Kältemaschinen und Wärmepumpen haben in den letzten Jahren ein Wandel bei der Verwendung der Kältemittel erlebt. Die Ursachen für ein Umdenken lagen zum einen im Ozonabbaupotential (ODP) und zum anderen im Treibhauspotential (GWP) der eingesetzten Kältemittel. Die aktuelle Novellierung der F-Gas Verordnung soll den Einsatz von fluorierten Treibhausgasen (F-Gase) einschränken und wurde am 30.03.2023 im EU-Parlament angenommen. Sofern auch der EU-Rat zustimmt, wovon stark ausgegangen wird, tritt die neue Verordnung in Kraft. Die Entscheidung soll im 3.Quartal 2023 fallen. Damit wird der grundsätzliche Einsatz von F Gasen ab 2025 verboten. Zusätzlich wird diskutiert, im Rahmen eines Verbotes von mehr als 10,000 Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS), einen Großteil der restlichen Low-GWP Kältemittel zu verbieten. Dies stellt auch die aktuelle Forschung vor neue Herausforderungen.
Mit den zuvor beschriebenen gesetzlichen Rahmenbedingungen liegt der Fokus in Zukunft zunehmend auf natürlichen Kältemitteln. Ammoniak (R717), Kohlendioxid (R744), Kohlenwasserstoffe [Isobutan (R600a) z.B.] und Wasser (R718) kommen bereits seit Millionen von Jahren in der Natur vor. Ihr Einsatz in der Industrie – seit über 100 Jahren. Auf Grund dessen erforscht die Forschungsplattform Kälte- und Energietechnik in einem Teilprojekt, Komponenten und Betriebsarten von Kälteanlagen mit dem Kältemittel Ammoniak. Diese Arbeit soll dabei einen Beitrag zu theoretischen Voruntersuchungen an luftbeaufschlagten Verdampfern für Verdampfungsprozesse bis -30 °C leisten. Der Fokus dieser Arbeit liegt dabei auf der Beeinflussung der Strömungsform der 2-Phasenströmung innerhalb des Verdampfers zur Verbesserung der Rohrbenetzung und damit einer Verbesserung des inneren Wärmeübergangskoeffizienten, sowie der Bewertung der Verbesserungsmöglichkeiten.:1 Einleitung
1.1 Motivation
1.2 Methodisches Vorgehen
2 Stand der Technik
2.1 Ammoniak als natürliches Kältemittel
2.2 Grundlagen Kompressionskältekreislauf
2.3 Aufbau von Verdampfern für die Trockenexpansion
3 Analytische Berechnung von Wärmeübertragungsvorgängen in luftbeaufschlagten Verdampfern
3.1 Grundlagen der Wärmeübertragung
3.2 Äußerer Wärmeübergang
3.3 Berechnungsmodelle für das Strömungssieden zweiphasiger Fluide im horizontalen Rohr
3.3.1 Einführung Strömungssieden
3.3.2 Strömungsformen beim horizontalen Strömungssieden
3.3.2.1 Einfluss der Strömungsform
3.3.2.2 Schichtenströmung
3.3.2.3 Wellenströmung
3.3.2.4 Ringströmung
3.3.2.5 Intermittierende Strömung
3.3.3 Rechnerische Bestimmung der Strömungsform mittels Strömungskarten
3.3.4 Berechnung des inneren Wärmeübergangskoeffizient
3.3.4.1 Asymptotische Modell
3.3.4.2 Strömungsformorientiertes Modell
3.4 Programmierung für die Rechnung mit den Modellen
3.4.1 Funktionsweise
3.4.2 Validierung der Modelle
4 Steigerung des inneren Wärmeübergangskoeffizienten
4.1 Überblick von Modifizierungsmöglichkeiten
4.2 Berechnungen zu Rippenrohr und Ringkanälen
4.2.1 Rippenrohr
4.2.1.1 Parameter von Rippenrohren
4.2.1.2 Berechnungsgrundlagen
4.2.1.3 Vergleich Rippenrohr mit Glattrohr für m ̇ = 27 kg/m²s
4.2.1.4 Vergleich Rippenrohr mit Glattrohr für m ̇ = 9 kg/m²s
4.2.1.5 Ergebnisse und Diskussion
4.2.2 Ringkanäle
4.2.2.1 Parameter von Ringkanälen
4.2.2.2 Berechnungsgrundlagen
4.2.2.3 Vergleich von Ringkanälen mit Rippen- und Glattrohr für M_ref = 10.62 kg/h
4.2.2.4 Vergleich von Ringkanälen mit Rippen- und Glattrohr für M_ref = 3.54 kg/h
4.2.2.5 Ergebnisse und Diskussion
5 Zusammenfassung und Ausblick
6 Literaturverzeichnis
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:88302 |
| Date | 28 November 2023 |
| Creators | Zimmermann, Paul |
| Contributors | Institut für Lüftungs- und Kältetechnik, Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/acceptedVersion, doc-type:masterThesis, info:eu-repo/semantics/masterThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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