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Diagnose, Leistungsmessung, Fehlersuche, Systemoptimierung

zurück zur Einführung

CoolTool DiaGnostics Smart Box
Visualisierung, Berechnungen und Diagnosen von Kälteanlagen
durch „Plug and Play“

1.0 Systembeschreibung

CoolTool DiaGnostics integriertes Hard- und Softwaresystem zur Diagnose von Kältekreisläufen mittels Kurz- und Langzeitmessungen zur
- Fehlersuche
- Visualisierung der Prozesse
- Energetische Inspektion und Optimierung
- Protokollierung von Betriebszuständen bei Inbetriebnahme


Messdatenerfassung mit Masterbox, Kontrolle über Touchscreen, Übergabe mittels USB an CoolTool Software

Schnittstellen zu:

CoolTool Energieoptimierung:

- Simulation von Ist/Soll Zustand im Jahresgang anhand von 288 Punkten
- Europaweite klimatische Daten zur Bestimmung der Außenluftzustände
- Betriebskostenbestimmung von Ist/Soll Zustand zur Amortisationsberechnung

Schnittstelle zu CoolTool Datenbank zur Bestimmung von technischen Daten von Verdichtern, Verdampfern und Verflüssigern
Schnittstelle zu CoolTool Bauteilauslegung für alle Bauteile
Schnittstelle zu CoolTool Stoffdatenbank zur automatischen Bestimmung aller Größen für Kältemittel, Kälteträger, feuchte Luft

1.1 Die wichtigsten Berechnungen in Echtzeit während der Messung:

- EER/COP
-Kälteleistung aus Auslegung Verdichter aus CoolTool Datenbank anhand der Messpunkte
- Kälteleistung aus Volumenstrom Verdampfer/Verdichter und Dt
- Kälteleistung aus EER/COP und Leistungsaufnahme Verdichter Pel - Druckverlust in der Saugleitung
- Druckverlust in der Druckleitung
- Druckverlust im Verdampfer
- Druckverlust im Verflüssiger
- Zu erwartender Verdichterwirkungsgrad anhand der Verdichterdaten:
* Bauform: offen, hermetisch,.....
*Funktionsprinzip: Hubkolben, Rollkolben, Scroll,...
*Leistungsgröße in kW
- Plausibilitätsberechnung Verdichterwirkungsgrad
- Heizleistung aus Auslegung Verdichter aus CoolTool Datenbank anhand der Messpunkte - Heizleistung aus Volumenstrom Verdampfer/Verdichter und Dt
- Heizleistung aus EER/COP und Leistungsaufnahme Verdichter Pel

2.0 Beispiel für Anschluss der Messfühler an die richtigen Positionen
2.1 Beispiel: Einstufiger Kreislauf mit sechs erforderlichen Messpunkten


- Druck Verdampfung po
- Druck Verflüssigung pc
- Temperatur Fühler Exp.-Ventil texp
- Temperatur Eingang Verdichter tSL
- Temperatur Ausgang Verdichter tend
- Temperatur Flüssigkeit vor Exp.
- Ventil tliq


Anleitung zur Position der Messpunkte: Darstellung in CoolTool DiaGnostics Software Modul mit optional weiteren Messpunkten z.B. zur Druckverlustmessung im Verdampfer, Leistung über dt im Verdampfer/Verflüssiger etc.

2.2 Beispiel: Zweistufiger Kreislauf mit neun erforderlichen Messpunkten

Zusätzlich zu 2.1 kommen drei notwendige Messpunkte hinzu, die über den externen Messwertaufnehmer „Sputnik“ (SP.) angeschlossen werden.
- Druck Mittelstufe p2
- Temperatur Eingang Verdichter HD texp (SP.)
- Temperatur Flüssigkeit vor Sammler tliq (SP.)

