til 1,2 kg/m3. a Beregn varmestrømmen gjennom veggene. b Beregn effekt for nedkjøling av ventilasjonslufta.

I tillegg til de varmestrømmene du har beregnet ovenfor, må kulde­ anlegget også ha stor nok kapasitet til hurtig nedfrysing av varer, varme fra lys, vifter o.l. Dette anlegget skal derfor dimensjoneres for en kjølekapasitet på 10 kW. R-22 skal benyttes som kuldemedium. Her følger andre data: Fordampningstemperatur: -25 °C Overhetet gange med —20 °C før kompressor Kondenseringstemperatur: 23 °C, og det er underkjøling av kul­ demediet til 20 °C Temperaturen etter kompressor: 70 °C

Isolasjonsmaterialer

219

c

d

e

Tegn kjøleprosessen inn i et trykk-entalpi-diagram. Bestem gas­ sens tørrhetsgrad etter strupeventil og spesifikt volum før kom­ pressor. Beregn anleggets kuldefaktor og sirkulerende kuldemedium i kg/s. Beregn kondensatoreffekten og nødvendig kjølevannsmengde gjennom kondensatoren når kjølevannstemperaturen inn på kon­ densatoren er 11 °C og ut 16 °C.

Forslag til løsning

a

1 -

1 S 1 —+r+—

Å, oc2

(1 = varmegjennomgangstall (W/m2/K) Ot = varmeovergangstall (W/m2/K) 0C2= varmeovergangstall (W/m2/K) X = termisk konduktivitet (W/m • K) 5= tykkelse (m) 1 1 0, 02 0, 3 0, 1 " 16 + 8 + 0, 047 + 0, 036 + 1,7 U= 0,11 W/m2- K Pvegg = U-A- Ar=0,ll • 180-43 = 85/W

700-0,5 - o / q = q • (D = — — • 1,2 - 0,117 kg/s 7m 7v Y 3600 &

Pvent =q - C- A t = 0,117- 1000- 43 = 5030 W

Figur 10.12 Trykk-entalpi-diagram x~ 0,23

,

e

o

_ Qf

2 min

Ved fleire av avrimingsmetodane skal fordamparvifta stå still. Grun­ nen er at foktig luft ikkje skal komme inn i fryserommet og fryse til is på golv og varer. I desse tilfella må anlegget ha gått litt etter avri­ ming før fordamparvifta startar. Når vi koplar avrimingsuret FRI 77 g frå Theben på denne måten, skjer dette: Kl og K2 slår til samstun­ des. Kl set i gang avrimingsprosessen, og K2 stansar vifta. Kl blir deaktivert etter at den innstilte tida har gått. K2 held seg aktiv ei viss tid til. Fordamparvifta startar ikkje for ei stund etter at avrimingspro­ sessen er avslutta, og anlegget må dessutan ha vore i drift ei tid.

276

Optimal drift og vedlikehald av kuldeanlegg

Avriming med pressostat og termostat

> 2 min

Figur 16.14 Oppkopling av Theben FRI 77 g med pressostat og termostat

_TL 4-45 min

Mengda av rim er avhengig av belastninga på anlegget. Derfor er det ofte vanskeleg å vite kor lang tid avriminga tek. Dersom vi får detek­ tert når temperaturen på fordamparen kjem over 0 °C, veit vi når for­ damparen er rein for is. Det er to måtar å gjere det på: 1 Vi kan montere ein termostat på fordamparen der vi ut frå erfa­ ring veit at det er mest rim. 2 Vi kan la lågtrykkspressostaten styre avrimingstida.

Det er alternativ 1 som er mest brukt i våre dagar. Når temperaturen rett på yttersida av fordamparen er større enn 0 °C, er fordamparen fri for rim. Når vi bruker alternativ 2, stiller vi inn ein lågtrykkspressostat slik at han gir signal når trykket svarer til ein temperatur over 0 °C. Ved begge desse metodane ligg det ein sikringsfunksjon i avrimingsuret: Dersom avrimingsprosessen ikkje er avslutta på grunn av høg nok temperatur, blir prosessen stoppa av avrimingsuret etter ei viss maksimumstid.

Somme leverandørar av delar til kuldeteknikken har laga elektroniske krinsar for styring og regulering der avrimingsuret er ein integrert del. Når vi har ein PLS (PLS = programmerbar logiske styring), kan vi ha eit avrimingsur i tillegg eller la PLS-en ta over den jobben dg.

Når vi bruker eit avrimingsur, let vi signalet for at avrimingsproses­ sen skal vere aktiv, gå til ein inngang på PLS-en og let programmet fastsetje kva som skal gjerast da, til dømes kva for ventilar som skal stengje, kva for motorar som skal gå, og eventuelt kva for pumper som skal starte. Har vi ein PLS, treng vi ikkje noko avrimingsur. Det er tidsftmksjonar i PLS-en som kan ta seg av det. Da legg vi inn tidsmålarar, «timerar», i PLS-programmet. Ein tidsmålar gir eit signal ei viss tid etter at han har fått melding om å starte. Når vi kombine­ rer fleire slike tidsmålarar, kan vi lage dei funksjonane vi ønskjer, og dei kan komme når anlegget treng dei. I staden for ein tidsmålar er

Avrimingsautomatikk

277

det i visse situasjonar lurt å bruke ein klokkefunksjon. I PLS-en er det ei klokke med dato som går heile tida. Ved hjelp av denne klokka kan vi setje i gang prosessar på tidspunkt på døgnet da det er liten aktivitet eller lite behov for kjøling.

Det er heller ikkje noko problem å bruke ein termostat i kombina­ sjon med PLS-en. Vi koplar termostaten til ein av inngangane, og han blir registrert i programmet på ein slik måte at funksjonen blir slik vi ønskjer. For at styresystemet skal kunne gjennomføre ein avrimingsprosess, må det ikkje berre kunne styre kontaktorar og motorar, men også ventilar. Til dette bruker vi ein magnetventil. Magnetventilen kan vere bygd opp etter to ulike prinsipp: Dei kan vere direktestyrte eller servostyrte. Magnetventilar blir nytta i væske-, suge- og varmgassleidningar i eit kuldeanlegg. Når straumen blir slutta, opnar ventilen ved at magnetspolen lyfter ankeret med ventilnåla. Når straumen blir broten, slepper spolen ankeret, og ventilen stengjer momentant. Merk at ankeret sit laust på ventilnåla for at nåla skal få slagkraft.

Prinsippet for ein servostyrt magnetventil Når spolen er straumlaus, er hovuddysa og pilotdysa stengde. Over servostempelet verkar tilgangstrykket gjennom eit utlikningshol i stempelet. Tilgangstrykket verkar også på ein del av undersida på stempelet, mens avgangstrykket verkar på resten av flata. Trykkskilnaden held hovuddysa stengd.

Når straumen til spolen blir slutta, blir ankeret trekt opp, og det blir opna for pilotdysa. Dermed går trykket over servostempelet ned fordi rommet over blir sett i samband med avgangssida på ventilen. Trykket under får overtaket og lyfter servostempelet frå ventilsetet, slik at det blir full gjennomstrøyming. Når straumen blir broten, stengjer pilotdysa. Dermed aukar trykket over servostempelet gjen­ nom utlikningsholet, og det gjer at stempelet stengjer for hovuddysa.

Den daglege kontrollen av anlegget For at vi skal kunne ha ein effektiv kontroll av drifta av kuldeanlegget, bør vi føre dagbok. Dagboka bør vere så fyldig at vi kan få eit fullsten­ dig oversyn over anlegget. Ofte blir feil først oppdaga når det har skjedd eit havari. Men i mange tilfelle kan vi hindre det ved at vi skriv dagleg journal og samanliknar resultata frå dag til dag. Dei feila som kan føre til havari, har svært ofte utgangspunkt i ein kuldemedielekkasje. Ein slik lekkasje kan etter kvart gi for sterk overheting på sugesida og varmgassida på kompressoren, og oljen byrjar å bli broten ned. Andre feil kan vere at kjøleflatene på kondensatoren får eit belegg som gjer at det blir høgare kondenseringstemperatur. Fastfrysing eller blokkering i reguleringsventilen av skitt eller is kan gjere at kondensa­ toren blir fylt opp, og det kan vidare føre til at det blir auka overheting på sugesida og varmgassida på kompressoren i kombinasjon med høgt kondensatortrykk. Lekkasjar i kompressorventilar gjer at gass kjem

278

Optimal drift og vedlikehald av kuldeanlegg

tilbake og blir komprimert på ny, og det gir høg varmgasstemperatur. Dersom vi kontrollerer overhetinga av kompressoren på sugesida og varmgassida med jamne mellomrom, samanliknar den opptekne ef­ fekten med varmebelastninga til fordamparen, kontrollerer kjøleflatene på kondensatoren og søkjer etter lekkasjar, kan vi få retta småfeil med ein gong og slik sleppe havari. Dei fleste serviceproblema gjeld mekaniske havari, men svært ofte er det dg snakk om feil med plassering av utstyr og i samband med rørflensar og koplingar. Å finne ein feil er oftast vanskelegare enn å rette han. Når vi leiter etter feil, bør vi gå grundig og systematisk fram. Vi bør kontrollere kvar del i anlegget. Vi bruker først auga alle dei sta­ dene det let seg gjere. Så måler vi trykk og temperatur der det er mogleg. Dersom vi arbeider nøyaktig, kan vi påvise mange typar feil ved hjelp av eit kvikksølvtermometer. Alle termometera og manometera i eit anlegg bør kalibrerast med jamne mellomrom. Trykkmanometera er oftast mindre nøyaktige enn termometera, særleg dersom dei blir utsette for pulseringar eller vibrasjonar. Derfor bør vi ha eit nøyaktig testmanometer.

Dersom det trykket og den temperaturen vi måler, ikkje samsvarer med verdiane i kuldemedietabellen, må det vere overheta damp eller underkjølt væske i anlegget. Trykk og temperatur gir sikre indikasjo­ nar på tilstanden til anlegget. Dersom måleresultata vik av frå dei konkrete verdiane, må desse avvika vere utgangspunktet for feilsø­ kinga vidare.

Ei spesielt høg overheting ved utløpet på fordamparen tyder på «brest» i kuldemediestraumen i fordamparen. Vidare kontroll viser om årsaka er tap av kuldemedium, feiljustert reguleringsventil eller ei blokkering ein stad mellom kondensatoren og reguleringsventilen. Vi bør gå systematisk til verks ved feilsøking og bruke ein slags steg-for-steg-metode. Vi må vere sikre på at vi har funne feilen før vi byrjar å utbetre han. Dersom vi til dømes opnar reguleringsventilen utan at vi er nøydde til det, kan vi sleppe inn fukt og dermed gjere alt verre. Vi må hugse at all luft inneheld fukt, så di mindre eit anlegg er opna, di betre er det.

Luft og fukt (vassdamp) er den vanlegaste årsaka til havari av herme­ tiske kompressorar. At det blir laga syre som følgje av luft og fukt, øydelegg motorisolasjonen litt etter litt. Dei fleste hermetiske einin­ gane arbeider nær sikringstemperaturen sin ved normale forhold. Det vil seie at temperaturen ikkje skal stige noko særleg før det kjem ein feil. Før vi byrjar med ein eventuell reparasjon, må vi reingjere alle dei aktuelle delane for sot. Vi bør også skifte alle filter og skifte olje. Det kan vere lurt å køyre kompressoren før vi koplar han til anlegget att, slik at oljen får sirkulere i sjølve kompressoren. Deretter koplar vi kompressoren til anlegget og set i gang tømminga av luft før vi star­ tar anlegget.

Avrimingsautomatikk

279

Vi — — — — — -

bør vi først og fremst kontrollere dette: oljestanden i kompressoren væskestanden i kuldeanlegget kilereimane fundamentfesta temperaturane trykket kondensatortilstanden (skitt, støv) motorsmørjinga avriminga om anlegget er tett (søk etter lekkasje)

Det er særskilt viktig å kontrollere oljestanden i kompressoren. Vi veit at maskinar ikkje skal gå lenge utan olje før vi kan merke det på lager og kapasitet. Væskestanden i anlegget kan vi lese av på væsketanken. Dei fleste anlegga har montert eit sjåglas i væskeleidningen. I sjåglaset er det oftast bygt inn ein ftiktindikator, der vi kan sjå om det er fukt i anlegget. Kompressoranlegg er oftast drivne av kilereimsmotorar, og vi bør ha til regel å kontrollere reimane på dei. Vi bør også kontrollere at fundamentboltane ikkje er lause, jamvel om det er sjeldan at dei losnar. Vi bør også kontrollere kompressoren, motoren, trykket og tempera­ turen med jamne mellomrom.

Lekkasjesøking i anlegget er viktig, så vi bør gå over heile anlegget med detektorlampe. Dersom det er eit fryseanlegg, bør vi gjere det rett etter avriming. Da har vi størst trykk og best sjanse til å finne lekkasjar som vi elles ikkje kan registrere når anlegget er i drift. Men same kor nøye vi er med vedlikehaldet, kan vi aldri gardere oss heilt mot driftsstans. Det er så mangt som kan hende i eit anlegg. Likevel er det ingen tvil om at anlegg som vi har faste vedlikehaldsrutinar for, går mykje lenger utan reparasjonar enn andre anlegg.

280

Optimal drift og vedlikehald av kuldeanlegg

Årsak

Verknad

Utbetring

For lite kjølevatn (kjøleluft)

Høgt kondensatortrykk, temperaturen på utgåande kjølevatn (kjøleluft) stig

Reguler tilførsel av kjølevatn (kjøleluft), eventuelt reinse ventilar og rør

For lite kulde­ medium

For varmt trykkrør trass i heilt open ekspansjonsventil

Etterfylle kuldemedium

For mykje kulde­ medium

1 Høgt kondensatortrykk 2 For høg temperaturskilnad mellom kjølevatn (kjøleluft) og kondensator

Tappe av kuldemedium til heile den varmeoverførande flata på kondensatoren er effektiv

For lite kuldeme­ dium til fordampa­ ren

1 Sugetrykket går ned 2 Sugetrykket frå fordamparen rimar av fordi gassen blir overheta 3 Temperaturen stig på sugerørstermometeret

Opne ekspansjonsventilen heilt og regu­ lere han inn att. Hjelper ikkje det, må vi undersøkje ventilen

Trykkventilen lek

1 Yteevna til kompressoren blir dårlegare 2 Kondensatortrykket går ned 3 Trykket i trykkmanometeret går ned 4 Trykket i sugemanometeret stig

Sjekke og reparere trykkventilen

Sugeventilen lek

1 Yteevna til kompressoren blir dårlegare 2 Kondensatortrykket går ned 3 Sugetrykket stig 4 Sylindrar og trykkrør blir kaldare enn vanleg

Sjekke og reparere sugeventilen

Luft i systemet

1 Varierande lydar i ekspansjonsventilen 2 Høgt kondensatortrykk 3 Temperaturen i trykkrøret er urimeleg høg

Tappe anlegget for luft

Høgt kondensator­ trykk

1 2 3 4

Lågt kondensator­ trykk

1 Lite kuldemedium 2 Kompressorventilar eller kompressorstempel lek 3 For mykje avkjøling på kondensatoren

Høgt sugetrykk

1 For stor opning på ekspansjonsventilen (fuktig innsug) 2 Kompressorventilane lek 3 For mykje kuldemedium

Lågt sugetrykk

1 2 3 4

Kaldt trykkrør

Ekspansjonsventilen er for mykje open

Lite kjølevatn (kjøleluft) For mykje kuldemedium Luft eller gass som ikkje kan kondenserast Kondensrør har fått eit belegg

Sugefilteret til kompressoren er tett For lite kuldemedium Olje eller vatn fordampar Ekspansjonsventilen er stengd av iskrystallar

Figur 16.15

Praktiske råd Dersom vi mister kuldemedium, må vi kontrollere pakkboksen på kompressorakselen. Dersom det heng oljedropar på akselen, kan det komme av ein lekkasje i pakkboksen. Vi må elles hugse å kontrollere kompressortilstanden.

Vi må også hugse på at det er svært viktig at alle termometer og manometer er heilt i orden. Det er snakk om fintfølande instrument. Vi må behandle dei deretter og justere dei så ofte som råd.

NB! Tapp kjølevatnet av kompressoren når han står still dersom det er fare for frost.

Avrimingsautomatikk

281

Luft temperatur

Figur 16.16 Døme på driftsjournal

Kuldeanlegg med instrument Underkjøling av væske

Figur 16.17 Kjølerom, kul­ deanlegg med instrument

282

Optimal drift og vedlikehald av kuldeanlegg

Kondensering

Nedkjøling av o.n.-varmen

For at vi skal ha god nok kontroll med driftstilstanden til anlegget, må det vere utstyrt med desse instrumenta (sjå figur 16.17). 1 Trykkrørsmanometer. Det viser det verkelege trykket gassen har etter kompressoren, og på termometerskalaen kan vi lese av tem­ peraturen på den metta dampen og væska i kondensatoren. 2 Trykkrørstermometer. Det viser den verkelege overhetingstemperaturen på gassen. Skilnaden frå (2) til (1) blir da overhetinga i gradar. 3 og 4 Termometer på kjølevatn inn og ut. 5 Mengdemåleur for kjølevassmengda. 6 Termometer føre ekspansjonsventilen. Det viser temperaturen til kuldemediet etter kondensatoren. Skilnaden frå (1) til (6) viser underkjølinga i gradar. 7 Sugerørsmanometer. Det viser det verkelege trykket føre kom­ pressoren (eller etter fordamparen). På termometerskalaen kan vi lese av temperaturen til den metta dampen i fordamparen, altså der det enno er væske i han. Når kompressoren går, held denne temperaturen seg til dømes 5—10 °C under temperaturen i romlufta for at det skal kunne gå for seg fordamping, og for at rom­ met skal bli nedkjølt. Aukar denne temperaturskilnaden, er det eit teikn på sterk riming på fordamparflata. 8 Sugerørstermometer. Det viser den verkelege temperaturen på gassen etter fordamparen. Temperaturskilnaden frå (8) til (7) viser kor mange gradar overheting det er ved innsuging. Eit til­ legg til desse manometera og termometera kan vere væskenivåglas på væskebehaldaren eller væskeflaska og målenummer for sirku­ lert kuldemedium. 9 Termostat til kontroll av kjøle- og fryseromstemperatur. Denne termostaten har ikkje noko med kjølinga å gjere, men koplar ut kompressoren ved ein innstilt lågaste temperatur i romma og koplar han inn att ved ein innstilt høgaste temperatur.

Førebyggjande service på eit kuldeanlegg Når vi tek kontinuerleg tilsyn og service, lærer vi oss korleis den nor­ male driftslyden er, arbeidstemperaturen, effektforbruket, påriminga, olje- og kuldemedievariasjonane osv. Avvik frå dette er eit varsel om at det kan bli driftsforstyrringar. På anlegg med termisk og mekanisk hardt belasta kompressorar bør vi ta ein inspeksjon av utstyret og spesielt kompressoren minst ein gong i året. Servicen bør vi ta på slutten av sommaren, mens det enno er varmt nok i lufta til at vi kan ta korrekte temperaturmålingar.

Det kan vere aktuelt å kontrollere desse punkta og journalføre dei ved kvart servicebesøk: Målingar på systemet - kondensatortrykk - fordampartrykk

Avrimingsautomatikk

283

-

trykkrørstemperatur sugegasstemperatur veivhustemperatur og oljetrykk utetemperatur temperatur i maskinrom trykkauke over pumpe ved sirkulasjonsvatn straumforbruk kompressorar straumforbruk kondensatorvifte

Observasjonar - kuldemedienivå og variasjon - oljenivå, oljedrypp og eventuelt lekkasjekontroll - lekkasjekontroll med elektronisk lekkasjesøkjar - tørkefilter - driftslyd - akselkoplingar og akselkilar - kapasitetsregulering - påriming på fordampar - skitt på kondensator - reingjering av kjøleelement, vifter, varmestavar, dryppanner og luftekanalar

Tilrådd kontrolliste - elektriske system og funksjonar - alarmskift, funksjon - nødventilasjon og nødsignal - avrimingskontroll, vinterstid - innstilling av avrimingstidsur, vinterstid - oljealarmar - spjeldfunksjonar - brytepunkt for motorvern - måling av trykk og temperatur - kuldemedium, mengd og lekkasjesøking - oljeprøve (nivå, farge og syretest) - lyd, lager - megging, fuktindikering. Målespenning 1000 V. Ved denne målinga skal alle tilkoplingskablar demonterast. Målinga skal gå for seg på kald motor, under 25 °C, og ikkje under vakuum - justeringar og innstillingar med oppfølgjande måling av målte resultat Vi må hugse på at halvparten av alle driftsfeil på eit kuldeanlegg er «elektriske feil». Av kuldemedielekkasjar er om lag 90 % ved kom­ pressoren eller like i nærleiken, i mange tilfelle på grunn av dei vibra­ sjonane som kjem ved drift. For at feilsøkinga skal gå snøgt, må vi alltid ha kjennskap til korleis kuldeanlegget blir styrt og er bygt opp. Det elektriske skjemaet gir oss eit bilete av dette, og vi finn kompo­ nentane i drifts- og serviceinstruksjonen for anlegget.

