Was bedeutet tons of refrigeration

Vanker · Anmeldungsdatum: 25.02.2018 Beiträge: 1

Meine Frage:
Ich bin schon des öfteren mit der Bezeichnung "tons of refrigeration" in Kontakt gekommen in Verbindung mit der Leistung eines Expansionsventils. Leider kann ich mir nicht ganz genau erklären was damit gemeint ist. Besonders im Zusammenhang mit einem 4 Quadranten Betrieb und Systemzuständen

Meine Ideen:
Das einzige was ich in der Literatur finden konnte war eine Umrechnung. 1 tons = 3 kW. Diese Einheit beschreibt wohl die Leistung die nötig ist, um 1 Tonne Eis in 24 Stunden zu schmelzen (Hat Historische Gründe).
Wenn ich mir nun einen Kältekreislauf ansehe, dann wird im Kondensator Wärme Abgegben, die über die Enthalpie Differenz berechnet werden kann. Nach dem Verdampfer kommt eine Drossel. Diese ist jedoch isenthalp und vermindert lediglich den Druck, jedoch bei konstanter Enthalpie. Es kam jedoch öfters die Frage auf wie viel tons ein bestimmtes Expansionsventil besitzt. Nur, wie kann man diesem eine Leistung unterstellen, wenn dort theoretisch keine Umgesetzt wird?
Ich habe außerdem gehört, dass es evt. in Verbindung mit dem Kondensator gemeint ist und das ein und das selbe Ventil unterschiedliche tons of refrigeration besitzen kann in Abhängigkeit der jeweiligen Betriebsbedingungen ... Dann habe ich noch gehört, dass man das wohl an einem 4 Quadraten Schaubild erklären könnte .. Die Literatur hat mir da jedoch nicht weiter geholfen. Und als letzte Quelle habe ich eine Berechnung gefunden in der die tons of refrigeration mit der Enthalpiedifferenz (h1-h4) berechnet wurden, wobei h1 = Enthalpie am Kondensator eingang und h4 = Enthalpie am Expansionsventil Ausgang war. Nur wenn die Expansion isenthalp ist, dann kann man theoretisch h3 =h4 annehmen ... Vielleicht kann Jemand ein wenig Licht ins dunkeln bringen?! Ansonsten würde ich einfach sagen, dass wenn Jemand mich nach den tons of refrigeration für das ventil fragt, diese der abgegebenen Wärmeleistung des Kondensators ensprechen an welchem ich das Ventil angeschlossen habe ...?!

Systemdynamiker · Anmeldungsdatum: 22.10.2008 Beiträge: 594 Wohnort: Flurlingen

siehe https://en.wikipedia.org/wiki/Ton_of_refrigeration

Duke711 · Anmeldungsdatum: 26.01.2017 Beiträge: 434

Das ist relativ einfach. Es wird zwar keine Leistung umgesetzt, aber es ist konstanter Öffnungshub und Querschnitt vorgegeben und dazu ein empirischer Druckverlust in Abhängigkeit vom Massenstrom (und somit die Strömungsgeschwindigkeit) und Dichte des Fluids (Bernoulli). Die Dichte und Druck des Fluids wird über Tc (temp of condense) und Tv (temp of vapour) angegeben. Anstatt nun den Massenstrom anzugeben, bezieht man sich einfachhalber auf die Nettowärmepumpleistung, diese sich über die Enthalpiedifferenz zwischen Tv1 und Tv2 und dem Massenstrom des Fluids errechnet.

Vanker1 · Gast

[/code]empirischer Druckverlust in Abhängigkeit vom Massenstrom [/quote]

Damit meinst du wahrscheinlich diesen Zusammenhang:

Duke711 · Anmeldungsdatum: 26.01.2017 Beiträge: 434

Vanker2 · Gast

Also, laut der Gleichung steigt die Zugeführte Energie mit dem Massenstrom. Das seh ich auch an den Diagrammen, aber ich kann es nicht ganz nachvollziehen.
Wird einem Verdampfer im Kühlkreislauf z.B. ein konstanter Massenstrom (Egal ob Luft oder Wasser) zugeführt, dann kann er eine gewisste Leistung auf die vorhandene Fläche übertragen. Wenn ich jetzt Kühlmittelseitig etwas durch den Verdampfer schicke, dann wird es doch auf gleicher Stecke mehr aufgeheizt wenn es langsamer durchfließt. Das heißt die Überhitzung müsste bei steigendem Kühlmittelmassenstrom runter gehen und nicht hoch.
Wenn ich meinen 3D Drucker auf 220 °C einstelle und mein Filament mit mit 3 mm/s durch den Extruder schicke, hat es am Ausgang auch 220 °C wie das Hotend, da das Filament genug Strecke und damit Zeit zum aufheizen hatte. Wenn ich nun aber die Geschwindigkeit erhöhe, muss ich mit der Temperatur im Hotend auch hoch gehen, da das Filament sonst mit einer Temperatur von bspw. 190 °C raus gekommt. Darum verstehe ich nicht wieso Qzu mit dem Massenstrom steigen sollte.