Anleitung zur Position der Messpunkte: Darstellung in CoolTool DiaGnostics Software Modul

3.0 Messwertaufnahme und Darstellung
3.1 Tabellarische Darstellung

3.2 Darstellung im Diagramm

3.3 Darstellung in h, log Diagramm mit Warnhinweisen in Echtzeit

3.4 Darstellung in RI-Fließbild

4. Beispiele für Fehler oder Meßwerterfassungen

4.1 Kältemittelmangel

Einstufige Anlage mit R 134a, Hermetischer Hubkolbenverdichter:

Klassischer Kältemittelmangel:
- Negative Unterkühlung
- Zu starke Überhitzung am Expansionsventil
- Nicht plausibler Verdichterwirkungsgrad mit 159% statt 51%-62%

4.2 Druckverluste in Bauteilen

Einstufige Anlage mit R 134a, Hermetischer Hubkolbenverdichter:

Typische Anordnung:
- Druckverlust Verdampfer 0,58 K < Vorgabe 1 K
- Druckverlust Saugleitung 1,63 K < Vorgabe 2 K
- Verdichterwirkungsgrad 75% plausibel (62%-75%)
- EER = 2,92
- keine Warnung => O.K.

4.3 Langzeitmessung mit interen Wärmetauscher

Einstufige Anlage mit R 134a, Halbhermetischer Hubkolbenverdichter:

- Verdichterwirkungsgrad 68% plausibel (63%-78%)
- Vergleich der Unterkühlung mit Überhitzung, keine Warnung => O.K.
- Leistung aktuell 14 kW
- Überhitzung Exp.
- Ventil etwas zu groß

4.4 Optimierung einer Anlage durch Änderung der Schaltpunkte

Herabsetzung des Schaltdruckes einer Wasserpumpe im Kühlturm ¯ Verdichter offener Hubkolbenverdichter mit großer Leistung

Betriebszustand vor Veränderung:

- EER = 1,47
- Tc = 38,7°C
- To= -33,5 °C
- h Verdichter = 89%
- Qo = 31,4 kW

Betriebszustand nach Veränderung:

- EER = 1,83
- Tc = 29,4°C
- To= -31,5 °C
- h Verdichter = 82%
- Qo = 41,3 kW

Überhitzung am Verdampfer muss geändert werden.
Hinweis deutet auf zu kleine Leistung des Exp.-ventils hin.

4.5 Druckverlust im Verdampfer

Einstufige Anlage mit R 404A, Halbhermetischer Hubkolbenverdichter:

Untypische Anordnung der Verluste:
- Druckverlust Verdampfer 13 K
- Druckverlust Saugleitung 0,5 K < Vorgabe 1 K
- h Verdichter = 67% plausibel (63%-73%)
- EER = 3,75
- Überhitzung Exp
.-Ventil zu groß

Durch den großen Druckverlust im Verdampfer kann die Verflüssigungstemperatur nicht abgesenkt werden.

4.6 TK Industrieanlage

Einstufige Anlage mit R 404a und Economizer Sechs Halbhermetischer Schraubenverdichter:

Messungen vor Sanierung:
- EER = 1,68
- h Verdichter = 72% (plausibel da 70% - 85%)
- Qo = 318,17 kW
- Überhitzung Exp.-Ventil zu groß => Warnung
- Tc = 39,5°C
- To = - 36,7°C

Vergleich der Leistungen in CoolTool Bauteilauslegung führt zu :
- Verdampfer Qo = 35 kW
- Exp.-Ventil Qo = 16 kW wahrscheinlich nach Nennleistung ausgewählt.

Bei der Anlage wird der Verflüssigungsdruck auch im Winter künstlich hochgehalten, um durch die hohe Druckdifferenz noch etwas Leistung durch die Expansionsventile zu bekommen. Der Verdampfungsdruck ist dadurch ebenfalls zu tief.

Messungen nach Sanierung:

- EER = 2,23
- h Verdichter = 70% (plausibel da 69% - 84%)
- Überhitzung Exp.-Ventil ist normal => keine Warnung
- Qo = 429,16 kW
- Tc = 39°C
- To = - 31,22°C

4.7 Industrieanlage mit schlecht konstruiertem Sammler

Einstufige Anlage mit R 507 und Economizer Drei Halbhermetische Schraubenverdichter:

Messungen zeigen folgendes:
- EER = 1,83 - h Verdichter = 130% , nicht plausibel => Warnung
- Qo = 168,02 kW
- Überhitzung Exp.-Ventil zu groß => Warnung
- Tc = 36,8°C - To = - 33,08°C
- Druck Economizer zu niederig => Warnung

Die Anlage hat keinen Kältemittelmangel, sondern einen Sammler der wie ein Blasenabscheider das verwirbelte Kältemittel in die Flüssigkeitsleitungen bringt.