Dersom vi ikkje kan finne nokon feil ved at vi ser på anlegget, skal vi alltid kople til eit høgtrykks- og lågtrykksmanometer før vi gjer noko

284

Optimal drift og vedlikehald av kuldeanlegg

inngrep på det kuldetekniske systemet. At det er for varmt, er det vanlegaste varselsignalet. Temperaturen i maskinrommet bør helst vere over + 15 °C vinterstid og helst under +40 °C sommarstid. Når det gjeld mengda av kuldemedium i kuldemediebehaldaren, skal nivået alltid vere synleg i sjåglaset, dersom det finst noko slikt. Er kompressoren i drift, eller står han still?

Alternativ 1: Kompressoren er i drift Kontroller kor lang driftsperioden er. 1 Det er for låg temperatur i maskinrommet. 2 Kilereimane slurar. 3 Fordamparen er nedrima. 4 Kondensatoren far ikkje kjøling. 5 Det manglar kuldemedium. 6 Det er struping på væskesida for ekspansjonsventilen. 7 Det er galen ekspansjonsventil, eller han er blokkert. 8 Det er defekte ventilar. 9 Det er luft i kjølesystemet.

Alternativ 2: Kompressoren er ikkje i drift 1 Styrestraumbrytaren er slått ut. 2 Motorvernet er brote: a overbelastning b galen motorinnstilling 3 Det er avriming på gang: a straumlaust b feilinnstilling (defekt) 4 Sikringane er utløyste. 5 Lågtrykkspressostaten er slått ut: a for stor kjøling på kondensatoren b feilinnstilling (defekt) c tilbakeslagsventilen verkar ikkje 6 Høgtrykkspressostaten er slått ut: a feil innstilling (defekt) 7 Oljetrykksvakta er slått ut: a lågt oljenivå b kuldemedium i veivrommet c defekt oljepumpe 8 Termostaten er slått ut: a feilinnstilling (defekt)

Vi tilbakestiller dei ulike komponentane, men det er ikkje nok så lenge vi ikkje kjenner årsaka til kvifor denne komponenten har brote straumen. Det viktigaste er å finne primærfeilen.

Avrimingsautomatikk

285

Kjenneteikn på normal drift

Kontrollpunkt

Normal verdi

Temperaturar i kjølerom

Kjølerom +4—8 °C Fryserom -18 °C Svalerom +8-12 °C Klimaanlegg +20 °C

Fordampingstemperaturen

5—15 °C under kjøleromstemperaturen

Kondenseringstemperaturen Luftkjølt kondensator: 10 °C over omgivnadstemperaturen Væskekjølte kondensatorar: 2-6 °C over utgåande væsketemperatur Temperaturen til kuldeme­ dievæska

Minst 2 °C under kondensatortemperaturen

Sugerørstemperaturen

Svalt, ikkje over +25 °C Temperaturdifferanse mellom kompressor og sugerør

Trykkrørstemperatur

Bør aldri komme over 120 °C

Isbelegget på fordamparen

Isbelegg ikkje over 1—3 mm etter lamelldelinga

Veivhustemperaturen

Opp til 30 °C over omgivnadstemperaturen. Aldri høgare enn 60 °C

Periodisk drift

Gangtida til kompressoren bør vere for kjølerom: 50-60 % for fryserom: 60—80 %

Kuldemediefylling

Normalt nivå i kuldemediebehaldar (ikkje bobler i sjåglas)

Desse punkta er innanfor dei normale verdiane for eit kuldesystem.

286

Optimal drift og vedlikehald av kuldeanlegg

Driftsstatus Type anlegg:

Produsent: Modell nr.:

Serie nr.:

Kompressor:

Modell nr.:

Serie nr.:

Andre viktige opplysningar:

Driftsdata Dato/tid

Utetemperatur

Kompressor

Innsugingstemperatur

Innsugingstrykk Utløpstemperatur Utløpstrykk

Oljetemperatur Innløpstemperatur kuldemedium

Fordamj

rv Utløpstemperatur kuldemedium Luft/vatn innløpstemperatur

Kuldemedium innløpstemperatur

Kondensator

Kuldemedium utløpstemperatur Luft/vatn innløpstemperatur Luft/vatn utløpstemperatur

Kuldemedium for reguleringsventilen

Straumforbruk motor (ampere)

Avrimingsautomatikk

287

Kapittel 17

Automatisk utstyr med regulering

For at vi skal kunne halde dei temperaturane vi ønskjer i kjøle- og fry­ serom, må vi ha apparat for automatisk drift av anlegget. Desse appa­ rata må kunne — stoppe kompressoren når temperaturen har komme langt nok ned - starte kompressoren att når temperaturen på ny har stige til ein viss øvre tillaten temperatur

Dermed må dei andre apparata i samband med kompressoren også styrast automatisk, som ventilatorar, lakepumper og ulike stengjeventilar. Av omsyn til økonomien må vi sikre oss at fordamparflatene blir rett utnytta, altså må mengda av kuldemedium til fordamparen regu­ lerast på rett måte. Vidare må kjølevatnet regulerast til det mest øko­ nomiske forbruket. Dei apparata som på denne måten styrer anleg­ get, kallar vi under eitt for styringsautomatikken til kuldeanlegget. Vi deler dei inn i a apparat for automatisk temperaturstyring (termostatar, pressostatar) b overtrykksvern (elektriske sikringsavbrytarar) c apparat for regulering av kjølevasstilførsel d apparat for automatisk regulering av kuldemedium e elektriske apparat for innkopling og utkopling av elektriske motorar Vi skal no sjå på forklaring, verkemåte, formål og rett plassering av dei mest nytta apparata, som også kan vere f apparat som skal kontrollere temperaturen til dei ulike fordamparane, som er styrt av sugerøra deira: 1 magnetventilar 2 sugetrykksregulator 3 fordampartrykksregulator

Kapillarrør Ved væsketilførsel gjennom kapillarrør utnyttar vi strøymingsmotstanden gjennom eit langt rør med liten innvendig diameter slik at vi

288

Automatisk utstyr med regulering

får det trykkfallet vi ønskjer frå kondensatoren til fordamparen. Når vi bruker kapillarrør, kan vi ikkje ta etterregulering. Kapillarrørstyring er svært avgrensa når det gjeld tilpassing til varierande trykk, tempe­ ratur og belastning. Derfor må det vere ei nøyaktig tilpassing av kompressorkapasiteten, fordamparstorleiken, kondensatorstorleiken og væskefyllinga for at resultatet skal bli gunstig. Som ein motstraums varmevekslar bruker vi i praksis kapillarrøret oftast samanlodda med eller eventuelt lagt inn i sugeleidningen. Dersom kapillarrøret får til­ ført væske som ikkje er underkjølt og ikkje har noko særleg varmetap til omgivnadene, blir det nokså tidleg laga avdampingsgass (flashgass) i røret, og det aukar strøymingsmotstanden mykje.

Dersom væska i kapillarrøret blir nedkjølt litt etter litt i varmevekslaren, blir avdampingsgassen (flashgassen) laga seinare i røret. Effekten til varmevekslaren aukar når fordampartrykket fell, og det gjer at det blir laga avdampingsgass seinare, og at det blir mindre samla strøymingsmotstand. Fordi pumpekapasiteten til kompressoren minkar når fordampartrykket fell, blir derfor fordamparen fylt opp med kuldemedievæske, mens kondensatoren tømmer seg.

Figur 17.1 Kompressoraggregat med kapillarrør

Det gjer at kapillarrøret får tilført ei gassblanda væske, noko som aukar trykkfallet. Dersom vi utnyttar alt dette ved at fordampar- og kondensatorstorleiken, kompressorkapasiteten, kapillarrørdimensjonane og væskemengda er korrekt tilpassa, får vi ei svært praktisk og tenleg regulering med kapillarrørdrift.

Kapillarrør

289

Temperaturstyring ved hjelp av termostat Termostaten prøver altså å halde kompressoren gåande inntil tempe­ raturen på rommet har komme ned til ein viss temperatur. Blir rom­ met fylt med varme varer, kjem derfor kompressoren til å gå heile tida inntil vi har fått den romtemperaturen termostaten er innstilt på. Det gjer at fordamparrøret rimar kraftig til, og kompressoren kjem derfor til å gå enda meir på grunn av dårlegare varmegjennomgang. På anlegg der vi ønskjer «automatisk avriming» (temperatur i rom­ met over 0 °C), må det vere «kvileperiodar» slik at rimlaget kan tine bort. Formålet med alle kuldeanlegg - same kor store dei er, eller korleis dei er forma - er at dei skal kunne halde ein viss temperatur eller eit visst temperaturområde i avgrensa rom som høver til det. For at det skal vere råd å få til det, har ein opp gjennom tidene laga mange for­ mer for termostatar. Den typen du utan tvil kjem mest i kontakt med, er fordampartermostaten.

Denne typen bruker vi i alle kjøle- og fryseskap og kjøle- og frysedis­ kar. Det ligg i namnet at desse termostatane føler direkte på fordam­ paren. Felles for dei er at det er eit stort sprang mellom innslag og utslag. Dei blir laga for å dekkje eit stort temperaturområde, frå +8 °C og i alle fall ned til -35 °C, og med ein differanse mellom inn­ slag og utslag på frå 3 °C til 12 °C.

Formålet med den store differansen er først og fremst at det må gå for seg ei trykkutjamning mellom kondensatoren og fordamparen i hermetisk lukka system (engelsk: sealed unit system). Dersom det ikkje blir ei god nok utjamning, har maskinen vanskeleg for å starte.

Den store temperaturdifferansen mellom innslag og utslag har lite å seie for romtemperaturen. Det er på fordamparen at temperaturen svingar. I eit kjøleskap kan fordampartemperaturen svinge mellom -3 °C og -12 °C, mens romtemperaturen der kanskje ligg på frå +5 °C til +6 °C.

Dersom du vil kontrollere temperaturen i kjøleskapet ditt, kan du plassere eit (helst justert) termometer midt i skapet. Les av temperatu­ ren med det same du opnar skapet om morgonen. Da har du fått gjen­ nomsnittstemperaturen. Følaren på fordampartermostaten er fest direkte på fordamparen. Det er eit vilkår at han sit godt fast. Gjer han ikkje det, får følaren galen informasjon, og det verkar inn på gangtida og kviletida til maskinen. Dersom du skal byte termostat, må du passe på at du får ein med det same temperaturområdet.

290

Automatisk utstyr med regulering

Romtermostatar I dag plasserer vi termostaten inne i det rommet han skal styre. Men det finst framleis ein del termostatar som er plasserte utanfor rommet. Dei må stå varmare enn det rommet dei regulerer. Det vanlegaste er at termostaten styrer ein magnetventil i væskeleidningen. Når den lå­ gaste ønskjelege temperaturen er nådd, bryt termostaten straumen til magnetventilen. Han stengjer for væskestraumen til fordamparen. Når så temperaturen har stige i rommet så mange gradar som den inn­ stilte differansen tilseier, opnar termostaten magnetventilen att. Som det går fram av namnet, blir denne termostaten styrt av tempe­ raturen i rommet. Du må passe på at følaren ikkje kjem i den direkte luftstraumen frå fordamparen, men plassere termostaten og følaren til side for fordamparen eller bak han. Her har du dei mest nøytrale temperaturvariasjonane (ein vanleg differanse er 2 °C).

Det er ingenting i vegen for at termostaten styrer kompressoren direkte. Ved små anlegg kan motorstraumen brytast direkte av ter­ mostaten. På større anlegg bryt termostaten styrestraumskrinsen i ein kontaktor.

Trykk = regulering Dei innretningane vi bruker til å regulere trykk med, kallar vi pressostatar. Av dei har vi tre hovudtypar: - lågtrykkspressostat (LP) - høgtrykkspressostat (HP) - oljetrykksdifferansepressostat (ODP) Vi kan seie at alle desse typane blir nytta som sikringar: lågtrykkspressostatane mot for lågt trykk, høgtrykkspressostatane mot for høgt trykk og oljetrykksdifferansepressostatane mot sviktande olje­ trykk.

Vi kan også bruke lågtrykkspressostatar til å regulere temperaturen. Trykk og temperatur følgjer kvarandre, og det er ingenting i vegen for å temperaturstyre eit anlegg ved hjelp av ein lågtrykkspressostat. Som det går fram av namnet, arbeider ein pressostat ved hjelp av eit press, eller meir presist ved hjelp av eit gasstrykk i anlegget. Skal han styre ein kompressor ut frå romtemperaturen, blir han innretta slik at han ved fallande trykk i fordamparen bryt straumen og stoppar kom­ pressoren. Ved stigande trykk i fordamparen startar kompressoren att. Da far han teiknet +. (Dersom det fallande trykket startar kom­ pressoren, far han teiknet -.) Innstillinga av pressostaten går etter dei same reglane som for termostaten, berre at pressostaten blir styrt ved hjelp av trykka i anlegget. Ved visse (innstilte) trykk stoppar eller eventuelt startar han kompressoren, og vi kan stille inn ein høveleg trykkdifferanse.

Temperaturstyring ved hjelp av termostat

291

Høgtrykkspressostatar er alltid reine sikringsinnretningar. Dei har setpunktet «ut», og da blir «inn» lik «ut» minus differansen.

Vi ønskjer til dømes at maskinen ikkje skal ha høgare trykk enn 16 bar. Da stiller vi inn høgtrykkspressostaten til å slå ut på 16 bar. Der­ som no differansen er stilt på 3 bar, startar maskinen på 13 bar.

For å fa justert høgtrykkspressostaten kan vi stengje kjølevatnet inn på kondensatoren. Kondensatortrykket kjem til å stige i og med at gassen ikkje far nok kjøling og ikkje far gitt frå seg varme, og det er enkelt å justere.

Oljetrykkspressostaten har som oppgåve å stoppe anlegget dersom oljetrykket blir borte eller kjem under ein fastsett verdi. Han er også ei rein sikringsinnretning. Ein høgtrykks- og ein lågtrykkspressostat blir ofte bygde saman som ein dobbeltpressostat. Det vil seie at brytarkontakten er felles for både høgtrykkssida og lågtrykkssida.

Figur 17.2 Pressostatar

Når temperaturen i rommet har komme opp til +4 °C, har trykket i fordamparen stige til 3,5 bar. Lågtrykkspressostaten slår inn, og mas­ kinen startar. I første omgang går trykket no ned til 2,51 bar, som svarer til temperaturen -6 °C. (Fordamparforspranget skulle jo vere 10 °C.) Når fordamparen har vorte kaldare enn lufta i rommet, byr­ jar temperaturen å gå nedover. Det same gjer trykket i fordamparen. (Sjå figur 17.3.)

Når trykket har komme ned til 2,35 bar, er temperaturen i fordam­ paren -8 °C, og temperaturen i rommet er +2 °C. Her slår pressosta­ ten ut, maskinen stoppar, og temperaturen i fordamparen far etter kvart romtemperatur, som er +2 °C. No vil trykket i fordamparen vere 3,3 bar. Temperaturen i rommet stig frå +2 °C til +4 °C, sam­ stundes som trykket stig i fordamparen frå 3,3 bar til 3,5 bar. Her

292

Automatisk utstyr med regulering

startar maskinen att, og ein ny kjøleperiode er i gang. Denne kombi­ nasjonen av temperaturregulering og lågtrykkssikring er mykje nytta. Du må vere klar over at når du skal justere ein pressostat som temperaturreguleringsinnretning, er det temperaturen i rommet du skal justere etter. Kva trykk manometeret viser, har mindre å seie.

Dei fleste pressostatane av LP-typen har setpunkt «inn», og «ut» blir da «inn» minus differansen. Det vil seie at stopp = start - differansen. Romtemperatur +4 °C Romtemperatur +2 °C Kompressoren startar Fordampartrykk 3,5 Fordampartrykk 3,5

Fordampartrykk 2,51 Fordampartrykk 2,35

Figur 17.3 Romtemperaturar

Oljetrykkspressostat Figur 17.4 viser prinsippet for ein oljetrykkspressostat, eller ein diffe­ ransepressostat som vi nok heller burde kalle han, fordi funksjon har å gjere med trykkskilnaden mellom trykksida i smørjesystemet (2) og sugesida i kuldeanlegget (1). Når vi startar kompressoren, er kontaktane 6 og 7 slutta. Dersom oljetrykket ikkje kjem, opnar ikkje kontakt 6, og varmelekamen (8) i tidsreleet opnar etter kort tid kontakt 7 og stoppar kompressoren. Når vi skal kople inn att, trykkjer vi på tilbakestillingsknappen (reset, r). Ny innkopling er mogleg om lag to minutt etter utkopling, men vi bør ikkje gjere det før vi har undersøkt og utbetra årsaka til sviktande oljetrykk. Byggjer oljetrykket seg opp etter start, opnar kontakt 6 seg, mens kontakt 7 framleis er slutta. Sviktar oljetrykket under drift, blir kontakt 6 slutta, og tidsreleet stoppar kompressoren, som vi har nemnt tidlegare.

Temperaturstyring ved hjelp av termostat

293

3

4 5

Figur 17A Prinsippskisse for oljetrykkspressostat

Danfoss Oljetrykksvakt MP 55/55A

Denne oljetrykksvakta er montert på ein kompressor med trykkoljesmørjing og skal overvake det minste tillatne oljetrykket. Sjå figur 6.22. Figur 6.10 viser ein MOP-ventil med karakteristikk, med og utan MOP.

Handregulering av eit kuldeanlegg Handregulering av eit kuldeanlegg er den eldste forma for regulering. Figur 17.5 viser prinsippet for eit handregulert anlegg. For at vi skal kunne halde temperaturen i kjølerommet på den ønskte verdien ved varierande belastning, må vi utstyre anlegget med handregulerte ven­ tilar. Eit anlegg med fast innstilte reguleringsinnretningar og kom­ pressorar som arbeider konstant, greier ikkje å halde oppe den same romtemperaturen sommar som vinter. For at vi skal få den same tem­ peraturen, må det vere ei tilpassing av kompressoren og av kapasiteten til kondensatoren og fordamparen, til dømes ved regulering av drifts­ tida til kompressoren og ved struping av vassmengda til kondensato­ ren og kuldemedievæska til fordamparen.

Kapasitetsregulering Kuldekompressorar skal vanlegvis dimensjonerast ut frå maksimal kuldeyting, og i ein del av driftstida må vi oftast regulere han ned. Vi skal her ta med nokre av dei mest brukte reguleringsprinsippa for stempelkompressorar.

294

Automatisk utstyr med regulering

Stillstandsregulering (start/stopp) Denne forma for regulering er den enklaste og billigaste metoden som vi bruker på små anlegg. Ulempa ved metoden er at temperaturen og den relative fukta ikkje kan haldast konstant i stillstandsperioden.

Figur 17.5 Handregulert kuldeanlegg

Ventillyftregulering Denne reguleringa går ut på å tvangsopne sugeventilane på nokre av sylindrane til ein fleirsylindra kompressor, og vi får da ei stegregulering. Prinsippet går ut på at det blir soge inn damp i sylinderen ved innsugingsprosessen, men ved kompresjonsprosessen blir gassen trykt tilbake til sugeleidningen. Det vil seie at sylinderen er sett ut av funk­ sjon. Figur 17.6. viser prinsippet for ei slik innretning.

Figur 17.6 Smørjeoljesystem med avlastingsinnretning

Det spesielle for kompressoren er ei spesiell avlastingsinnretning og kapasitetsregulering som arbeider på oljetrykket. Derfor er det viktig

Handregulering av eit kuldeanlegg

295

å leggje stor vekt på kapasiteten til oljepumpa og at ho er driftssikker. Oljepumpa er her ei tannhjulspumpe, der pumpehuset er av støype­ jern og tannhjula av krom, nikkel og stål. Som vi ser av diagrammet på figur 6.6 d, syg oljepumpa til kompressoren opp oljen gjennom eit finmaska filter, og pumpa pressar han fram til pakkbokssida på kompressoren. Der blir oljen fordelt på dei ulike smørjestasjonane og avlastingssystemet, oljemanometeret og oljetrykkspressostaten. Overskotsoljen returnerer til veivhuset gjennom ein fjørbelasta ventil som kan stillast, og som regulerer oljetrykket i systemet. Det er eit konti­ nuerleg omløp på 5 % av oljemengda på trykksida som blir reinsa i eit svært finmaska filter. Avlastingsinnretninga har desse oppgåvene:

1 Å avlaste kompressoren ved start Vi får avlasta kompressoren når vi lyfter sugeventilane ved igangsetjin­ ga. Det blir ikkje særleg lagerbelastning eller kraftforbruk før vi har fatt fullt oljetrykk, og derfor må vi bruke ein elektromotor med eit lågt startmoment, som er utrekna for direktestart utan at det blir for høge startstraumar. 2 Å redusere kapasiteten Når vi lyfter sugeventilane på to sylindrar om gongen, minkar kompresjonskapasiteten direkte proporsjonalt med talet på sylindrar. Det gir ei nesten tapsfri kapasitetsregulering med redusert effektforbruk. Impulsane til kapasitetsreguleringa kan anten komme manuelt frå ein veljar på manometertavla til kompressoren eller automatisk gjennom ein pressostat, ein termostat, eit kontakttermometer, eit kontaktmanometer, eit programval eller ei anna form for styring som påverkar magnetventilen.

Sugetrykksregulator Figur 17.7 viser prinsippet for ein sugetrykksregulator, eller startregulator som vi også kallar han. Vi monterer han i sugeleidningen framfor kompressoren, og han har som oppgåve å avgrense sugetrykket i kom­ pressoren oppover. Regulatoren opnar når trykket går ned på avgangssida, det vil seie når sugetrykket framfor kompressoren blir lågare enn innstilt (ønskt) verdi. Denne reguleringa er berre avhengig av avgangstrykket. Regulatoren har nemleg ein belg som utliknar trykkendringar på tilgangssida.

