TECHNIEK
Cool and Comfort 72 – februari 2017
De invloed van een koudemiddel met glide op de koeltechnische installatie
Hoewel er al veel geschreven is over koudemiddelen met een glide, vinden we weinig terug over de invloed van deze glide op de samenbouw en vooral op de metingen en afregeling van koelinstallaties. Laat dit nu net zijn waar de koeltechnieker zich mee bezighoudt…
Zo goed als alle toekomstige synthetische koudemiddelen (daarom niet altijd futureproof), beginnen met het cijfer 4 (R4XX_X), wat duidt op de aanwezigheid van een glide. De 4-reeks (van R400 tot R499) noemt men de zeotrope mengsels, mengsels ‘die niet mengen’… Men voegt met andere woorden verschillende koudemiddelen samen, zonder dat het mengsel homogeen wordt. Bekijk het zoals water en olie. Indien je water en olie samen in één fles giet, mag je schudden zoveel je wil, de twee vloeistoffen zullen niet mengen. Het blijft water en olie, het wordt geen oliewater.
Dit is trouwens ook de reden waarom er zoveel nieuwe koudemiddelen op de markt verschijnen. Het zijn niet allemaal ‘nieuwe’ koudemiddelen, het zijn gewoon mengsels van bestaande koudemiddelen waarvan de procentuele inhoud vaak zeer licht verschilt. Elk verschil levert een nieuw koudemiddel op. Omdat het aantal getallen tussen R400 en R499 eindig is, heeft men een letter toegevoegd aan de benaming (R407C-F-…); zo kunnen we nog een eindje verder…
Doordat deze samengestelde koudemiddelen niet mengen, ontstaan er in de koelinstallatie verschillende kook- en condensatiepunten in functie van het mengsel. Het verschil in kookpunten kan tot 10K oplopen. Weinigen staan er echter bij stil dat het verschil tussen het kook- en condensatiepunt van het eerste en het laatste koudemiddel in het mengsel 10K kan bedragen. Toch heeft dit een belangrijke invloed op de componenten, metingen en afregeling.
Log(P) H-diagram, bubble point en dew point
We starten zoals altijd met de basis, het Log(P) H-diagram. Bij een koudemiddel als R134a zie je dat de isobaren en isothermen binnen het verzadigingsgebied parallel lopen (figuur 1). Hierdoor weten we dus welke temperatuur er heerst in de condensor of verdamper door de druk te meten, of omgekeerd weten we welke druk er heerst door de temperatuur te meten. Hierbij gaan we even niet uit van eventuele aanwezigheid van niet-condenseerbare gassen.
Dit is een principe waarmee de koeltechnicus vertrouwd is en dat hij dagelijks toepast.
Figuur 1: Koudemiddel zonder glide.
Wanneer we echter kijken naar het Log(P) H-diagram van een koudemiddel met glide (figuur 2), dan zien we onmiddellijk dat de vaste relatie tussen druk en temperatuur niet meer parallel verloopt.
Wat en hoe meten we dan? Zowel aan de ingang van de condensor als van de verdamper heerst er een andere druk en temperatuur dan aan de uitgang ervan. Weet ook dat de isotherme lijnen binnen het verzadigingsgebied in werkelijkheid niet echt als een lijn verlopen, maar in blokken, in functie van de verdampingstemperatuur van elk apart koudemiddel in het mengsel. Het woord isotherm wordt op die manier zelfs relatief in deze context.
Figuur 2: Koudemiddel met glide.
Bij de homogene mengsels en zuivere koudemiddelen, koudemiddelen zonder glide dus, spreken we van het kook- of condensatiepunt. Bij koudemiddelen met een glide is deze term niet correct, omdat er meerdere zijn. Om dit effect in kaart te brengen en te meten, spreekt men bij koudemiddelen met een glide van het bubble point en het dew point.
Figuur 3: Bubble en dew point.
Het bubble point (vloeistof met een gasbel erin) is het verzadigingspunt aan de vloeistofzijde of het moment dat er gas gevormd zal worden. Het dew point (gas met een druppel erin) is het verzadigingspunt aan de gaszijde of het moment dat er vloeistof gevormd zal worden. Deze termen kom je regelmatig tegen in vakliteratuur en in selectiesoftware.
