2 Projektets gennemførelse

Udvikling af demonstrations- og modulopbygget vandkøleaggregat med NH3 som kølemiddel

2.1 Systemanalyse og valg af komponenter

Der er i projektet opstillet følgende overordnede krav til vandkøleaggregat med NH₃ som kølemiddel:

Ingen væsentlig meromkostning ved anvendelse af NH₃ sammenlignet med andre naturlige kølemidler
Overordnede dimensioner på færdig unit skal være uændrede i forhold til HFC-units
Effektivitet (energi) skal som minimum være på højde med den, der kan opnås ved anvendelse af HFC
Komfortniveau skal være uændret i forhold til lignende eksisterende anlæg (samme ydelse; betjening, etc.)
Samme system og anlægsopbygning skal kunne anvendes til fremtidige mindre anlæg med mindre eller større kapacitet
Kravet om service skal være på line med hvad der er kendt fra HFC anlæg
Der må ikke være krav om jævnligt servicearbejde på anlægget, der vil kunne medføre kraftige lugtgener, herunder specielt olieaftapning

Aggregatet skal levere koldt vand til luftkonditionering og til proceskøling ved de typisk anvendte driftsparametre 7°C frem/12°C retur. Der anvendes, hvis ikke andet er nævnt, en fast fordampningstemperatur på 3°C.

Noget af det første der skulle afklares ved projektets start var, hvordan testanlægget skulle opbygges ud fra hensyn til:

Hvad forventes at blive de maksimale arbejdstryk, designtryk og trykprøvningstryk på anlægget?
Hvordan klares oliehåndteringen i anlægget?
Hvilke komponenter vil senere kunne leveres til anlæg, der bygges i større antal til kunder?
Vil disse komponenter kunne leveres med en fornuftig leveringstid og leveringssikkerhed?
Vil komponenterne og anlægget kunne PED-godkendes (Pressure Equipment Directive) og være lovligt i henhold til standarderne?
Kan anlægget produceres til en fornuftig pris, så det er kommercielt salgbart?
Kan der bygges anlæg med mindre eller større kapacitet med denne anlægsopbygning og kan man ligeledes skaffe komponenter til dette?

2.1.1 Løsningsforslag

Der findes forskellige systemløsninger, som kunne være relevante og som er vist på nedenstående figurer.

2.1.1.1 Konstruktion med direkte ekspansion

Illustration 1 – Direkte ekspansion

Illustration 1 – Direkte ekspansi

2.1.1.2 Konstruktion med oversvømmet fordamper med selvcirkulation

Denne opbygning vil øjensynligt give den bedste udnyttelse af fordamperen, men stiller til gengæld krav om en minimum højdeforskel mellem væskeudskilleren og fordamperen, ligesom kølemiddelfyldningen vil blive forholdsvis stor.

Illustration 2 – Oversvømmet fordamper

2.2 Valgt anlægsopbygning

Valget er faldet på anlægsopbygning med oversvømmet fordamper af følgende årsager:

Det er øjensynligt den optimale opbygningsmåde for et køleanlæg af den størrelse og type (chiller unit med en fordamper) der undersøges i dette testanlæg.

Det virker sandsynligt, at der kan laves et funktionelt olieretursystem til anlægget.

Udnyttelsen af fordamperen vurderes med et oversvømmet system at blive bedre end ved et direkte ekspansionsanlæg. Anlægget kræver ikke nogen styring af fordamperen, men kan nøjes med kapacitetsstyring.

De termodynamiske egenskaber for ammoniak gør det meget vanskeligt at styre en termostatisk ekspansionsventil. Der vil kræves en overordentligt hurtigreagerende ventil og styring, der dermed vil blive meget kostbar.

Ved anvendelse af termostatisk ekspansionsventil vil der være en risiko for at en senere indtrængen af vand i systemet vil ændre på ammoniakkens termodynamiske egenskaber i fordamperen. Ved stigende vandindhold i ammoniakken i fordamperen vil ammoniakken koge (fordampe) ved en højere temperatur ved samme tryk end den rene ammoniak. Den termostatiske ekspansionsventil der skal sikre, at der ikke kommer væske i sugeledningen, vil opfatte denne temperaturstigning som overhedning og dermed lukke op for væskeindsprøjtningen, selv om der er for meget væske i fordamperen. Denne situation ville kunne give anledning til væskeslag i kompressoren og dermed risiko for kompressorhavari.

De termostatiske ekspansionsventiler der er på markedet i dag, kan være følsomme over for slitage forårsaget af ammoniaks tendens til at lave kavitationsskader og dermed blive utætte.

Anlægget vil øjensynligt være mere sikkert mod væskeslag i kompressoren end ved et direkte ekspansionsanlæg.

Disse betragtninger, samt ønsket om et aggregat som er relativt let at opbygge med simpel styring og høj driftssikkerhed, førte os frem til nedenstående opbygning.

Illustration 3 – Valgt anlægsopbygning