296

Automatisk utstyr med regulering

Figur 17.7 Prinsippetfor ein sugetrykksregulator

Formålet med å avgrense sugetrykket er å verne kompressormotoren mot overbelastning på grunn av for høgt trykk ved oppstart, særleg et­ ter ein lengre stillstandsperiode. Da er det mogleg å bruke ein mindre motor, som arbeider med ein betre verknadsgrad ved normal drift, fordi motorstorleiken er tilpassa belastninga. Ønskjer vi å endre suge­ trykket, dreier vi på reguleringsskruen.

Innstilling Innstillinga frå fabrikk kan vere 2 bar. Skal vi ha høgare eller lågare trykk, strammar eller løyser vi på fjøra. Fininnstillinga bør vi ta med eit manometer, som vi monterer på fordamparen der vi skal regulere trykket.

Sugetrykksregulator

Kapillarrør

Følar

Ekspan­ sjons ventil

Kondenser

Fordampar Behaldar

Kapillarrør C C

Figur 17.8 Anlegg med sugetrykksregulator i sugerøret

Kompressor

c

Tilbakeslagsventil 3 Følar 2 Fordampar D

Ekspansjonsventil

Sugetrykksregulator

297

Figur 17.8 viser eit kuldeanlegg der sugetrykksregulatoren er montert inn i anlegget. Vi bruker sugetrykksregulatoren mykje i system med fleire fordamparar og varierande temperatur. I større kuldeanlegg med store dimensjonar på sugerør og stor kuldeyting bruker vi servostyrte sugetrykksregulatorar. Dei blir da styrte av mindre ventilar.

Fordampartrykksregulator Figur 17.9 viser prinsippet for ein fordampartrykksregulator. Han er montert i sugerøret mellom fordamparen og kompressoren og regule­ rer berre fordampartrykket i høve til tilgangstrykket.

Figur 17.9 Anlegg med fordampartrykksregulator

Dersom regulatoren er montert i eit anlegg med to fordamparar, mon­ terer vi han etter den fordamparen som skal halde den høgaste fordampingstemperaturen. Sugegassen blir da regulert ned til det trykket som er i sugeleidningen. Etter fordamparen med lågast temperatur skal det monterast ein tilbakeslagsventil, slik det er vist på figuren. Trykkendringar på avgangssida på regulatoren påverkar ikkje denne regulatoren fordi han har ein utlikningsbelg. Denne utlikningsbelgen har eit effektivt areal som svarer til arealet av ventilsetet. Regulatoren har som oppgåve å halde oppe eit konstant fordampartrykk og der­ med ein konstant overflatetemperatur på fordamparen. Dessutan skal han sikre mot for lågt fordampartrykk, og han lukkar derfor når trykket i fordamparen fell under den innstilte (ønskte) verdien. Skal vi endre fordampartrykket, dreier vi på reguleringsskruen. Stramming av fjøra gir høgare trykk, mens slakking gir lågare trykk.

Figur 17.10 Prinsippetfor ein fordampartrykksregu ­ lator

298

Automatisk utstyr med regulering

Til kompressor

Regulering av fordampartrykk Trykket i ein fordampar og også fordampingstemperaturen kan styrast både ved av- og påregulering og ved modulerande regulering. Vi skal sjå på eit par av metodane.

Regulering med pressostat På mindre anlegg med kjølerom kan vi til dømes regulere fordampartrykket med ein lågtrykkspressostat. Vi monterer han på sugesida på kompressoren og startar og stoppar han ved dei innstilte maksimale og minimale trykka. Det er her snakk om ei av- og på-regulering, men sidan den nøytrale sona til pressostaten kan stillast, kan vi ofte få ei akseptabel regulering på denne måten. Pressostaten kan til dømes ha ein skiftekontakt slik at vi kan kople til ei signallampe.

Regulering med ein fordampartrykksregulator Til modulerande regulering kan vi bruke slike regulatorar. Vi monte­ rer dei etter ein fordampar og held trykket og dermed temperaturen på den innstilte verdien. Regulatorane har ein utlikningsbelg slik at dei berre reagerer på trykkendringar i tilførselen, det vil seie fordampartrykket, og dei har eit lite P-band, slik at dei er heilt opne i nedkjølingsperiodar, mens dei regulerer svært nøyaktig ved normal drift.

Kuldeanlegg med fryserom og kjølerom

Figur 17.11 Kuldeanlegg medfryserom og kjølerom

Som figuren viser, regulerer magnetventilen kjøleromstemperaturen. Start og stopp av kompressoren, og dermed reguleringa av fryseromstemperaturen, er det pressostaten som styrer. Magnetventilen er plas­ sert i væskeleidningen til kjøleromsfordamparen. Opning og lukking av magnetventilen er styrt av ein termostat i kjølerommet. Når tem­ peraturen i kjølerommet har komme ned på det nivået termostaten er innstilt på, bryt termostaten straumen til magnetventilen slik at han stengjer. Dermed blir det ikkje lenger nokon kjøleverknad i kjø­ leromsfordamparen, fordi han ikkje far tilført væske. Temperaturen i kjølerommet stig deretter sakte inntil han når starttemperaturen til

Kuldeanlegg med fryserom og kjølerom

299

termostaten. Da sluttar termostaten straumen til magnetventilen, som på nytt opnar for væsketilførsel til kjøleromsfordamparen. Vi regulerer kjøleromstemperaturen ved at vi justerer stopptemperaturen til termostaten. Differanseinnstillinga til termostaten bør vere slik at temperatursvingingane i kjølerommet ikkje blir for store. På den andre sida må differansen ikkje vere så liten at magnetventilen opnar og stengjer med svært korte mellomrom. Her bør vi også vere merksame på at regulering av termostatar i denne typen anlegg til ein viss grad verkar inn på gangperiodane til kompressoren. Grunnen til det er at opning og stenging av væsketilførsel til kjøleromsfordampa­ ren kan gi store utslag på sugetrykket til kompressoren.

Termostatiske regulatorar Vi kan også regulere fordampartrykket indirekte med ein temperaturstyrt reguleringsventil. Vi monterer han i sugeleidningen, mens vi plasserer følaren i det mediet der vi skal regulere temperaturen. Ven­ tilen har ein utlikningsbelg, slik at utgangstrykket ikkje verkar inn på ventilfunksjonen. Dersom tilførselstrykket (fordampartrykket) stig, opnar ventilen seg med ein gong. Men dersom temperaturen i det avkj ølande mediet likevel stig, opnar signal trykket frå følaren ventilen enda meir. Det gjer at vi kan få svært rask regulering med eit lite avvik.

Termostatisk innsprøytingsventil

Figur 17.12 Termosta­ tisk innsprøytingsventil montert i anlegget

I kuldeanlegg med høge trykk og i anlegg der kapasitetsreguleringa skjer ved at høgtrykksdampen blir flytt til sugerøret, er det fare for at trykkrørstemperaturen kan bli unormalt høg. Det gjeld spesielt der­ som anlegget har termostatisk ekspansjonsventil med stor overhe­ ting. I slike tilfelle kan vi montere inn ein termostatisk innsprøy­ tingsventil mellom væskerøret og sugerøret, mens vi plasserer sjølve følaren på trykkrøret rett etter kompressoren.

300

Automatisk utstyr med regulering

Varm omløpsregulering Vi kan montere varm omløpsregulering (bypassregulering) frå trykkleidningen ved kompressoren til væskeleidningen mellom den termostatiske ekspansjonsventilen og væskefordelaren ved fordamparen ved hjelp av ein kapasitetsregulator og ein væske- og gassblandar. Kapasi­ tetsregulatoren er kopla til ein utvendig styreleidning, ein pilotleidning. Denne utforminga er gunstig fordi trykket i utløpet på regulatoren, det vil seie trykket mellom ekspansjonsventilen og fordelaren, ikkje er ein enkel funksjon av belastninga på fordamparen. Væske- og gassblandaren sikrar at kuldemediet blir likt fordelt i fordelaren.

Dei viktigaste ventilane i eit kuldeanlegg

Figur 17.13 Kjølerom og fryserom med ventilar

Som vi ser på figuren, er det to fordamparar. Det eine fordamparelementet er for frysing og har tre element med felles tilførsel frå ein termostatisk ekspansjonsventil med utvendig trykkudikning. Det andre fordamparele­ mentet er ein tredelt fordampar med vifter og med individuell fylling.

Figur 17.14 Kjølerom ogfryserom med ventilar

Dei viktigaste ventilane i eit kuldeanlegg

301

Kompressoren sender gassen gjennom ein oljeutskiljar til kondensa­ toren. Frå kondensatoren går væska til ein termostatisk ekspansjons­ ventil med utvendig trykkutlikning og fordelarrør, eitt til kvart av dei tre elementa i parallell og med felles avsugingsrør.

Ser vi på korleis følaren er plassert frå den termostatiske ekspansjons­ ventilen, står han rett etter eit felles sugerør, mens trykkutlikningsrøret står etter følaren. Gassen passerer ein tilbakeslagsventil som skal hindre at væske frå elementet med høgare temperatur, og dermed også høgare trykk, skal kunne fylle opp elementet. Gassen passerer så ein magnetventil, som ved hjelp av romtermostaten stengjer elementet når ein har nådd den ønskte temperaturen. Den same rørtermostaten kan også gi straumimpulsar til spolen på kontaktoren som kan starte kompressoren når temperaturen i fryserommet har komme over eit innstilt nivå.

Ei anna rørgrein frå kondensatoren leier kuldemedievæska gjennom eit sjåglas til tre termostatiske ekspansjonsventilar. Dei syter for til­ førsel til kvart sitt element. Her er også avsuginga felles, det vil seie at trykket og temperaturen er likt i alle. Ein sugetrykksregulator held trykket konstant. Denne regulatoren har to ventilar med ulike funk­ sjonar: Den eine ventilen er ein fordampartrykksventil som syter for at trykket i fordamparen framfor ventilane held seg på den verdien fordampartrykksregulatoren er innstilt på. Den andre ventilen styrer sugetrykksregulatoren og er ein magnetisk stoppventil, som på same måten som magnetventilen stengjer av elementet gjennom suge­ trykksregulatoren på signal frå romtermostaten. Slike styrte sugetrykksregulatorar bruker vi vanlegvis på store rørdimensjonar.

Kompressoren er sikra med ein dobbeltpressostat som slår ut den elektriske straumen dersom trykket blir for høgt på trykksida eller for lågt på sugesida. Vasspareventilen styrer trykket rett etter kompresso­ ren. Når trykket aukar, opnar ventilen seg for meir vatn. Når kom­ pressoren stoppar, fell trykket, og vassventilen stengjer heilt.

Regulering av kondensatortrykk Trykket i kondensatoren skal halde seg innanfor visse grenser fordi høge kondensatortrykk gir stor belastning på kompressoren og den elektriske motoren der, mens for låge kondensatortrykk kan verke slik at termoventilane ikkje fungerer tilfredsstillande. Ved låg belastning er det dessutan ofte berre bruk for mindre vassmengder.

302

Automatisk utstyr med regulering

Regulering av vasskjølte kondensatorar

Figur 17.15 Regulering av vasskjølte kondensatorar

Automatisk vassventil, vassparande regulering av kondensator­ trykket b Regulering med trevegsventil. Vassmengda gjennom pumpa er konstant. Blir nytta i anlegg med kjøletårn c Automatisk vassventil. Omløpet frå utgangen til sugesida av pumpa blir opna ved låg kjølevasstemperatur. Systemet gir nesten konstant vasstraum gjennom kondensatoren d Termostatisk trevegsventil held temperaturen på inngåande kjøle­ vatn konstant

a

Vasskjølte kondensatorar Til modulerande regulering av trykket i vasskjølte kondensatorar bru­ ker vi trykkstyrte eller temperaturstyrte ventilar (vassventilar). Dei er monterte i kjølevassleidningen. I dei trykkstyrte vassventilane verkar kondensatortrykket på den belgen som flytter ventilspindelen, og ventilfunksjonen er ikkje påverka av trykkendringane på vassida. Når kondensatortrykket fell, strupar ventilen, og ved trykk som er mindre enn den innstilte verdien, stengjer ventilen heilt.

Figur 17.16 Korleis kon­ densatortrykket varierer ved ein belastningsauke med og utan automatisk vassventil

Vasskjølte kondensatorar

303

Figur 17.15 viser at når vi ikkje bruker regulering, stig kondensatortrykket når belastninga aukar, og det vil liggje langt over det nor­ male. Med regulering får vi berre ei lita varig trykkstiging, der P-bandet til vassventilen avgjer kor stor trykkstiginga blir.

I dei temperaturstyrte vassventilane påverkar ein termofølar ein belg, som så flytter ventilspindelen. Termofølaren er montert i kondensa­ toren eller i trykkleidningen rett ved kondensatoren. Funksjonen til ventilen blir ikkje påverka av endringar i vasstrykket eller av tempera­ turen i lufta rundt, men blir styrt modulerande av kondensatortrykket. Ved temperaturar som er mindre enn den innstilte verdien, sten­ gjer ventilen heilt. Vassventilane monterer vi vanlegvis i kjølevassinngangen. Men dersom kondensatoren står høgt, kan det bli ein hevertverknad når ventilane er stengde, slik at kondensatoren delvis kan tømmast for vatn. I slike tilfelle bør vassventilane vere monterte i kjølevassutgangen.

PLS-styring Ein PLS er utvikla for å kunne erstatte dei tradisjonelle styresystema. Det gjer at han mellom anna er tilpassa dei tradisjonelle givarane og pådragsinnretningane. PLS er ei forkorting for programmerbar logisk styring. I lange tider har det vore snakk om logisk styring ved hjelp av relé. Denne sty­ ringsforma er logisk og enkel, men når anlegga blir store, blir det for vanskeleg å få oversyn, samstundes som alle dei mange relea gjer anlegget dyrt. Skal eit produkt endrast litt, må ein oftast gjere store endringar på styringskrinsen. Nesten alle leidningane må leggjast om. For at anlegga skulle bli billigare og meir dynamiske, utvikla ein PLS-en. Han kom på marknaden tidleg i 1970-åra. Etter den tid har ein brukt PLS-styring meir og meir i staden for relélogikk.

I ein PLS ligg det mange andre funksjonar i tillegg til den reint logiske styringa. Det er mange matematiske funksjonar og tid- og minnefunksjonar i han, så ein PLS kan gjere mykje meir enn det vi tidlegare kunne gjere med relé. Å overvake og dokumentere kva som skjer i ein prosess blir også mykje enklare. Med ein PLS let vi pro­ grammet i PLS-en ta seg av styringa. Med nokre få tastetrykk er pro­ grammet omprogrammert slik at det høver til eit nytt eller til eit litt endra produkt. I eit kuldeteknisk anlegg skal ein kanskje byte ut nokre komponentar, og dei nye komponentane treng andre eller fleire signal. I tillegg er det alltid mogleg at kriteriet for kuldeanlegget endrar seg med tida. Det er grunnen til at styresystemet må byggjast om. Med ein PLS blir dette mykje enklare enn med relélogikk. I samfunnet i dag er det dyrt å ha varer på lager. Det blir i staden meir og meir vanleg å produsere for direkte sal. Det krev at produk­ sjonslinjene må kunne stillast om på kort tid til produksjon av små seriar av fleire ulike produkt. Ein PLS gjer dette mogleg og er mykje billigare enn relélogikk.

304

Automatisk utstyr med regulering

Ein PLS byter ut den interne koplinga mellom relea. PLS-en tek for seg prosessordelen av styringa. PLS-en må vite status ute i anlegget for å kunne gi nye kommandoar om kva som skal skje. Statusen i anlegget får PLS-en gjennom å sjå på signalgivarar som står på vik­ tige stader i prosessen, og med knappar og brytarar på operasjonspanelet. Desse følarane og signalgivarane blir kopla på inngangane til PLS-en. Ut frå programmet vi legg i PLS-en, spør han no om statu­ sen og nivået på følarane. Ut frå denne informasjonen og det pro­ grammet som ligg i han, avgjer PLS-en kva som skal skje ute i anleg­ get. For at PLS-en skal kunne få gitt kommandoar til anlegget, til dømes at ein ventil skal stengje, ein motor skal auke turtalet eller eit spjeld skal opne, må vi kople alle slike komponentar til utgangane på PLS-en. Ein PLS har fire hovudfunksjonar: 1 Styring med programlager (RAM, EPROM) (CPU) 2 Inngangsdelen med klemmer for tilkopling av inngangssignal frå trykknappar, endebrytarar og andre givarar (induktive og kapasitive) 3 Utgangsdelen med klemmer for tilkopling av kontaktorar, magnetventilar og andre pådragsinnretningar 4 Pådragseininga for innmating av styreprogram og for redigering og feilsøking

Figur 17.17 Ein PLS med utstyr (skjematisk) PLS-en får informasjon frå givarane i anlegget, og for at han skal vite korleis han skal behandle desse informasjonane, må vi leggje inn eit program. Dette programmet inneheld logiske funksjonar. Ein slik funksjon er bygd opp av logiske spørsmål og kommandoar. Funksjo­ nen seier til dømes dette: Dersom følar nr. 1 har det nivået og følar nr. 2 det nivået, skal ventil nr. 4 stengje. Ein slik funksjon har kombina­

PLS-styring

305

sjonar av OG- og ELLER-portar og inverteringar av dei. Det finst tre ulike måtar å programmere på: 1 FBD - Function Block Diagram 2 STL — Statement List 3 LAD - Ladder Logic Kva for ein måte vi skal bruke, er opp til kvar og ein å finne ut, men ikkje all programvare taklar alle tre språka. Vi kan gjere så å seie det same i alle tre språka. LAD er laga for å gjere PLS-programmet så likt reléskjemaet som råd. Det er ein stor fordel når vi skal setje inn ein PLS i eit anlegg vi allereie har. Vi kan da ta reléskjemaet og meir eller mindre overføre det direkte til PLS-programmet. Vi skal vere klar over invertering av inngangar og signalgivarar. Grunnen er at det i eit reléskjema er nokre givarar som normalt står lukka, til dømes ein stoppknapp. Det er fort gjort å invertere denne inngangen, men da blir han invertert to gonger. Vi må sjå på kva som faktisk er signalet. 0 er eit like godt signal som 1, berre vi er sikker på at det er det pro­ grammet skal reagere på.

Korleis programspråket er bygt opp Her er eit døme på ein enkel styrekrins for ein motor - først med relélogikk og så i alle dei tre ulike språka. Mot venstre

Mot høgre

^-3S1 S1

S2

Figur 17.18 Reléskjema for styring av ein motor

306

Automatisk utstyr med regulering

■■■0 Station (1)\CPU314IFM\.■■\OB1 -

3IMATIC

07/09/1998 12:48:06

OBl -

Name: Author: Time stamp Code: Interface: Length (Block / MC7 Code

Address 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 0.0 10.0 12.0

D*ol. temp temp temp temp temp temp temp temp temp temp

Block: OBl

Hame OB1_EV_CLASS OB1_SCAN_1 OBl PRIORI TY OBl OB NUMBR 1 OBl RESERVED OBl RESERVED OB1_PREV_CYCLE2 OBl-MIN-CYCLE OB1_MAX_CYCLE OBl DATE TIME

Family: Version: 00.01 DT#1998-07-09-12:42:17.000 DT#1998-07-09-12:12:44.060 / Data): 00126 00014 00020

|ryp« BYTE BYTE BYTE BYTE BYTE BYTE INT INT INT DATE AND TIME

initial value

Cccnent

Bita 0-3 - 1 (Corning event), Bits 4-7 -1 1(Cold (EvenL I 1) 1 of OB 1), 3 (Sc restart scan an1 (Priority 2-n of OB 1) ot 1 is lowest) 1 (Organization block 1, OBl) Reserved for system Reserved Cycle timeforof system previous OBl scan (milli seconds) Minimum cycle time of OBl (millisecond s) mum cycle time of OBl (millisecond Maxi 3Date )_________________ and time OBl started g mss

Enkel styring av motor.

I 0.0 ( Sl ) er bryter for dreieretning mot venstre. I 0.1 ( S2 ) er bryter for dreieretning mot høyre

Motoren går så lenge en av knappene holdes inne. Trykkes begge inn, stopper motoren.