Effect op de condensor en de metingen
Over het effect van koudemiddelen met glide in de condensor (en verdamper) verscheen in Cool & Comfort nr. 68 en 69 al het artikel ‘Ontwerp van verdampers en condensors voor koudemiddelmengsels met een grote temperatuurverschuiving’. U kunt dit artikel teruglezen op de archiefpagina op de website.
Wanneer we op figuur 3 de rode lijn van de isotherm volgen van rechts naar links (condensatie), dan zien we dat aan de ingang van de condensor een lagere druk en temperatuur gemeten worden dan aan de uitgang van de condensor. Het is dus belangrijk goed af te wegen waar de meetapparatuur geplaatst wordt. De druk meten ter hoogte van de compressor (voor de condensor) en de temperatuur meten na de condensor (retourleiding of vloeistofvat) kan u op het verkeerde spoor zetten. Hou er dus rekening mee of u dew of bubble point meet en vergelijkt. Op een koudemiddellatje is meestal aangeduid om welke cijfers het gaat (meestal dew point).
Bij het gebruik van koudemiddelen met grote glide wordt het trouwens moeilijk om de aanwezigheid van niet-condenseerbare gassen op te sporen door de verschillen in temperaturen en drukken. Ook wordt het belang van drukval in de condensor belangrijker, wat u nog op een groter dwaalspoor kan brengen.
Meten is weten, verliest zo zijn waarde. Meten met kennis, echter, is weten wordt de toekomst.
Effect op de verdamper en de metingen
Wanneer we op figuur 3 de rode lijn van de isotherm volgen van links naar rechts (verdamping), dan zien we dat aan de ingang van de verdamper een hogere druk en temperatuur gemeten worden dan aan de uitgang. Het eerste effect is de invloed op de meting van de oververhitting. Bij thermostatische expansieventielen met interne drukvereffening meten we de druk vóór de verdamper en de temperatuur (bulb) na de verdamper. Dit is dus niet correct. Als je hierbij nog de drukval in de verdamper optelt, wordt het duidelijk dat afregeling zou weleens weinig waard zou kunnen zijn. Ten tweede zien we dat, door het verschil in druk voor en na de verdamper, de compressor nogal wat ‘dieper’, of lager in druk, dient te werken om dezelfde gemiddelde verdampingstemperatuur te behalen in de verdamper.
Op figuur 4 zien we het verschil in efficiëntie en rendement tussen een koudemiddel met en zonder glide. Uiteraard is dit getekend in één en hetzelfde diagram, waardoor de weergave niet helemaal correct is. Toch zie je snel dat de condensatietemperatuur stijgt, de verdampingstemperatuur daalt, de eindcompressietemperatuur stijgt en de COP daalt.
Figuur 4: Koelcyclus met en zonder glide.
Het slecht afregelen van een installatie waarbij er een koudemiddel met glide gebruikt wordt, heeft dus grote gevolgen. Hierdoor zijn er al heel wat praktische problemen en breuken ontstaan.
Elke installateur heeft zich ongetwijfeld al weleens afgevraagd welk expansieventiel je gebruikt voor welk koudemiddel. De bulb van een thermostatisch expansieventiel is steeds gevuld met het koudemiddel waarvoor het gemaakt werd. Voor de resem aan nieuwe koudemiddelen, met glide, kan je vaak geen afgestemd expansieventiel kopen. Hoe kan je dan degelijk de oververhitting meten en inregelen?
Voor de installateur komt het eropaan nauwkeurig drukken en temperaturen te meten, het juiste log(P)-H diagram erbij te nemen, zich te vergewissen van bubble en dew point en de installatie met de nodige deskundigheid af te regelen.
Conclusie
Eén artikel is uiteraard weinig om alles nauwkeurig uit de doeken te doen, het is slechts een tipje van de sluier. Toch is het voldoende om aan te geven dat de nieuwe koudemiddelen met aandacht behandeld dienen te worden.
Is werken met een koudemiddel met glide slecht? Neen, zeker niet. Het zijn de synthetische koudemiddelen van de toekomst, dus dienen we er mee te leren werken. Indien rekening gehouden wordt met de argumenten in dit artikel en de installatie met de nodige zorg wordt ontworpen, geplaatst, opgestart en afgeregeld, dan raak je al een heel eind ver.
In de huidige technologische tijden is stilstaan meer dan achteruitgaan, het is jezelf uitfaseren. Investeer tijd en middelen in kennis en technologie. Zowel u als uw klant varen er wel mee.
Door Jurgen Buckinx