Dann würde ich jetzt noch gerne wissen wie ich praktisch die tons of refrigiration bestimmen könnte. Ich baue mir einen Prüfstand, dann stelle ich einen Hoch- und Saugdruck, sowie eine Unterkühlung ein. Da Ventil wird nun auf die größt mögliche Expansion eingestellt. Nun stelle ich am Verdampfer Kühlseitig den Massenstrom so ein (sagen wir mal den maximalen) und messe dann die Leistung des Verdampfers. Das könnte ich z.B. die Temperaturdifferenz der Kühlflüssigkeit machen ...
Da kommt jetzt raus, der Verdampfer würde eine Leistung von 3,7kW abgeben, was umgerechnet 1 tonne of refrigiration ergibt .. also kann mein Ventil 1 tons ...?!

Gut nun baue ich einen Verdampfer einer, der bei gleicher Ventilöffnung und Massenstrom, mehr Wärme zuführt. Dann komme ich auf 7,6 kW ... dann hat das selbe Ventil auf einmal 2 tons ...

Das kann ja nicht sein oder? Wenn doch, dann versteh ich nicht wieso die Hersteller in ihren Katalogen angeben, dass Ihr Ventil z.B. 1 tons Leistung hat, aber nirgendwo noch zusätzliche Angaben gemacht werden, wie ist das zu verstehen?

Duke711 · Anmeldungsdatum: 26.01.2017 Beiträge: 434

Mit der Temperaturdifferenz ist es aber nicht getan, sondern die Überhitzung muss festgestellt werden, also es geht um die Dampfform. Also benötigt man noch eine Dampfdruckkurve
Wenn der Massenstrom im Verdampfer zu klein ist steigt die Überhitzung und umgekehrt. Nur ist der Wärmeübergang von Heißdampf oder heißes Gas deutlich schlechter als bei einer Verdampfung/Kondensation. Von daher sinkt somit auch die Leistung des Verdampfers.

Also das Expansionsventil regelt die Leistung oder gibt die Leistung des Verdampfers vor, von daher völlig falscher Betrachtungsansatz.
Jeder Wärmetauscher braucht für eine bestimme Leistung x und somit Temperaturdifferenz einen Massentrom y. Ist dieser nicht gegeben ändert sich dementsprechend die Temperaturdifferenz, die Leistung von dem Ventil aber nicht, da das Ventil den Massenstrom regelt/begrenzt und somit die Leistung und nicht der Verdampfer, von daher kann man über den Verdampfer die Leistung nicht beeinflussen, sondern nur die Temperaturdifferenz. Hoher Massenstrom = geringe Temperatudifferenz und umgekehrt. Viel Fläche = geringe Temperatudifferenz und umgekehrt
Klar laut Gleichung steigt bei einer Überhitzung die Enthalpiedifferenz und somit könnte man zu der Annahme kommen: Massenstrom sinkt zwar, aber Enthalpiedifferenz steigt, also ein Nullsummenspiel?
Nein dazu betrachtet man die Enthalpiedifferenz bei einer Änderung des Aggregatzustandes und bei einer Temperaturänderung des gleichen Aggregatzustandes, spezifische Wärmekapazität. Hier muss man aber beachten dass die Temperatur dabei nicht sonderlich steigen darf (Vorteil bei der Änderung des Aggregatzustandes). Denn pro steigendes K nimmt somit gleichermaßern die effektive Temperaturdifferenz im Wärmetauscher ab = weniger Leistung).
Es ist somit kein Nullsummenspiel und bei einer Senkung des Massenstrom kann die steigende Enthalpiedifferenz durch eine höhere Überhitzung dies nicht ausgleichen und somit sinkt die Leistung.

Wie bereits schon geschrieben wird im Ventil keine Leistung umgesetzt. Aber zu jeden Ventil wird ein empirischer Druckverlust angegeben, denn man möchte ja ein bestimmtes Druckniveau abbauen um die Verdampfungstemperatur x zu erreichen.
Wenn nun die Leistung (Massenstrom) der Anlage nicht zum Ventil passt, dann entspricht der tatsächliche Druckverlust im Ventil nicht mehr dem empirisch ermittelten Druckverlust vom Datenblatt und somit wird dann die bemessene Verdampfungstemperatur und Leistung der Anlage nicht erreicht.

Deshalb bezieht sich die Leistung des Ventils immer unter folgenden Angaben:

- Kältemittel
- Verflüssigungs und Verdampfungstemperatur (letzendlich angestrebter Druckabfall im Ventil)
- Leistung (Massenstrom)

Und ja umso geringer der Druckabfall ausfallen soll, umso höher ist der Massenstrom bzw. die Ventilleistung. Ohne die o.g. Angaben ist die Ventilleistungsangabe völlig irrelevant.