NetWork: 1

Dreieretnign mot venstre "M_Venstre

Symbol Information 10.0 Sl 10.1 S2 Q0.0 M_Venstre

NetWork: 2

Bryter for dreieretning mot venstre Bryter for dreieretning mot høyre Motoren går mot venstre

Dreiertning mot høyre

&

"Sl” -c

”M Høyre" 41-

"32" —

Figur 17.19 Siemens STL PLS-program for styring av ein motor

Symbol Information 10.0 Sl 10.1 S2 Q0.1 M_Høyre

Bryter for dreieretning mot venstre Bryter for dreieretning mot høyre Motoren går mot høyre

PLS-styring

307

...0 Station (1)\CPU314IFM\...\OB1 -

SIMATIC

07/09/1998 12:49:33

OB1 -

Mamo; Family: Author: Version: 00.01 Txme stamp Code: DT#1998-07-09-12:42:17.000 Interface: DTS1998-07-09-12 :12:44.060 Length (Block / MC7 Code / Data): 00126 00014 00020

Address

Itvd*

Nama temp

OB1_EV_CLASS

BYTE

—

temp

CB1_SCAN_1

BYTE

-

temp

CB1 091 091 0B1 0B1

temp T7---------- temp

PRIORITY OB NUMBR RESERVED 1 RESERVED 2 PREV CYCLE

Bits 0-3 - 1 (Corning avent , Bits 4- 1 (Eveul dass 1) . . ____ ______________________ 1 (Cold restart scan 1 of CB 1), 3 (Sc(

___________ an 2-n of OB 1) 1 (Prlority ot 1 Is lowest:________________ BYTE____________ l_____________________________________ 1 (Organization bloek 1, 03.:____________ , 9 YTE '__________________________ ___________ Reserved for system ____________ Reserved _________________________ for system BYTE Cycle tine of previous OB* scan (millx

8.1

.temp

■O01_MIN_CYCLE

Tir

temp

091 MAX CYCLE

INT

12.1

!temp

091 DATE TIME

Block: OB1

Cccment

Initial Valne

seconds) Minimum cycle time of OB*

.m-llisecon^.

s)_________________________ —------- Maximum cycle time of OBx .r.-*lisecor.-

3)___________ ____________ __ _________________ —> DATE AND TIME 1____________________________ Date and time OB1 started

Enkel styring av motor.

_______________

I 0.0 ( Sl ) er bryter for dreieretning mot venstre. I 0.1 ( S2 ) er bryter for dreieretning mot høyre Motoren går så lenge en av knappene holdes inne. Trykkes begge inn, stopper motoren.______________ _______________

Network: 1

Dreieretnign mot venstre

"M_Venstre

----- ( >---- 1

Symbol Information QO.O M_Venstre 10.1 S2 10.0 Sl

Network: 2

Motoren går mot venstre Bryter for dreieretning mot høyre Bryter for dreieretning mot venstre

Dreiertning mot høyre

"MJiøyre

Figur 17.20 Siemens LAD PLS-program for styring av ein motor

308

Symbol Information Q0.1 M_Høyre 10.1 S2 10.0 Sl

Automatisk utstyr med regulering

Motoren går mot høyre Bryter for dreieretning mot høyre Bryter for dreieretning mot venstre

SIMATIC

...0 Station (1)\CPU314IFM\...\OB1 -

07/09/1998 12:50:44

OB1 - Name: Author: Time staup Code: Interface: Length (Block / MC7 Code

;Address | 0.0

Decl. temp

1---------------1.0 temp 2.0 3.0 1 4.0 5.0 6.0 ko—

temp temp temp temp temp

Name

OB1_EV_CLASS

Family: Version:

00.01 DT#1998-07-09-12:42:17.000 DT#1998-07~09-12:12 : 44 .060 / Data): 00126 00014 00020

Initial Value

[Type BYTE

OB1_SCAN_1

BYTE

0B1 PRIORI TY 0B1 OB NUMBR 0B1 RESERVED 1 OB1 RESERVED 2 OB1_PREV_CYCLE

BYTE BYTE BYTE BYTE INT

10.0

temp OB1_MIN_CYCLE — temp OB1_MAX_CYCLE

INT

12.0

_temg__ 0B1 DATE TIME

DATE AND TIME

Block: OB1

INT

Cctnnent 'Bits 0-3 = 1 (Corning event), Bits 4-~ = 1 (Evenl ciass 1' .tCold restart scan 1 of OB 1), 3 ;Sc ar. 2-n of OB 1) . (Priority ot 1 is xowest) :1 (Organization block 1, 0B1) Reserved for system. Reserved for system Cycle time of previous 0B1 scan (milli seconds) Minimum cycle time of OB1 (millisecondi ’ s’ i Maximum cycle time of 0B1 (millisecond ■ s'____________________ ;_________________________ j

Date and time 0B1 started

Enkel styring av motor.

( Sl ) er bryter for dreieretning mot venstre. ( S2 ) er bryter for dreieretning mot høyre

I 0.0 I 0.1

Motoren går så lenge en av knappene holdes inne. Trykkes begge inn, stopper motoren.

NetWork: 1

A AN

Network: 2

AN A

=

Dreieretning mot venstre

"Sl" "S2" "M_Venstre"

10.0 10.1 QO.O

— Bryter for dreieretning mot venstre -- Bryter for dreieretning mot høyre -- Motoren går mot venstre

Dreieretning mot høyre

"Sl" "S2" "M_Høyre"

10.0 10.1 Q0.1

— Bryter for dreieretning mot venstre — Bryter for dreieretning mot høyre — Motoren går mot høyre

Figur 17.21 Siemens STL PLS-program for styring av ein motor

Som vi ser, er programmet bygt opp av adresser og kommandoar eller operandar og operasjonar. Ein operand er bygd opp av ein bokstav og eit sett med tal. Vi kallar bokstaven operandkjenneteikn. Han viser kva det er vi har med å gjere, om det er ein inngang, ein utgang eller eit merke (minne). Kva bokstavane står for, varierer frå leverandør til leverandør, men standarden er no: I = inngang Q = utgang M = merke (minne)

PLS-styring

309

Somme leverandørar bruker I = inngang, O = utgang, F = flagg (minne). Instruksjonar Ein instruksjon er den minste eininga i eit PLS-program og har ein operasjonsdel og ein operanddel.

Operand

Operasjon

(Kva skal gjerast?) Operasjonsdelen i ein instruksjon (her eit OG-samband) avgjer kva for ein funksjon som skal gjerast med ein styreinstruksjon når han blir arbeidd med.

(Kva skal det gjerast med?) Operanddelen i ein instruksjon (i dette tilfellet inngang I0.0) inneheld den nød­ vendige tilleggsinformasjonen. Han har ein kjenneteikndel og ein parameterdel.

Jifo.o; Operandkjenneteikn

Operandkjen netei knet markerer eit område i PLS-en. Her blir det til dømes gjort noko med inngang I. Andre om­ råde er utgangar Q eller merke M.

Parameter Parameteren er adressa til operanden. Han kan ha byte­ adresse og bit adresse.

Oppbyggjing av ein operand 10.2

Bitadresse: Punkt: Byteadresse: Operandkjenneteikn (områdei dentifikasjon) moglege område:

Figur 17.22 Korleis LAD-programmet er bygt

Bitnummer i ein byte (0...7) Skil byteadresse og bitadresse Nummer i ein gruppe på åtte bitar Inngangar, utgangar, interne merke, spesialmerke, lagringsområde for variablar

Frå digitalteknikken veit vi at vi må organisere område i bitar og byte. Det er åtte bitar i ein byte. Biten lengst til høgre har den minste verdien. PLS-adressene er bygde opp på akkurat same måten. Kvar inngang, kvar utgang og kvart merke er ein bit i ein viss byte. Så når vi skal adressere ein verdi, 0 eller 1, frå ein inngang eller til ein utgang, må vi først seie kva for ein byte og så kva for ein bit i byten. Det same gjeld for merket. Dersom vi bruker kombinasjonar av fleire inngangar, utgangar eller merke, kan vi lage verdiar ved hjelp av det binære talsystemet. På den måten kan vi lagre til dømes verdien 5 i ein byte. Da er bitane 0 og 2 sette til 1 og resten til 0. Som kjent har bit 0 verdien 1, og bit 2 har verdien 4. Summen av desse blir da 5.

Talkoden som kjem etter operandkjenneteikna, kallar vi parameter. Her viser talet framfor punktumet kva for ein byte det er, mens talet etter punktum står for biten i den aktuelle byten. Ein slik operand seier berre kva for ei klemme PLS-programmet skal spørje etter eller leggje ut ein verdi til. Desse adressene bruker vi når vi koplar PLS-en inn i anlegget. Når vi byrjar å programmere, seier ikkje ein operand noko om kva som verkeleg er kopla til den klemma. Det er jo det som faktisk er kopla på klemma, som er interessant i samband med programmet. Vi lagar da ei tilordningsliste over kva for komponentar som er tilordna dei ulike inngangane og utgangane. I ei slik tilord-

310

Automatisk utstyr med regulering

ningsliste står det ikkje berre kva for ein komponent som er knytt til kva for ein inngang, men også kva for eit symbol som er knytt til den spesielle inngangen. Dette symbolet kan da brukast for den kompo­ nenten i programmet i staden for den absolutte adressa. Hos somme leverandørar er det berre mogleg å ha åtte siffer eller bokstavar i eit symbol, men i nyare programvare er det inga avgrensing her. Slike symbol bør vere bygde opp på ein slik måte at ein som er ukjend med programmet og anlegget, lett kan finne fram i programmet og kvar den aktuelle komponenten er ute i anlegget.

Ferdigprogrammerte funksjonar I dei aller fleste PLS-ane følgjer det med ferdiglaga programblokker. I mange tilfelle kan det lette programmeringa mykje. Det er stor varia­ sjon når det gjeld kva som følgjer med, men oftast er det i alle fall ein PID-regulator. Han kan vere ein nyttig funksjon i samband med sty­ ringa av eit kuldeanlegg. PLS-en kan da erstatte ikkje berre styringsrelea, men også sjølve PID-regulatoren. Døme på andre førehandsprogrammerte blokker er klokkefunksjon, posisjonsregulering, samanlikningsfunksjonar, teljefunksjonar osv. Alle desse funksjonane hentar vi fram frå programvara til leverandøren av PLS-en og legg dei inn i programmet på rett stad.

Programmering og overføring Dei logiske funksjonane i eit program blir programmerte i ein PC. Hos somme leverandørar kan programmet simulerast på PC-en før vi testar det på sjølve anlegget. Når programmet er funksjonstesta og vi har funne at det er i orden, overfører vi det til PLS-en gjennom ein adapter, som gjer at PC-en og PLS-en kan kommunisere med kvaran­ dre.

Feilsøking Etter at programmet er overført til PLS-en, er det ofte ønskjeleg å sjå kva som skjer i programmet når anlegget går. Det gjeld særleg ved feil­ søking anten det er feil i programmet, eller når det har vorte ein feil ute i anlegget. Da kan vi gå direktekopla (online) med PLS-en. Det vil seie at vi ser kva for status som er på dei interessante inngangane og utgangane akkurat no. Da ser vi fort kor langt eit signal har kom­ me, eller kva som manglar for at noko skal skje.

Ulike programstrukturar Det er mange teoriar om korleis vi skal organisere eit PLS-program for at det skal fungere sikrast mogleg. Ein av metodane er stegprogrammering. Da deler vi opp prosessen i steg, og vi seier at eit steg ikkje kan starte før det har komme eit kvitteringssignal frå det føregåande steget. På den måten kan vi svært enkelt sjå kvar programmet stoppa, og kva for eit signal det er noko gale med.

Ferdigprogrammerte funksjonar

311

Når vi skal byrje å programmere på ein PLS, er det viktig å vite kor­ leis PLS-en les programmet. Det varierer nemleg litt frå leverandør til leverandør. Det kan vere avgjerande for programfunksjonen om vi legg til dømes tidsmålarar, teljarar eller alle utgangane først eller sist i programmet. For å finne ut korleis kvart program opererer, kan vi ta kontakt med leverandøren.

Inngangar Ein PLS arbeider digitalt (av eller på). Heile tankegangen med logisk styring byggjer på veldefinerte signal, som er eller ikkje er. I visse samanhengar ønskjer vi også å kunne behandle analoge signal. For at PLS-en skal kunne behandle dei, må dei konverterast til digitale. Eit digitalt signal har berre to nivå: høg/låg, på/av, 1/0, still/tilbakestill, mens eit analogt signal kan ha uendeleg mange nivå mellom ein mi­ nimumsverdi og ein maksimumsverdi.

Digitale Digitale signal på ein av inngangane til PLS-en definerer vi som «av» når det er mellom —3 V og +5 V, og «på» når det er mellom +11 V og 30 V. Signal mellom +5Vog+llVer udefinerte og usikre, og vi bør derfor unngå dei.

Figur 17.23 Nivå for digitale signal PLS-en ser på potensialet mellom signalet og sin eigen referanseverdi. Sensorane og inngangsmodulen på PLS-en må da ha same referanse­ punkt for at eit signal skal oppfattast rett.

Som sensor på digitale inngangar bruker vi ofte av/på-givarar med utsignal på +24 V av typen induktive, kapasitive, lysfølsame, bimetall eller liknande. Ein signalgivar kan vere ein sensor eller ein brytar.

312

Automatisk utstyr med regulering

Analoge Analoge signalgivarar kan også brukast, men signala frå dei må kon­ verterast til digitale før PLS-en kan bruke informasjonen. Denne kon­ verteringa kan anten ein ekstern AD-omformar (analog-digitalomformar) ta seg av, eller vi kan bruke ein spesiell inngang, og da skjer konverteringa i PLS-en. Eit slikt analogt signal kan vere spenning eller straum. Kva det er, kjem av kva slags givar og omformar vi har. I eit analogt signal endrar verdien seg jamt frå minimum til maksimum. Digitale signal har i utgangspunktet berre to nivå, høg eller låg. For å fa gjort greie for ulike verdiar med berre to nivå må vi bruke ein kom­ binasjon av høge og låge signal. Vi har derfor laga eit talsystem som berre har 1 og 0. Dette kallar vi naturleg nok det binære talsystemet. Det er bygt opp rundt 2x, bit og byte. Det er 8 bitar i ein byte, og kvar bit er eit signal, mens kombinasjonar av dei blir verdiar. Når vi set inn tal frå 0 til uendeleg for x, blir 2x = 1, 2, 4, 8, 16 osv. Dette er verdien bitane frå høgre mot venstre står for. Når vi kombinerer dette, kan vi lage alle heiltala. Kva denne verdien står for, om det er volt, ampere, talet på skruar eller gradar celsius, må vi fortelje PLS-en dersom det er nødvendig. Oftast må vi berre fortelje PLS-en korleis signalet er, om det er volt eller ampere han skal lese. Ein analog inngang kan konver­ tere anten eit spenningssignal eller eit straumsignal. Oftast er verdiane 0 til +10 V og 4 til 20 mA. Begge desse signala far ein tilhøyrande ver­ di i programmet. 2? 2$ 2^ 2^ 2^ 22 21

2°

|o 0 0 0 0 0 0 o|

Bit

Byte

Figur 17.24 Det binære talsystemet

Tital

Total |oooooooo|

=0

00000001 00000010 00000011 00000100 0 00 0 0 1 0 1 0 00 0 0 1 1 0 0 00 0 0 1 1 1

=1 =2 =3 =4 =5 =6 =7

Digitale signal går i steg, men har vi mange nok små steg som endrar seg fort nok, verkar det som det går jamt frå minimum til maksi­ mum. Tappar vi vatn i eit badekar frå springen, har vi ein analog verdi på nivået i karet. Ausar vi derimot vatnet opp i badekaret med ei teskei, er det eigentleg digitale verdiar. Nivået i badekaret har faste nivåsteg, men dei er så små i høve til storleiken at det verkar som om nivået endrar seg jamt. Vi er ikkje i stand til å sjå nivåskilnaden frå teskei til teskei. Derfor verkar nivået i badekaret framleis analogt. Det er det same som skjer når vi konverterer eit analogt signal til eit digitalt. Vi deler det opp i mange nok små signal og sender dei ut fort nok til at dei verkar som ein jamn straum.

Ulike programstrukturar

313

Figur 17.25 Digital til­ nærming til eit analogt sig­ nal. Blir søylene smalare, blir tilnærminga betre

I PLS-en stiller vi eit minneområde til disposisjon for den analoge inngangen, til dømes eit ord (16 bitar). I somme PLS-ar er verdiområdet definert på førehand, men når det ikkje er det, må vi definere verdiområdet for inngangen. Med 16 bitar har vi no 65536 nivå mel­ lom maksimum og minimum. Har vi ein variasjon frå —10 V til +10 V, fortel vi det til PLS-en, og ein spenningsverdi på inngangen får ein tilhøyrande talverdi i programmet. I dette tilfellet har vi ein maksi­ mal variasjon på 20 V og 65 536 nivå. Det gir ein variasjon mellom kvart steg på 0,00030517 V, det vil seie 0,3 mV. Ein samanheng mel­ lom spenningsverdiar og talverdiar på ein analog inngang ser du på figur 17.26. Figur 17.26 Saman­ hengen mellom ei spen­ ning og ein talverdi på ein analog inngang. Signalgivarar her kan vere temperatur, gass, trykk, lufimengd og liknande følarar

Spenningsforhold

20,00

10,00 .£

0,00

1

5

«5-5-10,00 Q- c co ro -20,00 L

9

13 17 21 25 29

37 41

61 65 69

Talverdi til den analoge utgangen (i 1000)

Utgangar Digitale Digitale utgangar på dei aller fleste PLS-ane er for 24 V og maksimalt 500 mA. Ein del utstyr skal ha +24 V og trekkjer ikkje meir enn 500 mA. Slikt utstyr kan hektast direkte på utgangen til PLS-en. Ofte må vi bruke kontaktorar, relé, tyristoreiningar eller andre former for for­ sterking mellom utgangen og komponenten. Digitale utgangar er ofte nytta til lys, lyd, retning og signal om av/på og ope/stengt.

Analoge I mange tilfelle ønskjer vi fleire nivå på ein utgang. Dersom vi til dømes skal styre turtalet på ein viftemotor, tek vi i bruk ein analog ut­ gang. På same måten som ein analog inngang tilordnar vi eit minne­ område i PLS-en, og i tillegg fortel vi kva verdiområde utgangen skal ha. Utgangen leverer da spenning som blir brukt til å styre ein effektforsterkar eller proporsjonalforsterkar. På figur 17.27 ser vi saman­ hengen mellom spenning frå ein analog utgang og den verdien som er lagd til han. Dømet viser ein utgang som går frå -10 V til +10 V.

314

Automatisk utstyr med regulering

Spenningsforhold 05

Figur 17.27 Samanhen­ gen mellom ei spenning og ein talverdi på ein analog utgang

20,00

10,00 05.£ ® C 05

0,00

1 c o -10,00 Q.

æ « -20,00 -

5

9

13 17 21 25 29

37 41

61 65 69

Talverdi fra den analoge inngangen (i 1000)

Visualisering og dokumentasjon I mange tilfelle er vi interesserte i å hente ut data frå anlegget. Vi bru­ ker data til å justere, overvake, optimalisere og dokumentere og dess­ utan slik at nytt personale skal kunne forstå anlegget og prosessen. Justering av prosessen tek ofte PLS-en seg av, og overvakinga er todelt. PLS-en kan overvake ein del, men mennesket må alltid ha oversyn over det som går for seg. Skjer det noko gale, er det vi som må syte for at det blir reparert. Da må vi vite kva som har hendt, og kvar det har skjedd noko. Er det noko fysisk gale i anlegget, er det ein kombinasjon av hendingar som har ført til ein stopp, eller er det menneskeleg svikt? Vi treng da visualisering, rapportutskriff og dokumentasjon på korleis statusen i anlegget var rett før det vart ein feil, når det vart feil, og kva slags feil det er akkurat no.

Det er for tida mange leverandørar av visualiseringsprogram på mark­ naden. Dei aller fleste fungerer på same måten. Vi samlar alle dei inter­ essante data i eit minneområde i PLS-en. Vi koplar ein PC til PLS-en, lagar eit program med grafiske objekt og knyter dei til data i det aktu­ elle minneområdet i PLS-en. Med grafisk objekt meiner vi her alle for­ mer for teikna, fotograferte og skanna bilete. Vi kan teikne sjølve eller bruke dei teikningane som allereie er med i visualiseringsprogrammet. Parametrane til eit grafisk objekt knyter vi til ein verdi ved hjelp av ein etikett (tag). Ein parameter kan vere høgd, breidd, plassering på skjer­ men, farge eller blink, ikkje blink og mykje meir. Til dømes kan høgda på ein firkant variere med temperaturen i eit rom.

Figur 17.28 Grafiske parametrar endrar seg pro­ porsjonalt med ein verdi i anlegget

Fargen på ein runding kan vise om ei lampe er på eller av. Vi kan teikne ein tank, og fargen inni kan stige med nivået i den verkelege

Visualisering og dokumentasjon

315

tanken, eller vi kan lage ei teikning av ein motor der ankeret roterer når motoren går. Vi kan velje om vi vil teikne objekta sjølve eller bruke ferdige teikningar.

Alarmar og feilmeldingar Når det blir ein feil eller ein alarm, eller når det kjem ein nødstopp, kan spesielle vindauge komme opp. Det kan også automatisk bli skri­ ve ut instruksjonar til den prosessansvarlege. Instruksjonane til den prosessansvarlege er da forma på grunnlag av verdiar og feilmeldingar som programmet har laga ut frå informasjon frå PLS-en. På den må­ ten kan feilsøkinga gå for seg på ein meir effektiv måte. I samband med kjøleanlegg kan ein da fa redda verdiar, til dømes mat. I andre tilfelle, til dømes når det gjeld brannovervakingssystem, kan eit slikt visualiseringsprogram redde liv.

Visualisering som verktøy for kvalitetskontroll I ein del prosessar er det viktig med kvalitetskontroll. Di tidlegare ein slik kontroll kjem i produksjonen, di betre er det. Ved hjelp av ein kontinuerleg dokumentasjon av anlegget kan vi i ettertid gå inn i pro­ sessen og sjå om det var noko unormalt, mellom anna dersom det vart produsert ein serie med for mange feil. Vi kan også overvake kritiske verdiar spesielt når vi knyter alarmar til dei. På den måten kan feilproduksjon stoppast på ein meir effektiv måte enn før.