4.8 Zweistufige TK Anlage mit Unterkühler/Economizer

Zweistufige Anlage mit R 404A und Economizer Drei Halbhermetische Hubkolbenverdichter:

Messungen zeigen folgendes:
- EER = 0,52
- h Verdichter = 69% , plausibel (64% - 79%)
- Qo = 12,1 kW
- Überhitzung Exp.-Ventil zu groß => Warnung
- Tc = 42,4°C
- To = - 41,12°C
- Leistung Economizer zu Klein => Warnung


Die Verdichter sind noch O.K., aber die Anlage läuft energetisch sehr schlecht. Bei der Anlage wird der Verflüssigungsdruck auch im Winter künstlich hochgehalten, um durch die hohe Druckdifferenz noch etwas Leistung durch die zu kleinen Expansionsventile zu bekommen. Der Verdampfungsdruck ist dadurch ebenfalls zu tief.

Die Expansionsventile am Economizer sind zu klein oder falsch eingestellt. Dadurch zu wenig Unterkühlung, hohe Temperatur am Eingang HD Stufe und schlechter EER.

4.9 Zweistufige TK Anlage mit Unterkühler/Economizer

Zweistufige Anlage mit R 404A und Economizer
Drei Halbhermetische Hubkolbenverdichter:


Messungen zeigen folgendes:
- EER = 0,88
- h Verdichter = 77% , plausibel (66% - 81%)
- Qo = 19,3 kW - Überhitzung Exp.-Ventil zu groß => Warnung
- Tc = 34,5°C
- To = - 37,78°C
- Temperatur Eingang HD Stufe zu hoch => Warnung

Die Verdichter sind noch O.K., aber die Anlage läuft energetisch sehr schlecht. Bei der Anlage wird der Verflüssigungsdruck auch im Winter künstlich hochgehalten, um durch die hohe Druckdifferenz noch etwas Leistung durch die zu kleinen Expansionsventile zu bekommen. Der Verdampfungsdruck ist dadurch ebenfalls zu tief. Die viel hohe Temperatur am Eingang HD Stufe entsteht, weil kein zweites Expansionsventil im der Mitteldruckstufe die Überhitzung regelt. Die Anlage kann so nicht auf R 407F umgestellt werden, da ohne Umbau die Heißgastemperatur zu hoch wird.

4.10 Zweistufige TK Anlage mit Unterkühler/Economizer nach Umstellung von R 22 auf R 422D

Zweistufige Anlage mit R 422A, Economizer und Flüssigkeitsabscheider in der Saugleitung, drei Halbhermetische Hubkolbenverdichter:

Messungen zeigen folgendes:
- EER = 0,88
- h Verdichter = 56% , nicht plausibel (65% - 80%)
- Qo = 22,1 kW
- Überhitzung Exp.-Ventil zu groß => Warnung
- Temp. Eingang ND Stufe kleiner als Exp.-Ventil => Warnung
- Tc = 43,9,5°C
- To = - 31,93°C
- Leistung Economizer zu Klein => Warnung

Die Verdichter weisen einen schlechten Wirkungsgrad auf, hier ein Hinweis auf Verschleiß. Alle Expansionsventile, am Verdampfer und am Unterkühler arbeiten nicht ordnungsgemäß.

Im Flüssigkeitsabscheider kommt es zu Nachverdampfung, wie der zweite Warnhinweis zeigt.

nächste Workshop-Termine: Teilnahme- Anfragen bitte telefonisch oder per E-Mail
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Kontakt:

CoolTool Technology GmbH; Kruppstr. 184, D - 47229 Duisburg, Tel.: +49 (0) 20 65 - 54 85 05, E-Mail: info@cooltool-technology.de

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