Døme på eit visualiseringsprogram Her følgjer eit døme på eit visualiseringsprogram. Det er for ein treaksemodell frå Festo, og det er ein opplæringsmodell for bruk av PLS, servomotorar og visualisering. Programmet er laga i Siemens Simatic WinCC. Det første biletet er oppstartsmenyen, som gir brukaren tilgang til alt som er i programmet.

Figur 17.29 Meny bilete i visualiseringa

Denne modellen sorterer klossar, men det er også interessant å vise kvar aksane er. Kvar i syklusen var modellen? Så lenge det er tre aksar,

316

Automatisk utstyr med regulering

må vi i det minste ha to bilete. I dette programmet er det tre for å vise kva som er mogleg.

Figur 17.30 Prosessbilete for aksane

Til venstre ser vi modellen ovanfrå. Her ser vi posisjonane til x-aksen og y-aksen. Øvst til høgre ser vi x- og y-aksen, og nedst til høgre er yog x-aksen. Med desse tre bileta har vi alltid kontroll over kvar aksane er. Bileta er henta inn frå dei tekniske teikningane som følgde med modellen.

Figur 17.31 Status på lagringsskjenene

Modellen skulle hente klossar i eit plukkpunkt og leggje dei i dei til­ svarande lagringsskjenene etter farge og materiale. Kvar skjene kunne ta seks klossar. Dette biletet viser kor mange klossar det er i kvar skjene. Det er lagt inn fleire alarmar her. Når det er fem klossar i ei skjene, byrjar ein raud kant rundt søyla å lyse. Når det er seks klossar i, skifter teksten over søyla frå type kloss til «fullt». På den måten far operatøren melding om at no byrjar det å bli fullt, og no er det fullt. Dette er viktig sidan det ikkje går automatisk å ta bort klossane frå lagringsskjenene. Det må operatøren gjere.

Visualisering og dokumentasjon

317

Figur 17.32 Kontrollpanel

PLS (programmerbar logisk styring) som stegkoplar Ein PLS kan på ein enkel måte programmerast slik at han også funge­ rer som ein stegkoplar. Har vi først ein PLS, er det lurt å utnytte han på alle måtar. Ein PLS kan ofte ta seg av nesten alle delane av ein styrekrins, berre han har mange nok og rette inngangar og utgangar. Vi skal ha nokså spesielle krav for at ikkje ein enkel PLS kan nyttast. Det finst alltid ein modell som klarer det vi vil, men han blir sjølvsagt dy­ rare. Det einaste vi treng eksterne funksjonar til, er sikring. Motorvern, sikringar, sikringsventilar og liknande kunne PLS-en ha teke seg av, men der seier regelverket at det skal vere sjølvstendig utstyr. Døme på eit PLS-program som lagar ein binær stegkoplar Programmet nedanfor viser ein måte å lage ein binær stegkoplar på ved hjelp av ein PLS. Nettverk 1 og 2 lagar ein pulsgivar. MO.O og M0.1 er begge null når PLS-en les programmet første gongen. Da blir MO.O ein. Med sti­ gande flanke på MO.O startar tidsmålaren nedteljinga frå to minutt. Etter to minutt går M0.1 til ein og dermed MO.O til null. På det neste skannet går tidsmålaren til null fordi MO.O gjekk til null og dermed også M0.1. Da går MO.O til ein att, og det er laga ein ny puls på inngangen til tidsmålaren. Det gir at MO.O er ein i eit skann kvart andre minutt. Ønskjer vi kortare eller lengre tid mellom kvart steg, stiller vi inn det på tidsmålaren.

318

Automatisk utstyr med regulering

Network: 1

Frekvensgenerator

Network: 2

M0.1 er høy i en syklus hvert 2.minutt.

'Opp" gir +1 til telleren og

|Network: 3

"Ned" gir -1 ved hver puls på M0.1

Symbol Information 1124.1 Ned 1124.0 Opp

Network: 4

Figur 17.33 PLS—pro­ gram som erstattarfor ein binær stegkoplar

Utgangene koples på utgangs byte 4.

EN

Cl

IN

MOVE ENO

OUT

QB4

I nettverk 3 opnar inngang «Opp» for at verdien på teljaren skal auke med ein for kvar puls på M0.1. Inngangen «Ned» opnar for at ver­ dien skal gå ned med ein for kvar puls på MO. 1. I nettverk 4 blir ver­ dien på teljaren overført til utgangsbyte 4. Bitane i byte 4 kjem no til å lyse og sløkkje etter kvart som den binære verdien endrar seg. Der­ som vi koplar effektar på utgangane på same måten som på ein van­ leg binær stegkoplar, far vi steg slik som ein tradisjonell stegkoplar. I dette dømet er det berre fire av utgangane i utgangsbyte 4 som er i bruk. Derfor er det i nettverk 4 lagt inn ei sperre som gjer at når alle fire bitane er ein, kan ikkje teljaren gå høgare. Da har «stegkoplaren» nådd maksimal verdi. Det høgaste steget eller den høgaste verdien på teljaren kan berre vere 24 - 1 = 15.

Sikringsautomatikk for kuldeanlegg Vi må kontrollere sikringsautomatikken med jamne mellomrom. Mens styrings- og reguleringsteknikken styrer den normale drifta ved eit kuldeanlegg etter oppsette krav, skal sikringsautomatikken hindre katastrofale følgjer dersom det blir ein feil i anlegget.

Sikringsautomatikk for kuldeanlegg

319

Sikring mot for høgt trykk Vi -

kan bruke fjørbelasta sikringsventilar på desse stadene: på kompressorar, mellom trykksida og sugesida i trykkoljesystem på behaldarar og flasker, oftast med avløp til friluft

I visse tilfelle bruker vi sikringsventilar også mellom behaldarar, mel­ lom væskerør over eit visst volum og på flasker. Dei skal først og fremst hindre at ei eventuell stumfylling gir sprengingsfare, fordi væska har utvida seg så mykje på grunn av temperaturen. På alle behaldarar er det vanleg å montere ei sprengplate. Dersom vi berre bruker ei sprengplate, kan det gi tap av fylling ved sprenging. Derfor bruker vi ofte både sprengplate og sikringsventil.

Ei sikringsfjør mellom sylinderlokket og topplokket i ein kompressor sikrar at kompressoren ikkje blir øydelagd ved mindre tendensar til væskeslag eller oljeslag.

Ein høgtrykkspressostat kan stoppe ein kompressor eller kople ut ein annan del av anlegget når vi bryt styrestraumen. Høgtrykkspressostaten bør absolutt ha sperre slik at anlegget først kan startast på nytt etter at vi har kontrollert anlegget. Vi kan også bruke termostatar, nivåbrytarar og elektrisk forrigling for å hindre til dømes væskeslag i ein kompressor: Ein termostat med oppvarma følar kan sikre mot overfylling av væskeutskiljar. Ein ter­ mostat med følar i oljeutskiljaren hindrar at magnetventilen i oljereturen til veivhuset opnar seg før temperaturen i oljeutskiljaren har stige over kondensasjonstemperaturen. Dermed kan ikkje kuldemedievæska strøyme til veivhuset. Trykktermostaten som bryt ved fal­ lande temperatur, kan også gi ei viss sikring mot væskeslag, men vi risikerer ein for sein reaksjon. Ved oppstart må denne sikringa kortsluttast, og da koplar vi sikringa ut når sjansen for overkoking kan­ skje er størst. (Denne metoden blir nokså lite brukt.)

Sikring mot for lågt trykk Tap av fylling, tilstopping av reguleringsorgan og filter, mykje og kald olje i sjølvsirkulasjonsfordamparar og tilriming av luftkjølarar kan vere årsak til for låge sugetrykk i eit kuldeanlegg. Da går kuldeytinga ned, og undertrykket på sugesida aukar. Når det skjer, er det større fare for at luft og vassdamp trengjer inn i anlegget. Trykkrørstemperaturen aukar dg. Som sikring bruker vi lågtrykkspressostatar som bryt styrestraumen. Vanlegvis har dei ikkje sperre, slik at det ikkje er så stor fare for at det hender noko alvorleg gale ved gjeninnslag.

Sikring mot for høg trykkrørstemperatur Det kan ofte bli høg trykkrørstemperatur i R-717- og R-22-anlegg. Det kan ha fleire årsaker, til dømes lågt sugetrykk og høgt kondensatortrykk, utette trykkventilar, lekkasje frå trykksida til sugesida eller

320

Automatisk utstyr med regulering

unormalt store mekaniske tap i kompressoren. Som sikring bruker vi trykkrørstermostat som bryt ved stigande temperatur.

Sikring mot for lågt smørjeoljetrykk Som oljetrykksvakt bruker vi ein differansepressostat som bryt strau­ men til tidsreleet når oljetrykket har vorte høgt nok. Dermed er det mogleg å starte kompressoren, og det må skje utan smørjeoljetrykk sidan oljepumpa blir driven frå kompressorakselen. Det tek frå nokre få sekund til knapt eitt minutt før oljetrykket kjem, alt etter måten kompressoren er konstruert på. Tidsreleet må derfor ha ei tidsseinking som er større enn det.

Sikring mot oppfylling av kuldemedium i veivhuset Her kan vi sikre oss på ulike måtar, mellom anna ved - termostatstyrt oljeretur frå oljeutskiljar - elektrisk varmekolbe, som blir kopla inn ved stillstand - utpumpingsstyring («pump-out»-styring) av kompressoren; kjølestadene blir her styrte av termostat, mens kompressoren blir styrt av lågtrykkspressostat, men ikkje slik at kompressoren først kan starte att når ein av termostatane og pressostatane har slått inn. Slik sikrar vi mot start for ofte.

Sikring mot frostsprenging av kjølevasskappe på kom­ pressoren Her kan vi sikre oss ved avtapping ved stillstand ved hjelp av magnetventilar.

Sikring mot frostsprenging av rørkjelfordampar Her kan vi sikre oss ved - strøymingskontroll - termostat med følar der isen kan leggje seg - pressostat, differansepressostat som bryt ved stor trykkskilnad - termostatisk sugetrykksventil - elektrisk kopling som startar pumpa før kompressoren

Sikring mot manglande kjølevatn Her kan vi sikre oss ved - strøymingskontroll - pressostat - elektrisk kopling som sikrar start av pumpa

Sikringsautomatikk for kuldeanlegg

321

Kapittel 18

Rør og røropplegg

Rør og rørføringar Eit førsteklasses kuldesystem er avhengig av ei fornuftig og god di­ mensjonering av røra. Ein konstruktør må ta omsyn til desse momen­ ta ved rørutrekningar: 1 Trykkfall 2 Oljeretur 3 Olje- og væskeutskiljing 4 Damplommer 5 Støy og vibrasjonar Når det gjeld større anlegg, trengst det ei meir grundig planlegging enn ved små anlegg. Kuldemontøren far vanlegvis teikningar der både rørgater og fordamparar er plasserte, og det gjer arbeidet lettare på den måten at anlegget er skissert i grove trekk.

Til kompressor

Vi kan ta for oss eit større butikkanlegg. I eit moderne kjøpesenter er det ei mengd med kjøle- og fryseeiningar, og det må vere eit eige maskinrom der kuldemaskinane kan stå. Som kuldemontør kjem du inn i biletet mens bygginga går for seg. Kanskje har du berre ytter­ veggene å halde deg til når du skal måle og plassere dei ulike kjøle- og fryseeiningane. Du må vere svært nøyaktig, for alt skal fa plass, og alle røra må leggjast rett. Røra må samlast i ei rørgate så langt det let seg gjere, og med avstikkarar til dei ulike kjølepunkta. For at det ikkje skal bli kryssingar, må du vite kva for rør du skal ta til med.

Når du har montert alle røra ut til og inn i maskinrommet, er du godt i gang. No må du prøve ut om rørgata er tett. Når du har testa anlegget og funne at det er tett, les du av trykka og temperaturane. Så let du anlegget stå i nokre døgn og kontrollerer trykket på ny. Der­ som trykket har halde seg og temperaturen er den same, kan du gå ut frå at rørskøytane er tette.

Figur 18.1 Sugeleidning med stigingssteg

322

Rør og røropplegg

I samfunnet blir det meir og meir fokusert på utslepp av kuldeme­ dium både ut frå miljøomsyn og økonomiske omsyn. Det har ført til at vi i dag legg stor vekt på å halde anlegga tette, både ved installasjon og ved drift.

Figur 18.2 viser rørdiameter for R-22- og R-717-anlegg der 0 mm er innvendig rørdiameter og 0 kW er kuldeyting.

Figur 18.2 Innvendig rørdiameter

Figur 18.3 Minste dampfart i loddrette rørfor R-22

Dersom det er snakk om lange, loddrette rør, bør dei lagast med fleire oljelommer.

Figur 18.1 viser ein sugeleidning med tre stigingssteg. Er det lange rørstrekk, kan H vere mellom 2 og 4 m. Dersom ein del av oljen ikkje følgjer med dampen, samlar han seg i oljelommene. Når olje­ lommene etter kvart blir fylte opp, riv dampen oljen med seg på grunn av det trykkfallet som er bygt opp. For at det ikkje skal bli væskeslag i rørleidningane, må vi aldri lage oljelommer med større volum enn nødvendig.

Rør og rørføringar

323

Rørlegging Rørsystemet i eit kuldeanlegg er ein viktig del som går ut på å leggje rørleidningar mellom fordamparen, kompressoren og kondensatoren. Før rørlegginga kan ta til, er det fire punkt vi må hugse på: 1 Trykkfall 2 Oljeretur 3 Olje- og væskeutskiljing 4 Damplommer Trykkfallet kjem frå friksjonen kuldemediet far når det går gjennom rør, krokar, stengjeventilar og elles annan armatur, til dømes servostyrte ventilar. Desse ventilane treng om lag 0,14 bar trykkdifferanse mellom innløp og utløp for at dei skal vere heilt opne.

Figur 18.4 Tillate trykkfall i kuldemediekrinsen (omtrentlege verdiar)

Den vanskelegaste og mest krevjande rørlegginga er av sugerøret mel­ lom fordamparen og kompressoren. Kuldemediumrør må alltid dimensjonerast og installerast med omsyn til oljetilbakeføring og trykkfall. Store trykkfall verkar negativt inn på ytinga til anlegget, og for små trykkfall kan gi dårleg oljetilbakeføring.

Flate

Diameter

Figu r 18.5 Ta bell over koparrør

324

Rør og røropplegg

Volum

Maks

l/m, rør

bar (100-125°C)

Tommer

mm

mm

mm

Areal innvendig 2 cm42

1/4"

0,85

6,35

4,65

0,17

0,02

96,0

5/16"

0,85

7,94

6,24

0,31

0,03

74,7

3/8"

0,85

9,52

7,82

0,48

0,05

61,2

GodsYtre arbeidstrykk tjukkleik

Ytre diameter

Indre diameter

1/2"

0,85

12,70

11,00

0,95

0,10

44,9

5/8"

0,90

15,88

14,08

1,56

0,16

37,7

3/4"

1,07

19,05

16,91

2,25

0,22

37,3

7/8"

1,15

22,22

19,92

3,12

0,31

34,2

11/8"

1,27

28,57

26,03

5,32

0,53

29,2

13/8"

1,45

34,92

32,02

8,05

0,81

27,2

11,24

1,12

27,3

15/8"

1,72

41,27

37,83

21/8"

2,24

53,97

49,49

19,24

1,92

27,2

29,36

2,94

27,2

43,45

4,34

19,3

25/8"

2,77

66,68

61,14

31/8"

2,50

79,38

74,38

Figur 18.6 Tabell over gassfart

Vertikale rør

Horisontale rør

Verdiar i maskinrammer

Sugeleidning

5-10 m/s

2,5-5 m/s

7 m/s

Trykkleidning

5-10 m/s

2,5-5 m/s

5 m/s

Væskeleidning

5-10 m/s

2,5-5 m/s

0,75 m/s

Økonomisk optimal gassfart i rørsystemet i kuldeanlegg, m/s etter Norsk Kuldenorm. Kuldemedium

Amoniakk

Fordampertemperatur, °C

- 10

-40

-10

-40

Sugeledning

14-16

17-19

9-10

10-10

Trykkledning

8-10

10-12

6-7

7-8

Returledning

7-9

9-11

5

5-6

Halokarboner

Figur 18.7 Tabell over økonomisk optimalgassfart

Ved fluorkarbonanlegg tilrår Norsk Kuldenorm eit fall på 5 mm per meter for sugeleidningar i horisontale rørleidningar ved ein gassfart på frå 2,5 til 4 m/s.

Figur 18.8 Døme der kom­ pressoren er plassert over for­ damparen

Figur 18.9 Døme der kom­ pressoren er plassert under fordamparen

Figur 18.9 viser eit døme der kompressoren er plassert under for­ damparen. Den stipla linja kan vi bruke om anlegget arbeider med «pump down»-drift. Figur 18.11 viser eit døme på to fordamparar som er plasserte over kompressoren.

Rørlegging

325

Kompressor

Figur 18.10 Sugeleidningfrå fleire fordamparar

Figuren over viser eit døme der sugeleidningen går frå fleire fordam­ parar. Hugs at det skal vere fall på sugeleidningen, slik at innsugingsforholda blir mest mogleg like, og slik at oljen blir jamt fordelt på kompressorane.

Når vi dimensjonerer rørleidningar og armaturar, må vi også ta omsyn til innkjøpsutgifter og driftsutgifter. For at vi skal avgrense innkjøpsutgiftene, er det ønskjeleg å bruke små dimensjonar, men det vil seie større væske- og dampfart med store trykktap. Det reduserer kapasiteten til anlegget og aukar effekt­ forbruket. For stor fart i væskeleidningar kan også gjere at det dannar seg damp (flashgass) på grunn av trykkfallet, og det kan føre til at reguleringsventilen fungerer dårleg.

Figur 18.11 Fordampar som er plassert høgare enn kompressoren

Figur 18.12 Fordamparar som er plasserte høgare enn kompressoren

Når kompressoren på ny aukar kapasiteten sin, tømmer det auka trykkfallet oljelommene, slik at det igjen blir soge gjennom begge rørleidningane. For at det ikkje skal bli væskeslag i rørleidningar osv., må oljelommene aldri ha større dimensjonar enn nødvendig.

326

Rør og røropplegg

Dersom det samla trykkfallet i eit rørsystem blir for høgt fordi det med omsyn til oljetilbakeføring er nødvendig å bruke små diametrar på rørleidningar med loddrett (vertikal) strøymingsretning, kan vi ofte kompensere det ved at vi bruker større diametrar enn nødvendig på liggjande (vassrette) rørleidningar og på rørleidningar med nedovergåande strøymingsretning.

Figur 18.13 Sugeleidning i anlegg med kapasitetsre­ gulering

Rørleidningane skal stort sett vere vassrette eller loddrette. Unntaket kan vere sugeleidningar, som kan ha eit svakt fall mot kompressoren, og trykkleidningar, som skal ha eit svakt fall bort frå kompressoren. Trykkleidningar i anlegg utan oljeutskiljar skal leggjast med litt fall mot kondensatoren, slik at vi i stillstandsperiodar ikkje risikerer at oljen går tilbake til kompressoren.

Figur 18.14 Oljelommer i stigerør

I høgtrykksleidningar er det ikkje noko problem dersom kondensa­ toren ikkje står så mykje høgare enn kompressoren, eller dersom kompressoren kan redusere kapasiteten sin til meir enn 50 %. Når det er mogleg, bør vi helst ikkje bruke lange stigerør, sidan kuldemediedampen i stillstandsperiodane kan kondensere og bli tilbakeført til kompressoren som væske. For at vi skal sleppe dette, må vi mon­ tere lommer.

Rørlegging

327

Figur 18.15 Kondensator på same nivå som kompres­ soren

Damplommer bruker vi i væskeleidningar. Trykkleidningane har ofte ein nokså høg temperatur, men fordi varmen frå dei reduserer kondensatorvarmen, isolerer vi vanlegvis berre røra.

Montering av kuldeanlegg Når vi monterer eit anlegg, set vi saman dei ulike delane til eit heilt anlegg. Komponentane kjem kvar for seg, og det er opp til kuldemontøren å kontrollere at alt har komme, slik at ein kan setje i gang utan å måtte vente på noko.

Kor mange komponentar det er, er avhengig av kor stort anlegget er, og av typen. Eit lite kjølerom kan til dømes ha ein motorkompressor, ein fordampar med ventilator, ein lågtrykkspressostat (LP) og sty­ ring, sjåglas og filter. Det seier seg sjølv at eit slikt anlegg ikkje treng så mykje førebuing. Det er berre å plassere kompressoraggregatet på ein høveleg stad, hengje opp fordamparen, leggje rør til og frå filter og sjåglas, kople til pressostaten, vakuumkøyre og fylle.

Figur 18.16 Lomme i trykkleidningen

Som kuldemontør kjenner du til alt det elektriske som skal til, men du tek ikkje dei elektriske installasjonane. Derimot er du ansvarleg for all funksjonsprøving av det ferdige anlegget. Det elektriske anleg­ get må det vere ein autorisert elektrikar som tek seg av. Vanlegvis er det kunden som skaffar elektrikar, men det er oppgåva di å seie kva vedkommande skal gjere.

Vakuumering Kvifor ønskjer vi å vakuumere eit anlegg før vi fyller på kuldemediet? For det første fjernar vi luft og fukt, og for det andre tek vi da vekk gass som elles kan løyse seg opp i motoroljen.

328

Rør og røropplegg

Figur 18.17 System med servicemanifold

Vakuumering av anlegget På servicestussen (11) til kompressoren set vi på ein punkteringsventil (5), som vi fester til røret. Punkteringsventilen skal haldast stengd når vi skrur rattet ned. Røret blir da punktert. Sjå figur 18.18.

Figur 18.18 Punktering av rør medpunkterings­ ventil

Før vi er klar for vakuumering, må alt kuldemedium vere tappa ned på flaska med R-22. Vi opnar ventilen (5) og ventilen på flaska (12) og tappar alt ned på flaska. Vi må vere sikre på at det er heilt fritt for kuldemedium før vi byrjar å vakuumere. Som figuren viser, har vi fest kryss, manometer, serviceflaske, stoppventil og vakuumpumpe til punkteringsventilen ved hjelp av serviceslangar. Vi skrur til alle sam­ band slik at alt blir tett. No er vi klar for vakuumering, ventilen på flaska er stengd, og punk­ teringsventilen (5) er open. Membranventilen (8) er også open. No kan vi starte vakuumpumpa. Det er eit lite kjølemøbel, så vi må ned til eit sluttvolum på 130 Pa etter Norsk Kuldenorm.

Vakuumering

329

1 2 3 4 5 6 7

Fordampar Kapillarrør Kondenser Tørkefilter Punkteringsventil Lågtrykksmanometer 1/4" krysskopling (fakkel)

8 9 10 11 12 13 14

1/4“ membranventil Straumtilførsel Hermetisk kompressor Servicestuss R-22 kuldemedieflaske Serviceslange Vakuumpumpe

Figur 18.19 Hushaldskjøleskap med serviceutstyr

Kva for ein metode vi vel, og kor lang tid vakuumeringa tek, er avhengig av dette: 1 Kor stort anlegget er 2 Mengda av vatn i systemet 3 Kapasiteten til den vakuumpumpa vi bruker 4 Storleiken på tilkoplingsleidningen 5 Om det er olje i systemet

Vatn i dampform Vatn i dampform blir fjerna med lufta og fører derfor ikkje til pro­ blem. Vatn i væskeform må fordampe før vi kan få det bort. Koke­ punktet til vatn på 100 °C ved atmosfærisk trykk (1,013 bar) blir lågare ved redusert trykk. Den mest effektive måten å få bort fukt på er derfor å varme opp systemet. Men det må vi gjere varsamt, til dømes med ei varmelampe eller ein varmluftsomn. Vi må aldri bruke ein sveisebrennar til dette, fordi det kan skade anlegget. OBS: Ved vakuumering får vi ikkje fjerna vatn som er løyst i estereller polyalkylenglykololje.

Figur 18.20 Vakuumering med ulike trykk

330

Rør og røropplegg

Figuren viser vakuumering med ulike trykk. Her har vi sett opp ei kurve som viser trykket i pascal (Pa) vertikalt og tida horisontalt. For at vi skal få lese av rett ved låge trykk, må vi ha eit elektronisk vakuummeter med termoelement. Eit vanleg vakuummeter med visar har berre nøyaktig måling ned til om lag 50 torr (mm Hg), og det er ikkje godt nok ved låg vakuumering. Når vi stengjer ventilen mellom vakuumpumpa og systemet, kan vi avgjere om vakuumeringa er ferdig. Da let vi heile anlegget stå og «kvile» i fem minutt for å sjå om trykket stig. Så les vi av trykket og gjer det på ny etter 30 minutt (eller seinare for store anlegg). Dersom trykket ikkje har stige, er systemet klart for påfylling av kuldemedium.

Vakuumeringsmetodar Vakuumering i eitt steg ned til 0,05-0,1 torr er den mest pålitelege metoden, men tek lengst tid. Metoden med trippelvakuumering blir ofte nytta fordi han er rask og ikkje krev spesialvakuummeter.

Eit vanleg vakuummeter med visar er berre nøyaktig ned til om lag 50 torr (0,66 mbar), og det er ikkje godt nok for låg vakuumering. For at vi skal kunne lese av vakuumet nøyaktig ved låge undertrykk, må vi ha eit elektronisk vakuummeter med termoelement.

For små anlegg vakuumerer vi ned til 1,0 torr (1,33 mbar). For større anlegg vakuumerer vi ned til 2,0 torr (2,66 mbar). For NH3-anlegg vakuumerer vi ned til 4,0 torr (5,32 mbar). Lågtrykksmanometer

Høgtrykksmanometer

Figur 18.21 Vakuumering ogfylling

Vakuumering og fylling Vi punkterer her anlegget på høgtrykkssida og lågtrykkssida ved at vi set på to punkteringsventilar, servicemanifold, flaske med R-134a og vakuumpumpe.

Vatn i dampform

331

Figur 18.22 System med servicemanifold, kuldemedieflaske og vakuumpumpe

Punkteringsventilen må vere stengd når vi skrur rattet ned og røret blir punktert. Vi tømmer heile fyllinga inn på serviceflaska, så det ikkje er noko kuldemedium att på anlegget. Vi blæs gjennom anleg­ get med nitrogen (N ), slik at det er eit lite overtrykk. Når vi bruker nitrogen, må vi alltid ha regulator. Grunnen er at nitrogenflaskene har eit trykk på 200 bar. Innhaldsmanometer

Figur 18.23 Nitrogenregulator

332

Rør og røropplegg

Sikkerhetsventil

Arbeidsmanometer

Vi set på eit lite nitrogentrykk på anlegget slik at det ikkje kjem inn noko luft eller fukt. Vi kan no fjerne filteret ved at vi kuttar røra på begge sider med ein rørkuttar.

Figur 18.24 Rørkuttar

Når det er overtrykk, kjem det litt gass ut av kapillarrøret dersom røret ikkje er tett. Vi set no inn ein gummipropp i røret frå konden­ satoren eller plomberer røret med ei plomberingstong.

Figur 18.25 Plomberings­ tong

No kan vi auke trykket med nitrogen på sugesida til om lag 15 bar. Trykket blæs ureiningane ut av kapillarrøret. Kan vi ikkje opne kapillarrøret med trykk, må det skiftast i ein serviceverkstad. Vi pussar rør- og filterendar med smergellerret og tilpassar det nye filteret som skal ha fall frå kondensatoren når vi bruker kapillarrør. Vi set filteret på plass og loddar det fast til rørdelane som stikk om lag 10 mm inn i filterendane. Vi må vere svært nøyaktige med loddinga slik at ho blir tett. Vi set så på eit nitrogentrykk og søkjer etter lekkasjar for å sjå om loddestadene er tette. Når vi er sikre på at dei er det, stengjer vi ventilen for nitrogenflaska. Vi byrjar å vakuumere anlegget, og dette anlegget må vi vakuumere ned til 130 pascal (N/m2) etter Norsk Kuldenorm. Når vakuumeringa er ferdig, kan vi byrje å fylle kuldemedium.

Det er svært viktig at anlegget har rett fylling. Eit anlegg som er over­ fylt, får eit stort wattforbruk og eit høgare fordampings- og kondensasjonstrykk. Rett fylling vil seie at fordamparen er svakt underfylt, slik at vi kan tillate ein svak temperaturauke over den siste delen av overflata til fordamparen. Etter at vi har vakuumert for tredje gong og kontrollert at trykket ikkje har stige, er anlegget klart for fylling. Vi må vere klar over at all

Vatn i dampform

333

vakuumering må vere gjord før anlegget er isolert, fordi det kan vere vanskeleg å oppdage og få fjerna vassamlingar i isolerte rør og behal­ darar. Dersom det er nødvendig, skal komponentar og rørsystem var­ mast opp, og vi kan til dømes blåse varm, tørr luft gjennom anlegget. Når vakuumprøva er gjennomført med godt resultat, skal det skrivast ut ein vakuumattest, som ein ansvarleg person skal signere. Det gjeld ikkje for små, ferdige anlegg. Krava frå Norsk Kuldenorm til vakuumering (minstekrav) Vakuumering ved større halokarbonanlegg 260 Pa eller lågare Bryting med tørr nitrogen (N2) Ny vakuumering til 260 Pa eller lågare Halding av vakuumet i minst seks timar Bryting med aktuelt kuldemedium Kjøle- og frysemøbel 130 Pa Små klimaanlegg 1 torr Små kommersielle anlegg 1000 mikron Vakuumering av ammoniakkanlegg (NH3) Kjøle- og frysemøbel 130 Pa Små klimaanlegg 1 torr Små kommersielle anlegg 1000 mikron Større kommersielle anlegg konvertert olje 520 Pa Større kommersielle anlegg PAG-olje 260 Pa (1 mbar = 100 Pa = 0,75 torr)

Døme Kuldeanlegget står no under eit vakuum på 798 mbar. Barometerstanden i dag er 957,6 mbar. Kor stort er trykket kompressoren i N/m2, bar og mbar? Framlegg til løysing:

P = overtrykket Patm = atmosfæretrykket 7 Patm = 95760 N/m2 P(drift .,= 79800 Nm2 Patm = 957,6 mbar P = 798 mbar drift Patm =0,957 bar -> P.,= 0,798 bar drift P=Patm ~P^ drift P= 95760-79800 P= 15960 N/m2, 159,6 mbar, 0,159 bar

Tørkemiddel Fukt i det kuldemediet som er inne i eit anlegg, er ei vanleg årsak til driftsforstyrringar. For mykje vatn i eit kuldeanlegg kan skape store problem: 1 Det kan lage seg is i ekspansjonsventilane eller kapillarrøret, og isen kan avgrense eller i verste fall blokkere kuldemediestraumen.

334

Rør og røropplegg

2

3

Det kan bli korrosjon og ein ujamn kuldemediestraum som gjer systemet generelt dårlegare. Vatn er ikkje direkte årsak til at kuldemediet blir brote ned, men det gjer at skadane blir større på grunn av syre i anlegget. Det blir syre når olje og kuldemedium reagerer med kvarandre. Det finst inga sikker grense for kor mykje vatn vi kan tillate. Men vi veit at di mindre vatn det er, di betre blir resultatet. Vatn kan komme inn i systemet saman med kuldemedium og olje eller rør og andre komponentar.

På grunn av faren for hydrolyse når vatn reagerer med esterolje og lagar syre, må vi oppfylle kravet om låg fukt. Vatnet lagar eit separat vassjikt eller is og hydrat dersom temperaturen er låg nok.

Trykk- og lekkasjeprøving Alle komponentane er oftast testa når dei kjem frå fabrikken, men det er ikkje det same som at dei er kuldemediumtette. Mange fabrikkar leverer materiale som berre er trykkprøvt med luft. Det gjer at delane er testa når det gjeld konstruksjon, og dei kan garanterast for bruk ved det driftstrykket dei er laga for. Men ein del av kuldemediet kjem tru­ leg til å forsvinne gjennom porer som er for små til å bli oppdaga ved testing med luft. Om eit aggregat er levert til montasjeplassen kom­ plett med kuldemediefylling, veit vi at det er testa, evakuert og avftikta før kuldemediet er fylt på. Alt vi da treng å gjere, er å kontrollere med lekkasjesøking for å sjå om det har vorte lekkkasje ved transporten. Dersom utstyret blir levert med kuldemediumfylling og manometera viser null, må vi ta opp att heile prosessen med prøving, avfukting og evakuering.

Når vi har montert anlegget, skal det styrkeprøvast pneumatisk til eit trykk som er minst likt det største arbeidstrykket og maksimalt likt 1,3 gonger arbeidstrykket etter Norsk Kuldenorm. Vi kan bruke tørr luft, nitrogen eller ein annan passande gass. Vi skal ta styrkeprøvinga etter eit program som er oppsett på førehand, og det skal mellom anna omfatte dette: - fastlegging av prøvetrykk - utgreiing av prøveutstyr - fastlegging av risikoområde, der ingen har tilgang under prøvinga - skilting og avsperring av risikoområde - senking av trykket til 3/4 av prøvetrykket med ein gong prøva er gjord

Prøva kan eventuelt gjennomførast i steg etter kvart som anlegget blir ferdigstilt, og skal vare i minst 30 minutt. Sikringsventilar og sprengplater skal vere demonterte. Det skal vere montert inn eit kalibrert manometer, og det skal vere lett å lese frå påfyllingsstaden. Vi skal sjå til at eventuelle stengjeventilar mellom påfyllingspunktet og manometeret er opne. Gassflaska

Tørkemiddel

335

skal ha påmontert trykkreduksjonsventil med manometer, slik at anlegget ikkje kan bli utsett for ekstreme trykk ved uhell. Etter at vi har sett ned trykket til 3/4 av prøvetrykket, skal det som er prøvt, inspiserast for moglege synlege skadar. Tettleiksprøvinga kan vi med fordel ta samstundes og med same trykk. Etter at styrkeprøvinga er ferdig, men før vakuumeringa og påfyllinga av kuldemedium, skal alle anlegg prøvast for tettleik ved innvendig overtrykk. Trykket skal vere høgare enn det største arbeidstrykket for anlegget eller anleggs­ delen som blir prøvd.

Bruker vi såpevatn, kan vi med fordel byrje med eit moderat trykk, til dømes frå 3 til 5 bar, slik at vi eventuelt får teke store lekkasjar. For å avsløre dei minste lekkasjane bør vi auke trykket opp mot maksi­ malgrensa. KFK skal vi ikkje bruke som sporgass ved tettleiksprøving, mens R-22 og andre ikkje fullhalogeniserte medium kan nyt­ tast. Det er ikkje lov å tilsetje meir enn 0,5 kg sporgass per kubikkmeter av det volumet vi skal prøve.

Prøva skal gå over så lang tid at vi er sikre på at eventuelle lekkasjar blir oppdaga ved at trykket går ned. Prøvetida er avhengig av kor stort anlegget er, og fire timar er tilrådd nedre grense. For store anlegg skal det vere minst tolv timar. Når det berre er gass i anlegget, varierer trykket i eit tett anlegg med temperaturen etter denne formelen:

tx + 273 der t er temperaturen og P(t) trykket i anlegget ved denne tempera­ turen. Dersom trykket til dømes er målt til 15 bar ved 20 °C luft­ temperatur, fell det til 14,49 bar ved 10 °C.

Sjåglasindikator Fuktindikatoren i sjåglaset inneheld eit stoff (koboltsalt) som reagerer med fukta i kuldemediet. Stoffet endrar farge når det kjem i kontakt med vatn. Fuktindikatorane for HFK er annleis enn KFK-indikatora­ ne, og du må vere viss på at du bruker den rette indikatoren til det ak­ tuelle anlegget. Det er vanleg at indikatoren skifter farge når fuktinnhaldet er mellom 30 og 75 ppm.

Tørkefilter Tørkefilteret er ei flaske som er fylt med eit stoff som kan absorbere vatn gjennom små porer i overflata. Eit tørkefilter har tre hovudfunk­ sjonar: 1 Det skal absorbere restar av fukt etter vakuumering og fukt som har komme inn i anlegget ved påfylling av olje og kuldemedium. Vatnet gjer systemet meir ustabilt og kan føre til at det kjem is i ekspansjonsventilen eller fordamparen. 2 Det skal nøytralisere syrer som kan bli danna i systemet. Syrer skader den elektriske kompressormotoren og gir koparplettering.

336

Rør og røropplegg

3

Ved hjelp av eit metallnett samlar filteret opp faste partiklar som kan skade kompressoren.

Fylling av kuldemedium Den viktigaste oppgåva for ein kuldemontør er å syte for at anlegget fungerer slik konstruktøren har planlagt. Det er heilt nødvendig at kuldemontøren har kunnskap om korleis kuldemedium skal behand­ last og fyllast på ulike typar kuldeanlegg. Det finst jo mange kuldeme­ dium, og mengda som skal fyllast på, kan variere jamvel om anleggskapasiteten er like stor.

MODEL NO.

SERIAL NO.

30HH055-950

TEST PRESSURE-HIGH SIDE REFRIGERANT

Figur 18.26 Namneplate for eit kuldeanlegg med R-22 som kuldemedium

UNIT TENSION

400

bars

LOWSIDE

CHARGE (kgs)

KEI SYS. 1 Kl PHASE

Volts

KEI bars KEI SYS. 2 Kl CYCLE

230 VOLTS DESIGNED FOR USE ON 220 TO 240 V SYSTEMS 400 VOLTS DESIGNED FOR USE ON 380 TO 415 V SYSTEMS

Alle produsentar merkjer anlegga sine med eit skilt som fortel kva for eit kuldemedium som skal nyttast. Ofte står det også kor stor fyllinga skal vere. Sjå figur 18.26. Du må ha som ein fast regel at du alltid sjekkar skiltet før du går i gang med å fylle.

Figur 18.27 Fylling av eit anlegg med stempelkompressor

Tørkemiddel

337

Metoden for å fylle gass på lågtrykkssida er slik: Kuldemedieflaska er kopla til servicemanifolden i senteropninga. Vi har opna berre litt på kuldemedieflaska for å vere sikre på ei kontrol­ lert fylling. Vi kan også sjå på vekta kor mykje som er fylt i systemet.

Figur 18.28 Spyling av kondensator

Ved spyling av kondensator stengjer vi ventil A og opnar ventil B, mens ventil C er open.

Figur 18.29 Manometeravlesing

Figur 18.30 Fylling av flaske via servicemanifbld

Ved fylling av væske på høgtrykkssida monterer vi kuldemediumflaska til E, stengjer ventil A og opnar ventil B, mens ventil C skal stå i midtstilling.

338

Rør og røropplegg

Når servicemanifolden er montert på ein kompressor, er ventilane A og B stengde, men dei kan framleis lese av både sugetrykket og høg­ trykket. Dobbeltventilane C og D er opne. Lågtrykk

G Ny \ p

Høgtrykk

l \ p

y

I— ---- 1------------ 1----- —I A —--------- N> oo 7l • 0, 1 m • 0, 08 m • 24, 16

71 • d • s • n dvs. 10 sylindere

Da det blir levert kompressorer med opp til 16 sylindere, er det her behov for bare en kompressor.

3d Tilført effekt: = 0, 8076 kg/s (434,6-394) kj/kg o,7

p = w P = 46,84 kW W

3e Kondensatorytelsen:

Q = qm • (h!2 - h3)kj/kg = 0,8076 kg/s(434,6 - 250) kj/kg 149,08 kW Nødvendig kondensatorflate:

■temp -

Al -A2 15-5 Al " 15 lnA2 In 5

Q = U-A-AT . A=

Qs 149,08 kW ■ 103 .. 2 —- - ----------- -------------- = 682,60 m U^T 24 W/m °K-9, 1

3f Nødvendig luftmengde gjennom kondensatoren: 149,08 kW = Xm3/s • 1,15 kg/m3 • 1,0 kj/(kg • K) • 10 K __________ 149, 08 kW_________ Xm3/s = = 12,96 m3/s 1, 15kg/m3- 1, 0 kj/(kg ■ K) ■ 10 K

Blandede spørsmål med svar

425

Det trengs 12,96 m3/s med luft.

Alternativ 2

3a hx h2 h. å3

= = = =

394 440,2 h. = 241 250

v = 0,14 m3/kg

Q, _ 116300 ?m“ (h6-h5) (394-241) = 0,7601 kg/s Teoretisk slagvolum:

vteo = q • v ^teo= 0,760 kg/s -0,14 m3/kg = 0,1064 m3/s 3b Kompressorens slagvolum vteo

=

0, 1064 m3/s 3/ 0,7 = 0’152m/s

7C d1 3c Antall sylindere: v = —-— • s • n • i

426

Oppgaver

v„ • 4 0, 152 m /s • 4 i --------------- — ------------------------------------ = iu,i Tl • d.1 • s • n 7l-0, l2m • 0, 08 m • 24, 16 dvs. 10 sylindere

3d Tilført effekt:

p =

= °> 7601 kg/s(440, 2 - 394) kj/kg 0,7

n,„ PW = 50,16 kW

3e Kondensatorytelsen:

Q = qm • (A1, - A3) kj/kg = 0,7601 kg/s (440,2 - 250) kj/kg = 144,55 kW

—o-7 35°C

Luft

25°C

. A1-A2 15-5 O1or. Atemp =---------A i = ------15 =9,1 C lnA2 ln 5

A__^= 6/-A7’

144,55 kW-103 =661)8W

24 W/m -"K ■ 9, 1

3f Nødvendig luftmengde gjennom kondensatoren: 144,55 kW = Xm3/s -1,15 kg/m3 • 1,0 kj/kg • K • 10 K 144, 55 kW 1,15 kg/m3( 1, 0 kj/kg • K) • 10Å"

Blandede spørsmål med svar

427

Det trengs 12,56 m3/s med luft.

Oppgave 5 En pumpe leverer vann til to steder slik figuren nedenfor viser. Alle data som er nødvendige, finner du på figuren. Engangsmotstanden £ = 3,0 blir regnet på hastigheten i greinrøret. Vi regner med at vannstrømmen er lik i begge greinledningene. a Beregn transporthøyden Hsom funksjon av volumstrømmen q^. b Hvilken pumpe må vi velge dersom den nødvendige vannmeng­ den er 300 1/min? c Beregn volumstrømmen dersom ventilen på den ene greinledningen blir helt stengt.

ds=76 mm Ls=3,8 m Xs=0,022

428

Oppgaver

Forslag til løsning a Transporthøyden: 122, 5 • 103 3 ^22 + ht 1000 • 9, 8 2 ■ 9, 8

’ der

= hastigheten i greinrør q = vannmengden, dvs. -y i hvert greinrør v = hastigheten i hovedrør

y, =------ q—----- - = 244,76 • q 2-n-0,0051 v2 = 59907 ■ ?v2

. = 220,44 • q

v= 7t • 0, 076

= 48592 ■ ?v2

59 907 2 48 592-/, H=3,5 + 12,5 + -^-?v +-^°’ 022 19 + 5 + 0, 2 + 5 + 0, 16 0, 076 2

59 907 • qjf), 024 • 3, 4 ------ --- ------------19,6 l 0,051

1-

j

+ U, 2

H= 16 + 3056,5 • q? + 39 319,9 • ?v2 + 14 671,1 • ?v2 H= 16 + 57 050-g2

(5,7 • 104 • qv2)

Blandede spørsmål med svar

429

b

Vi må velge pumpe BO - 70/10 (volumstrøm blir ca. 375 1/min). 7

c

239 629 -qv( 0,024-3,4.. . //= 3,5 + 12,5 + —19,6“l1+ 0,051 +3’2 + 39 319,9- q2 H = 16 + 70 910,6 • q2 + 39 319,9 • q2 = 16 + 110 230-ff2 Det gir en volumstrøm ca. 320 1/min.

En sentrifugalpumpe har en karakteristikk som er gitt av denne tabellen: Kapasitet qv (1/min)

300

400

500

600

Transporthøyde H (m)

15,5

14,0

11,7

8,5

Pumpa arbeider i et system i et maskinrom på et skip. Se figuren ovenfor.

Vi har disse dataene: Innvendig rørdiameter, suge- og trykkside Samlet lengde av suge-og trykkrør Rørmotstandstall £ = Motstandstall for kjøler K Motstandstall for ventiler 1 stk. 3 stk. å Motstandstall for bend 3 stk. å Sjøvannets tetthet

430

Oppgaver

70 mm 12 m 0,024 12 0,7 5,0 0,16 1030 kg/m3

a

Tegn pumpekarakteristikken.

b

Finn ligningen for anleggskarakteristikken og tegn den inn sammen med pumpekarakteristikken.

c

Bestem leveringsmengde og effektbehov når den totale virknings­ graden er 0,7.

Gjennom kjøleren strømmer det 300 1 smøreolje per minutt. Oljens tetthet er 910 kg/m3, og den spesifikke varmekapasiteten er 1900 J/(kgK).

Spesifikk varmekapasitet for sjøvann er 4000 J/(kg K). Temperaturene står på skissen ovenfor. d

Beregn hvor mange liter sjøvann som må passere gjennom kjøle­ ren per minutt. Godstykkelsen i kjølerørene er 2 mm. Varmeledningsevnen X = 45 W/mK. Varmeovergangstallet på oljesiden Ot1 = 114 W/m2K. Varmeovergangstallet på vannsiden OC2 = 7800 W/m2K.

e

Beregn nødvendig kjøleflate.

Forslag til løsning

b

Anleggskarakteristikken: ha =

—1—f

Yf 1 + 12 °’024 + 12 + 0, 7 + 15 + 0, 48 j

2'9> 8Vk ■ 0, 072'

V

h = 114700 • q2

c

0,07 (q i m3/s)

/

Leveringsmengde a 7.60 000------Pumpeeffekt = 948 W d

Volumstrøm sjøvann: qv • 1030 • 4000 • 8 = 0,3 • 910 • 1900 • 35 q^ = 0,551 m3/min = 551 1/min

e

Varmestrøm: P = -777— -910 = —• 1900 = • 35 K 60 s m3 kg K

P= 302 575 W

Blandede spørsmål med svar

431

Midlere temperaturforskjell: 70

ATm=

AT1=42

42-15

=26,2 K

ln5T

28

U-verdien: 1 _ 1 0.002 , 1 U 114 + 45 + 7800

1.5,9410-3

Kjøleflate: 302 575 = 111,8 ■ A ■ 26,2 —> A = 103,3 m2

Oppgave 6 Lufttrykket i en kanal blir målt ved hjelp av et U-rørsmanometer. Manometervæsken er vann. Avstanden mellom væskeflatene blir avlest til 147 mm. Se figuren nedenfor. Beregn lufttrykket i kanalen i Pa.

Forslag til løsning

Lufttrykket i kanalen:

P=p- g-h = 1000 • 9,81 • 0,147= 1442 Pa o.t.

Oppgave 7 I et rør med diameter 60 mm strømmer det olje med tetthet 850 kg/m3. I røret sitter det en blende (strupeflens) med diameter 33 mm. Differansetrykket i U-røret blir avlest til 200 mm Hg. Beregn oljestrømmen i kg/s. Forlag til løsning zo o \ 2

Arealforhold m = — = 0, 30 m. a = 0,19 Oljestrøm: qm = 1,11 • 1 • 0,19 • 0,0602 7850 ■ 200 • 133, 3 = 3,6 kg/s

Oppgave 8 Vi skal finne rørfriksjonskoeffisienten X for et rør med diameter 80 mm. Se figuren nedenfor. Vannstrømmen blir målt til 300 1 per minutt. Trykket i punkt A blir avlest til 500 mm vannsøyle.

432

Oppgaver

Trykket i punkt B blir avlest til 360 mm vannsøyle. Avstanden mellom A og B er 10 m. Beregn A.

Bernouillis ligning gir: 0 99 A- 10 0,5° = 0,36 + • 0, 08 10, 62 0,14 = 6,31 - Å Å = 0,022

Hastighet i rør: 300 v = ------------------------- = 0,995 m/s 60 000 • n • 0, 040 z/2 = 0,99

Oppgave 9 Figuren viser en tank som er delvis fylt med vann. Over vannet er det et overtrykk på 5,0 bar (lufttrykk). En rørledning fører fra tanken til et tappested 15 m høyere enn væskenivået i tanken. Røret har en diameter på 12 mm, og lengden er 50 m. Rørfriksjonskoeffisienten er 0,028. Røret har tre rørbend på 90° med R = 36 mm. En ventil på enden av røret har engangsmotstanden £ = 1,0. Beregn væskestrømmen i liter per minutt når ventilen åpnes. Beregn væskestrømmen per minutt dersom det ikke regnes med tap.

Blandede spørsmål med svar

433

Forslag til løsning

Bernouillis ligning gir:

5 • 105 9810

2

2

15 +

V

19, 62

v 2000 mg/kg

4.

HELSEFARE

Generelt : Liten helsefare. Innånding / svelging : Innånding av tåke i høye konsentrasjoner kan gi irritasjon i nese, svelg og luftveier. Hud : Gjentatt hudkontakt kan gi lett irritasjon. Langvarig / gjentatt hudkontakt kan gi allergi. øyne : Kan gi irritasjon ved øyekontakt.

5.

FØRSTEHJELP

Generelt Innånding / svelging Hud

: :

Øyne

:

Sørg for ro, varme og frisk luft. Fremkall ikke brekning ved svelging. Kontakt lege. Fjern tilsølt tøy. Vask huden straks med såpe og vann. Oppsøk lege ved vedvarende irritasjon. Skyll øynene straks med store mengder vann i minst 15 minutter eller til irritasjon opphører. Oppsøk lege ved vedvarende irritasjon.

Oppgaver uten løsninger

463

SCHLØSSER MØLLER

EMKARATE RL

KULDE A/S W INFORMASJON TIL HELSEPERSONALE

7.

VERNETILTAK

Forebyggende tiltak, verneutstyr etc.

Ved fare for hudkontakt bruk vemehansker. Ved fare for sprut, bruk godkjente vemebriller.

F orsiktighetsregler ved bruk

:

Unngå hudkontakt. Unngå innånding av tåke i høye konsentrasjoner. Dekomponerer og avgir irriterende gass ved sterk oppvarming. Fare for dannelse av karbonmonoksid. Sørg for gode ventilasjonsforhold ved arbeid som fører til utvikling av damp.

F orsiktighetsregler ved lagring

:

Lagres i lukkede beholdere av karbonstål (ikke galvanisert). Oppbevares adskilt fra oksiderende materialer. Polyolesteroljer er hygroskopiske å må derfor oppbevares i absolutt tette beholdere. Vær oppmerksom på at brukt kjølemaskinolje ofte inneholder kuldemedium. Ved temperaturøkning vil oljen avgi kuldemedium og føre til trykkheving i lukkede beholdere.

8.

REAKTIVITET OG SPESIELLE FORHOLDSREGLER

Må ikke komme i kontakt med sterkt oksiderende stoffer. Dekomponerer og avgir irriterende gass ved sterk oppvarming. Polyolesteroljer er hygroskopiske (vanntiltrekkende). Fuktighet og varme kan føre til hydrolyse av polyolester til syre og alkohol.

9.

DESTRUKSJON OG RENGJØRING

Unngå utslipp til miljøet. Behandles etter SFTs regler som spesialavfall i.h.t. gruppe : 1.1 Spillolje, ren, 1.2 Spillolje, forurenset.

10.

TILTAK VED SØL OG LEKKASJE

Generelt : Utslipp på gater, mark :

464

Vedlegg

Ved større spill, meld fra til offentlig myndighet. Sug / absorber opp så mye så mulig. Embaleres i kanner / fat og sendes til godkjent mottak. Sand og jord kan brukes for å hindre videre spredning av produktet. I tillegg sørg for å rengjøre glatte flater med såpe og vann.

SCHLØSSER MØLLER

EMKARATE RL

KULDE A/S W 11.

FYSIKALSKE DATA

Konsistens / utseende : Svak halmfarget. Lukt : Mild organisk lukt. Viskositet (cSt)

ISO

Type

VG

RL32S RL68S

32 68

Brennbarhet

40°C

100°C

32 74

5.6 10.1

:

Eksplosive egenskaper: Oksidasjonsegenskaper :

12.

Flytepunkt (°C)

Flammepunkt °C)

114 118

-46 -35

250 245

Spes.vekt ved 15°C (g/cm3) 0.973 0.973

Surhetsverdi mg KOH/g

0.02 0.02

Stoffet / produktet er brennbart. Kan antennes ved oppheting. Selvantennelsestemperatur = 390°C -

BRANNTEKNISKE OPPLYSNINGER

Brannfareklasse : Brannslokkingsmiddel:

Andre momenter

13.

Viskositetsindeks

:

Skum, pulver, CO2 , vanntåke. Vann kan forårsake skumming. Bruk vann til å holde eksponerte beholdere nedkjølt. Vann kan brukes til å spyle bort spill. Ved brann dannes irriterende gasser. Dekomponerer og avgir irritemde gass ved oppvarming. Fare for dannelse av karbonmonoksid.

MERKING

Generelt Faresymboler R - setninger S - setninger

YL - gruppe / tall Andre opplysninger

14.

Produktet er ikke klassifiseringspliktig i.h.t. merkeforskiftene.

TRANSPORTOPPLYSNINGER

Ikke klassifisert som farlig gods.

15?

OFFENTLIGE LOVER OG BESTEMMELSER

T-1037 Forskrift om spesialavfall.

16?

EGNE OPPLYSNINGER

Oppgaver uten løsninger

465

Produktdatablad Produsent / importør.

Dato:

CoolTech A/S

Handelsnavn:

07-1993

ICI KLEA 134a

Troilåsvn. 4, Postboks 12,1414 Trollåsen Telefon 66 80 02 60 - Telefaks 66 80 41 90 Datablad utarbeidet av:

Emballasje:

Akre~Aas Miljøkjemi AS

Trykkbeholder

postboks 79,2550 Os i 0. - Telefon Jfaks: 62 49 72 55

Afiv^ødalaa •

Kuldemedium.

l kontakt med flater som holder romtemperatur vil flytende gass koke voldsomt og sprute. Stabil opp til 150 grader C. Ved høy temperatur vti produktet brytes ned til giftig og etsende hydrogenfluorid (flussyre). Reagerer med metaBer i pulverform.

466

Vedlegg

Trykkbeholder

J£l KLIjA 134a

ggg

'-•a

Kuldemedium.

-

^^^^'^^^^prto^ifoehoider eller kjøleanlegg øyeblikkelig fordampe og medføre tare for frostskader.

Gassen medfører liten akutt helsefare ved lave konsentrasjoner. I forbindelse med åpen ild eller sterk varme er det fare or

utvikling av etsende og giftig hydrogenfluorid (flussyre). Svelging lite aktuelt, men vil medføre frostskader. Innånding av gassen kan påvirke sentralnervesystemet med en bedøvende effekt Symptomer kan være svimmelhet, konsentrasjonsvansker, tretthet bevisstløshet åndedrettsproblemer og hjerterytmeforstyrrelser. Lungeødem kan oppstå.

Gassen kan fortrenge luftens oksygen og medføre fare for kvelning.

Hudkontakt med stoffet i flytende form kan medføre frostskader. I gassfase vil produktet virke sterkt avfettende.

Øyekontakt med stoffet I flytende form medfører frostskader og fare for tap av synet.

KbHmHRhmRmmHR Produktet er ikke brennbart og virker brannhemmende. Trykkbeholdere kan eksplodere i tilfelle brann. Fare for dannelse av giftig og etsende gass.

Beholdere avkjøles med vann.

Observer at gassen er tyngre enn luft og vil kunne akkumuleres i gulvnivået eller i fordypninger. Bruk kun utstyr (f.eks. slanger, regulatorer, ventiler etc, som er beregnet for den aktuelle gassblanding.

w ♦ Verneutstyr:

Øyevern og hansker i PVA eller Viton. Hold kroppen tildekket. Åndedrettsvem med filter A (brunt) eller friskluftmaske ved høy gasskonsentrasjon. I tilfelle brann brukes gassmaske med filter B (grått).

Ved bruk:

Sørg for god ventilasjon, også i guivhøyde. Påse at slanger, ventiler etc. ikke har lekkasjer. Kontakt med åpen ild, sveiseflamme eller varme gjenstander må unngås. Det må ikke røykes under arbeidet

UaX i

:

vea lagring: F7 '

Gassflasker må ikke utsettes for støt og varme. Lagres på et godt ventilert sted. Beskyttes mot sollys og fokket ventilen skal være stengt og hetten påskrudd. Varselskilt *Gass under •

~

. '...

Generelt Sørg for frisk luft Hold pasienten varm og i ro. Ved bevisstløshet løses stramme klær og pasienten legges i

stabilt sldeleie. Gi ikke drikke til bevisstløs person. Sørg for åpne luftveier, evt kunstig åndedrett eller hjertekompresjon.

Tilsølt hud vaskes med vann og såpe. Ved frostskader eller etseskader (i tilfelle brann) må klær, sko og strømper løsnes og fjernes der skaden er oppstått Skyfles forsiktig I temperert vann. Ikke gni på skadet hud. Sår dekkes med sterilt kompress. Søk evt lege.

Ved øyekontakt skylles øynene straks med store mengder vann I minst 15 minutter. Unngå store vanntrykk mot øyet ikke

gni Fortsett skyllingen under transport til lege.

Symptomatisk behandling som ved Inhalasjon av narkosegass. kontroll av hjerterytme (EKG). Unngå bruk av adrenalin* Pasienten holdes i ro og observeres minst 1 døgn for mulig utvikling av lungeødem. Frostskader behandles som brannsår.

............................. ....... .... ...................

varme gjenstander i lokalet fjernes. Utslippstedet må ventileres godt Ved utslipp til ledningsnett skylles godt etter med vann for å hindre gassansamlinger.

Gassflasker med lekkasje søkes tettet eller overført til egnet emballasje. Unngå i størst mulig grad utslipp til luft Om utslipp er uunngåelig, sørg for at gassen ikke trenger ned I kloakknett kjellere eller grøfter.

■■■

Tomme gassbeholdere og brukte kuidemedler returneres til leverandør for gjenvinning / gjenbruk / destruksjon. HFK-gassene må ikke slippes ut i atmosfæren. Spesielle flasker for tapping av brukt medium kan fåes fra leverandør. Restprodukter kan også leveres som spesialavfall av gruppe 14 - Annet organisk avfall - til autoriserte mottaksanlegg. R®'

Oppgaver uten løsninger

467

a HYDRO

Registreringsnummer Signert

33184 09GS

YRKESHYGIENISK PRODUKTDATABLAD 1 HANDELSNAVN______________________________________ AMMONIAKK

2 PRODUSENT/IMPORTØR, UTENLANDSK PRODUSENT Norsk produsent/ importør

HYDROGAS NORGE AS Pb. 23 Haugenstua 0915 OSLO

Telefon 22 10 64 10

Utenlandsk produsent

Telefon

3 KJEMISK SAMMENSETNING CAS - nummer 7664-41-7 7732-18-5

Ammoniakk Vann

Vekt - % 99.5-100 0-0.5

Administrativ norm 18 mg/m3

4 UTSEENDE, LUKT M.M, Generelt: Gass med gjennomtrengende stikkende lukt. Ammoniakk kondenseres lett til en fargeløs, lettflytende væske. Luktterskel: 5-10 ppm Konsistens: GASS VÆSKE

5 YRKESHYGIENISKE OG TOKSIKOLOGISKE DATA Fareklasse (AT / SFT): Administrativ norm...: YL-tall........... Toksikologiske data..:

6

Giftig

/ Miljøskadelig 25 ppm YL - gruppe: LD50 (oral rotte): 350 mg/kg, LCLo (ihl rotte): 2000 ppm/4h. 18 mg/m3

HELSERISIKO

Generelt: Ammoniakk virker etsende. Høye gasskonsentrasjoner (over 2500 ppm) kan gi alvorlige skader og i verste fall føre til død. Symptomer ved eksponering er hoste, sviende følelse i nese og svelg og rennende øyne.

Innånding / svelging: Irritasjon av slimhinnene. Etsskader ved høyere gass­ konsentras joner. Fare for lungeødem (væskeansamling i lungene).

Hud: Rød hud, svie, blærer og sår kan forårsakes ved høye konsentrasjoner. Flytende ammoniakk gir frostskader.

Øyne: Ammoniakk virker irriterende på øynene. Sprut eller høye dampkonsentrasjoner kan føre til etsskader med varig synssvekkelse.

468

Vedlegg

NORNE Yrkeshygienisk Produktdatablad

7

- side 2 -

Registreringsnummer

331S4

FØRSTEHJELP___________ _________ ________________________________________________ ____

Generelt: vedkommende bringes snarest mulig bort fra eksponeringskilden. Vanlig førstehjelp: Ro, varme, frisk luft. Ved bevisstløshet: Løs stramtsittende klær, stabilt sideleie. Ved åndedrettsbesvær: Kunstig åndedrett. Ved hjertestans: Hjertekompresjon. Kontakt lege.

Innånding / svelging:

se generelt (over).

Hud: Dersom den skadede har fått sprut av ammoniakk på hud/klær, spyles/ dusjes vedkommende med rikelig mengde vann mens tøyet fjernes. Huden dusjes/ vaskes med vann i lengre tid. Øyne: Dersom øynene er blitt utsatt for sprut eller høye dampkonsentrasjoner skylles med rikelige mengder vann over flere timer. Den skadede skal snarest behandles av øyespesialist, evt, annen legehjelp. Skylling under transport.j

INFORMASJON TIL HELSEPERSONALE

8

__________ ____________________________________________

Generelt: Generelt for pulmonale forgiftninger. Symptomatisk behandling, spesielt med henblikk på frie luftveier, respirasjon, oksygentilførsel og lungeødem. Hold pasienten i fullstendig ro (meget viktig).

,i

Unngå mye væske. Corticosteroider kan forsøkes profylaktisk (forebyggende) mot lungeskader. Helsekontroll:

9

VERNETILTAK

____________________________________________ ______________________________ —

Forsiktighetsregler ved bruk, verneutstyr etc.: øye- og ansiktsbeskyttelse. Øyespylemuligheter. Dusj nær arbeidsplassen. Hansker og øvrig beskyttelsesutstyr av plast, gummi eller annet motstandsdyktig materiale. Gassmaske med filter K (grønn) ved lave konsentrasjoner. Ved høye konsentrasjoner må åndedrettsvern med lufttilførsel og beskyttelsesdrakt benyttes. Kontroller at gassmasken er tett før bruk, og skift filter i tide. Gassen er som regel under trykk ved håndtering. Stående eller løse flasker må festes eller sikres på annen betryggende måte og man må påse at slanger, koplinger, ventiler etc. ikke har lekkasjer. Forsiktighetsregler ved lagring: Ammoniakk må oppbevares tørt og kjølig i godt ventilerte rom. Beholdere med ammoniakk må ikke utsettes for unødige mekaniske påkjenninger eller temperaturer over 35 gr. C.

10 REAKTIYITET,-KORROSIVI TET OG SPESIELLE FORHOLDSREGLER _____________________________ ---------------------

------------------------------------------- 1

i

Generelt: Ammoniakk angriper kobber, sink og aluminium. Ammoniakk kan danne eksplosive forbindelser med syrer, klor, brom og jod. Ammoniakk kan videre danne eksplosive forbindelser med f.eks. oksider av sølv og kvikksølv. Tilstander som må unngås: Instrumenter som inneholder kvikksølv bør ikke brukes hvis kvikksølvet kan komme i kontakt med ammoniakk. Skadelige dekomponeringsprodukter:

Farlige polymerisering:

_____

_____________________________

Oppgaver uten løsninger

j

469

NORNE Yrkeshygienisk Produktdatablad

Registreringsnummer

- side 3

331S4

11 DESTRUKSJON OG RENGJØRING Spesialavfall: ja Avfallsgruppe: **** se spesialavfallsforskrift for EAK-kode. Generelt: Se spesialavfallsforskrift for EAK-kode. Ved destruksjon og deponering av store mengder ammoniakk, er det nødvendig å kontakte Statens forurensningstilsyn for nærmere opplysninger. Mindre mengder kan fordampes under forutsetning av at omgivelsene ikke sjeneres, større mengde absorberes i vann som etter eventuell nøytralisering kan føres til kloakk.___________________________

12 TILTAK VED SØL OG LEKKASJE Generelt:

_____________________________________________ _________

Gassen transporteres som regel under trykk på gassflasker/trykkbe-

holdere. Ved lekkasje vil gass eller væske strømme ut. Utstrømming av væske kan om mulig hindres ved å dreie beholderen slik at lekkasjestedet blir i gassfasen istedet for i væskefasen. Da vil kun gass strømme ut. Gassutstrømming kan reduseres ved avkjøling av beholderen. Mindre lekkasjer kan for en kortere periode i nødsfall "slås ned" med vann mens reparasjon/tetting eller lukking av ventiler, etc foretas. Større lekkasjer (utstrømninger ) bør demmes Utslipp til vann / sjø: opp. Fordampningen kan reduseres ved å dekke overflaten med skum. Ved større lekkasjer unngå bruk av vann da dette vil øke fordampningen. UTSLIPP VANN/SJØ: pH i vannet øker kraftig med derav øket risiko for fiskedød. Vær oppmerksom på mulige vanninntak og sørg for varsling av impliserte brukere. Utslipp på gater / mark: Ved større uhell bør evakuering av området overveies.

Kontakt politi og brannvesen. Kondensert ammoniakk-gass kjøler hurtig ned underlaget, noe som kan føre til at vannledninger fryser. Mindre mengder ammoniakk saneres enklest ved naturlig avdamping.

13 BRANN OG EKSPLOSJONSDATA

_________________________________________________________

Generelt: Ammoniakk kan være brannfarlig og kan danne eksplosiv blanding med luft (gjelder spesielt i lukkede rom). Ammoniakk er ikke brannfarlig i henhold til definisjon i lov av 21. mai 1971 om brannfarlige varer.

Fareklasse (DBE) nedre

Risiko / forebyggende tiltak:

Eksplosjonsg renser ( vol % ) 15 øvre 28

Tenntemp. (°C) 630

Flammepunkt (°C)

ved brann skal trykkbeholdere fjernes. Dersom dette ikke

er mulig, avkjøles beholderne med rikelige mengder vann eller dekkes med skum. Unngå ild og varme gjenstander, da dette kan føre til antennelse. Det skal ikke sveises på tanker/beholdere som inneholder NH3 eller NH3 i vann. Slike tanker/beholdere skal tømmes, rengjøres og om nødvendig spyles med N2 før sveising skal påbegynnes. Brannslukkingsmidler: Vanntåke og skum.

14 FYSIKALSKE DATA Kokepunkt / Intervall (°C): Smeltepunkt (°C)....... Spesifikk vekt (g/cm3)...: Damptrykk (mmHg)..... :

-33 -78 0.64 * 8.6 bar **

* Flytende, 0 gr. c. ** Abs. ved 20 gr. c. *** Ved 1 atm. og 0 gr. C.

470

Vedlegg

Metningskonsentrasjon.: Damptetthet (luft = l) ....: pH i bruksløsning..... Vannløselighet ....... :

0.6

90 g/100g H2O ***

NORNE Yrkeshygienisk Produktdatablad

15 transportklassifisering_____________ Klassifisert som farlig gods: UN-klasse..: 2 SJØ IMO-klasse: 2.3 VEI/JERNBANE ADR/RID kl: 2 Transportuhellskort ... : TEC (R) - 1 Fargekode (rørmerking):

331 = 4

Registreringsnummer

- side 4 -

________

JA nr........ : 1005 IMDG-side: 2104 siffer.... : 2TC

pakkegruppe BC-appendix LUFT ICAO kl: 2.3

BC nr:

Emballasje: Fareseddel: IMDG (sjø): 2.3 (GIFTIG GASS) + 8 (ETSENDE) ADR (vei): 6.1 (GIFTIG). RID (jernbane): 6.1 (GIFTIG) + 13 (SKIFTES FORSIKTIG) ICAO (luft): 2.3 (GIFTIG GASS) + 8 (ETSENDE) * Transport forbudt på passasjerfly.---------- ------ - ---------------------------

16 RRUKERMERKING

__ _______________ ______ ___________ Merkeplikt JA

YI-gruppe Yl-tall

Risiko- og sikkerhets-

G1FTS

Brannfarlig. Giftig ved innånding. Etsende. Meget giftig for vannlevende organismer. Holdes vekk fra antennelseskilder - Røyking forbudt. Får man stoffet i øynene; skyll straks grundig med store mengder vann og kontakt lege. Bruk egnede verneklær, vernehansker og vernebriller/ansiktsskjerm. Ved uhell eller illebefinnende er omgående legebehandling nødvendig; vis

etiketten om mulig. Unngå utslipp til miljøet. Se produktdatablad for ytterligere informasjon. Oppbevares på et godt ventilert sted.

17

ANVENDELSE_________________ __ ________________________________________

Som kjølemedium og til en rekke tekniske formål.

18 KILDE FOR OPPLYSNINGER____________________________ _ _____________________ _ ____________ Datablad laget av: Dato: 18.02.97

Hydro Rjukan v/ Eric Christensen Sted: Rjukan

19 EGNE OPPLYSNINGER - FYLLES UT AV BRUKER________ ______________________________ BRUKSSTED

Bruksmåte:

Spesielle forholdsregler:

LAGERSTED

20

GODKJENNING

__________________ ______________________ _ ____________________________ _

Godkjenningsstatus: Godkjent OLF Revisjonsnummer...: 1

Revisjonsdato:

16.08.97

Initialer.

09GS

Oppgaver uten løsninger

471

Stikkord

A absolutt fuktighet 53 absorbator 14 absorpsjonsanlegg 14 absorpsjonsfylling 153 aggregattilstand 18, 26 akseltetning (pakkboks) 135 akseltettning med metallbelg 136 ammoniakk (NH3) 347 ammoniakkvannanlegg 14 analog stegkoplar 365 analog utgang 367 analog-digital- omformar 313 analysering av olje 269 anergi 21 anker 361 anleggskarakteristikk 73 annuitetsfaktor 182 Antifrogen L 260 Antifrogen N 262 arbeidskontak 401 areometer 260 atmosfærisk luft 47 atmosfærisk trykk 330 autogenapparat 348 automatisk avriming 290 avlastingsinnretning 96 avløp fra kjøle- og fryserom 112 avløp til sluk 112 avriming 195 avrimingsperiode 405 avrimingsur TI5

B badfordamper 111 base 358 batterieliminator 358 behandling av kuldemedie 246 beholder (receiver) 86 beregning av rørfriksjonstall 119 bevegelsesenergi 68 binær stegkoplar 318, 366 blandingskammer 58 brann- og brotskadar 413 brennbare medium 247 briller 348 brukstid (levetid) 179

Burn-out-filter 165 bypassregulering 301

C Carnot, Saidi 22 carnotprosess 22 Carnots kuldefaktor 22 Carnots varmefaktor 22 CS-motor med sentrifugalbrytar 396 CS-motor med straumrelé 397 CSR-motor 397

D dampdiffusjon 215 dampfart i sugeleidning 269 dampfukter 63 dampfylling 153 dampsperre 215 Danfoss oljetrykksvakt 151 delprosess 20 desibel (dB) 221 diac 360 diagram over korrigert kuldeytelse 124 differansetrykk 388 diffunder 55 diffusor 15 dimensjonering av termostatisk ekspansjonsventil 125 diodar 356 diodestyring 357 direkte kjøling 62, 84 doggpunkt 54 doggpunktstemperatur 54 drenering 113 drift 265 drivhuseffekt 238 drivhusgass 239 drosselregulering 398 dynamisk styrekrins 362 dynamisk trykk 68 dysefukter 62

E effekt 392 effektiv virkningsgrad 70 effektregulering 399 effektstyring av sentrifugalkompressor 101 eigenoppvarming 380

473

einfasemotor 414 ejektoranlegg 14, 15 eksergi 21 ekspansjon 31 ekspansjonsledning 117 ekspansjonsventil 301 elektrisk energi 21 elektrisk spenning 390 elektrisk straum 391 elektriske anlegg 410 elektromotor 417 elektronisk multimeter 353 elektronisk nivåregulator 155 elektronisk pressostat 150 elektronisk termostat 154 emitter 358 endelager 131 energi 20 energikilde 180 energisentral 177 entalpi 50, 51 entropi 25 esterolje 252 etterfylling av olje 343 eutektisk punkt 260

F farar 410 feilsøking 413 filter 59 fireleiar 381 fjærbelastet sikkerhetsventil 159 flashgass 33, 87 flasker 246 flatfilmsensor 379 flenseverktøy 351 Force Auto 251 fordampartrykksregulator 302 fordampartrykksventil 302 fordamper 85, 87, 109 fordampertrykksregulator 162 fordampningskondensator 108 fordampningskuldeanlegg 13 fordampningsprosess 12, 26, 27, 29 fordampningstemperatur 26 fordampningsvarme 26 fordunstningsfukter 63 fortrengningskompressor 91 forurensningsproblem 239 frekvens (Hz) 221 frekvensomformar 398 frekvensregulering 399 friksjonstap 68 friskluftvarme 226 friskluftventilasjon 195 frostsikringsspjeld 59 frostsprenging 321 frysepunkt 261

474

Stikkord

frysetunnel 196 fukter 62 fuktig strømpe 48 fuktindikator 336 fyllingsprosess 342 følbar varme 26, 55 følerplassering 143 førstehjelp 235

G gasskip 201 gassluse 204 gassmengde 389 global oppvarming 238 glykol 62, 262 gradverktøy 350

H halvhermetisk 96 halvhermetisk kuldekompressor 84 heilisolert 412 Helsinkiavtalen 242 hermetisk einfaskompressormotor 418 hermetisk kompressor 97 hermetisk kuldekompressor 85 hermetisk kuldemediepumpe 207 hermetisk motor 418 hermetisk system 414 hetdampledning 117 hjelpekontak 401 HKFK 243 HKFK-utfasing 242 hovudkontakt 401 hovudstraumsskjema 369, 371, 402 hx-diagramm 49 høgspenningsanlegg 410 høgtrykkspressostat 292 høytrykk 13 høytrykksflottørventil 147 høytrykkspressostat 150 høytrykkssiden 86 håndregulert reguleringsventil 140

I indirekte kjøling 62, 84 indirekte kuldeanlegg 88 indirekte varmepumpe 168 indre energi 21 induktiv detektor 388 infraraud temperatursensor 384 inntaksrister 58 innvendig 144 investering 184 isentropisk (adiabatisk) kompresjon 29 isentropisk ekspansjon 23 isentropisk kompresjon 23 isentropisk virkningsgrad 35 isolasjonsmateriale 216

isolasjonstykkelse 219 isotermisk ekspansjon 23 isotermisk kompresjon 23

K kalddampprosess 24 kaldluftmaskin 12 kalsiumklorid 260 kanalberegning 76 kapasativ detektor 388 kapasitetsdiagramm 71 kapasitetsregulator 163 kapasitetsregulering 96, 134 kapasitetstabell for fordampere 123 kapillarrør 149, 288 kapillarrørsregulering 414 kapitalavkastning 184 kaskadeanlegg 85, 191 keramiske element 378 KFK 243 kinetisk energi 21 kjøle- og frysekonteiner 194 kjølemiddel 84 kjøletårn 85 kjøletårnsanlegg 108 klargjering 264 klesplagg 348 klorfluorkarbon (KFK) 239 koboltsalt 336 kokepunkt 26, 261 koksalt 259 kollektor 358 kombinasjon av olje, ved og elektrisitet 181 kommersielle anlegg 15 kompoundmotor 398 kompresjonsarbeid 35 kompresjonsforløp 94 kompressor 88 kompressoranlegg 13 kompressorhus 130 kompressorkuldeanlegg 85 kondensasjon 30 kondensator (kondenser) 85 kondensator for husholdningsskap 107 kondensator type 105 kontaktor 400 kontroll 266 kontroll av kompressor 270 kontroll av kondensatorar 271 konvertering 249, 250 koparplettering 346 korreksjonstabell for R-22 123 kryssbolt 132 kuldeaggregat for indirekte kjøling 85 kuldeanlegg 84, 266 kuldeanlegg for gasstanker og kjølelast 197 kuldeanlegg med instrument 282 kuldeanlegg til ein frysedisk 405

kuldebatteri 61 kuldebehov 226 kuldebærer 84 kuldekompressoraggregat 85 kuldemediebeholder 161 kuldemedieinndeling 241 kuldemedieutviklingen 243 kuldemedium 84, 233, 337 kuldemediumflaske 341 kuldesystem 84 kuldeteknisk prosess 84 kuldeytinga 264

L lagerklaring 130 lagring av kuldemediet 234 lake 87, 259 laketermostat 153 lamellbatteri 61 lamellfordamper 110 laminær strømning 115 latent varme 55 lavtrykk 13 lavtrykksflottørventil 147 lavtrykkspressostat 149 lavtrykkssiden 86 ledeskovlestruping 102 lekkasje 266 leveringsgrad 37 likestraumsmotor 398 likestrømskompressor 89 logisk styring 361 lufteventil 216 luftkjøler 112 luftkjølt kondensator 107 luftkondisjoneringsanlegg 58 luftslør 216 luftutskiller 160 lydabsorbator 58 løftehøyde 207 lønnsomhet 184 lønnsomhetsberegning 182 lågspenningsanlegg 410 lågtrykkspressostat 292, 328

M magnetventil 157, 158, 320 manometermanifold 350 manometermanifold (elektronisk) 350 mattefukter 62 mekanisk energi 21 mekanisk virkningsgrad 36 mellommedium 62 mellomspenningsanlegg 410 merkeskilt 394 metningstemperatur 26 metningstrykk 54 mindre kuldeanlegg 15

475

modningsvarme 227 mollierdiagram 24, 50 montering av kuldeanlegg 328 Montrealprotokollen 242 MOP-funksjon 145 MOP-ventil 294 motoreffekt 70 motstandselement 376 motstandskoeffisienten 82 motstrømsprinsipp 86 måleprinsipp 382 målepunkt 382

N natriumklorid 260 Nemko-merkt 412 normalkubikkmeter 72 Norsk Kuldenorm 333 nyttiggjort effekt 70 nåverdifaktor 184

O OG- eller ELLER-funksjon 361 Ohms lov 390 olje i fordamparen 269 olje i kompressoren 269 olje i kuldeanlegg 345 oljeanalyse 251 oljeprisen 181 oljepåfylling 342 oljetilbakeføring 324 oljetrykkspressostat 151, 292 oljetrykksvakt 294 oljeutskiller 86, 155, 346 omløpsstyring av sentrifugalkompressor 102 opplading 417 oppstart 264 organisasjonsblokk 373 overheting 27, 31 overhetingstemperatur 85 ozonlag 236, 238

P pakkboks 93, 135 partialtrykk 49 P-band 299 PC med inngangskort 363 PC med utgangskort 363 pellets og flis framstilt av trevirke 181 personleg verneutstyr 354 pH-verdi til lake 263 PID-regulator 311 pilotstyrt magnetventil 158 platinatråd 378 PLS 362 PLS - programmerbar logiske styring 277 PLS med utstyr 305 PLS og LAD-programmering 370

476

Stikkord

PLS-koplingsskjema med absolutte adresser 372 PLS-skjema 370 polyalfaolefinolje 345 potensiell energi 21 praktiske råd 281 pressostatisk reguleringsventil 143 prinsippet for RSW-tankkjøling 193 propan R-290 243 propellvifte 67 PSC-motor 395 psykrometertabell 48 PT100 377 pumpekarakteristikk 208 punkteringsventil 332 påfyllingsslange 340, 341

R R 244 R-12 244 R-134a 243 R-13B1 244 R-22 244 R-401B 244 R-404A 243 R-407C 244 R-410A 244 R-502 243 R-503 244 R-508B 244 R-717 (NH3) 347 R-744 243 regulering av avgitt effekt fra energisentralen 177 reguleringsventil 87, 140 rein stegkoplar 365 relativ fuktighet 52 relé 400 reléstyring 360 responstid 380 reversibelt varmepumpeanlegg 171 Reynolds tall 118 ribberør 61 rollekjølefodamper 111 romtermostat 291 roterende fukter 62 RSW-anlegg 192 rør og rørføring 322 rørbøyefjør 350 rørfordamper 111 rørkuttar 350 rørlegging 324 rørskjema (isometrisk) 255 rørsystem 324 rørsystemet i kuldeanlegg 114

S saltlake 62 sammenligning av ulike varmekilder 178 seglass (fuktighetsindikator) 156

sekundært kuldemedium 259 semihermetisk 96 sensitivitet 380 sentrifugalkompressor 99 sentrifugalvifte 67 seriemotor 398 servicemanifold 341 servicetrykkventil 341 shuntmotor 398 sikkerhet 234 sikringsventil 320 sirkelprosess 18 sjalusispjeld 59 sjåglasindikator 336 skivefukter 63 skrollkompressor (labyrintkompressor) 103 skruekompressor 97 skrueprosessorinnsuging 99 slagvolum 94 slyngepsykrometer 47 smertegrenselyd 222 smørjeolje 267, 344 solenergi 169 sommerdrift 172 spesifikk entalpi 30 spesifikk entropi 25 spiralbatteri 61 spole 361 spolekontakt 400 sprengplate 335 stabilitet 380 startkondensator 416 stegkoplar 365 stempel 131 stempelkompressor 95 stempelring 131 stigediagram 373, 375 stillstandsregulering 95 stjernekopling 394 stoppventil 165 stratosfæren 237 straumrelé 415 straumskjema for motorvern 404 strupelinje 71 strupeventil 85 strømningsforløp 68 strømningstap 117 stumfylling 342 styrekrins 356 styrestraum 370 styrestraumsskjema 402 styring og regulering 176 stålrørsfordamper 110 suge- og trykkventil 133 sugehøyde 207 sugeledning 116, 327 sugestoppventil 341 sugestruping ved sentrifugalkompressor 102

sugetrykksmanometer 88 sugetrykksregulator 162, 302 sveisemaske 349 sylinderforing 132 symbolliste 374 syntetisk olje 344

T tap i kretsløpsprosessen 33 tapene i en radialvifte 74 tapsfritt kuldeanlegg 23 temperaturglid 240 termisk bimetallrelé 401 termoelement (TC) 381 termostat 152 termostatisk ekspansjonsventil 302 tidsproporsjonal 365 tilbakeslagsventil 160, 302 tilført effekt 70 toleiar 381 totrinnsanlegg med lukket mellomkjøler 188 transistor 358 transmisjonsvarme 226 transmitt 385 transport av LPG- og LNG-gass 199 trefasa vekselstraumsmotor 393 trekantkopling 395 treleiar 381 trevegsventil 303 triac 360 tryggleik ved lågspentanlegg 410 trykk- og lekkasjeprøving 335 trykkbehaldar 245 trykkenergi 21 trykk-entalpi-diagram 29 trykkfall i rette rør 117 trykkfallberegning 119 trykkforløpet i en ammoniakkompressor 187 trykkleidning 327 trykkrør 224 trykkrørstemperatur 85 trykkstyrt vannventil 165 trykktap i røranlegg 115 trykkutligning 144 trykkutligningsrør 87 trykkventil 89 TS-diagram 22 turbulent strømning 115 turtallsstyring av sentrifugalkompressor 101 tyristor 359 tørkefilter 336 tørking 246 tørrmettet damp 26, 27 tørt termometer 47

U underkjølt 31 universalbøyeverktøy 351

477

ur- og avrimingstermostat 407 utlading 417 utvendig 144 U-verdi 214

V vakuumering av anlegg 329 vakuumeringsmetode 331 vakuumpumpe 349 vanndampsperre 215 vann-glykol-batteri 60 vannkjølt kondensator 107 varmegjennomgangstall 213 varmegjenvinner 60 varmeinnhold 26 varmekilde som energiform 178 varmeledningsevne 212 varmemengde 26 varmeovergangskoeffisienten 219 varmeovergangsmotstand 213 varmepumpe 167, 170 varmepumpeanlegg 167, 169 varmepumpegjenvinner 60 varmepumpesystem 174 varmeveksler 33, 60, 61, 154 varmgassavriming 273 varmgassinnblanding 103 varselskilt 355 vassventil 303 vatn i anlegget 270 vatn i dampform 330 vegsalt 259 veivaksel 130 veivstang 132 vekselstraumsmotor 393 vekselstrømskompressor 89 ventillyftregulering 295

478

Stikkord

ventilløftregulering 95 ventilplate 89, 93 verknadsgrad 393 verneutstyr 348, 353 vertikal rørkondensator 107 vibrasjonseliminator 224 viftas driftspunkt 72 vifte 66 viftediagram 67 viftemotor 399 viftevarme 226 vinterdrift 172 V-kompressor 92 væskefilter 164 væskefylling 153 væskefylt fordamper 110 væskeledning 117 væskeslag 320 væskestandsglass 86 væskeutskiller 113 vått termometer 47

W Wheatstone målebru 386

Z zenerdiode 358

0 økonomisk sammenligning av oljefyr, elvarme og varme­ pumpe 185 økonomisk vurderingsmetode 184

Å åpen kompressor 84, 91