Der Eismeister
Kältekreislauf
- Verdichter / Kompressor
- Enthitzer
- Verflüssiger / Kondensator
- Hochdruckschwimmer
- Abscheider
- NH3 Pumpe
- Piste / Verdampfer
- Hochdruck- / Niederdruckbereich
Verdichter / Kompressor
Es gibt verschiedene Arten von Verdichtern, darunter Kolbenverdichter und Schraubenverdichter. Schraubenverdichter gelten als wartungsärmer und sind besonders für kontinuierliche Betriebsbedingungen geeignet. Kolbenverdichter hingegen können in bestimmten Anwendungen, insbesondere bei Teillastbetrieb, effizienter arbeiten.
Ein Verdichter hat die Aufgabe, das Kältemittel (z. B. Ammoniak) aus dem Abscheider in gasförmigem Zustand anzusaugen und zu verdichten. Dabei steigen Druck und Temperatur des Kältemittels an. Die genauen Werte hängen vom Anlagentyp, den Betriebsbedingungen und der gewünschten Kälteleistung ab. Während des Verdichtungsprozesses kann das Kältemittel erhebliche Temperaturen erreichen.
Beispiel aus einer Eislaufhalle mit Kolbenverdichter und direkter Kühlung:
In einer Eislaufhalle mit direkter Ammoniak-Kühlung saugt der Kolbenverdichter das Ammoniak-Gas mit 1,5 bar aus dem Abscheider an. Im Verdichter wird das Ammoniak anschließend auf 14 bar verdichtet. Durch diesen Prozess steigt die Temperatur des Kältemittels auf etwa 100 °C, bevor es zur weiteren Wärmeabfuhr in den Verflüssiger geleitet wird.
Enthitzer
Nach dem Verdichter strömt das hochtemperaturige, gasförmige Ammoniak in den Enthitzer, einen Wärmetauscher, der überschüssige Wärme aus dem Kältemittel entfernt. Es gibt verschiedene Typen von Enthitzern, darunter Plattenwärmetauscher und Rohrbündelwärmetauscher. Durch die Wärmeübertragung wird die Temperatur des Ammoniak-Gases gesenkt, bevor es in den nächsten Prozessschritt gelangt.
Zur Überwachung der Wasserqualität sind am Enthitzer verschiedene Sensoren installiert:
• Eine pH-Sonde misst kontinuierlich den pH-Wert des Kühlwassers. Falls eine Leckage im Wärmetauscher auftritt und sich Ammoniak mit dem Wasser vermischt, steigt der pH-Wert an. Die pH-Sonde erkennt diese Veränderung und meldet sie an die pH-Warnanlage, die in einem solchen Fall die Anlage automatisch stoppen kann, um Schäden und Sicherheitsrisiken zu vermeiden.
• Zusätzlich kann eine ionenselektive Elektrode (ISE) zur direkten Erkennung von Ammoniak (NH₃) oder Ammonium-Ionen (NH₄⁺) eingesetzt werden. Diese Methode ist besonders präzise und kann schon sehr geringe Mengen von Ammoniak frühzeitig detektieren, bevor eine pH-Wert-Veränderung messbar ist. Eine solche Überwachung bietet eine zusätzliche Sicherheitsebene, insbesondere in Anlagen mit stabilisiertem oder gepuffertem Kühlwasser.
Die im Enthitzer gewonnene Abwärme kann effizient genutzt werden, beispielsweise zur Beheizung von Nebenräumen oder zur Brauchwassererwärmung.
Verflüssigen / Kondensator
Nachdem das gasförmige Ammoniak den Enthitzer passiert hat, gelangt es in den Kondensator (auch Verflüssigergenannt). Dort wird das Kältemittel durch Wärmeabgabe von seinem gasförmigen in den flüssigen Zustand überführt.
Prozess der Kondensation:
1. Wärmeabgabe:
- Das heiße, gasförmige Ammoniak tritt in den Kondensator ein und gibt seine Wärme an ein Kühlmedium (z. B. Wasser oder Luft) ab.
- Dadurch verliert das Ammoniak Energie, und seine Temperatur sinkt.
2. Phasenwechsel (Aggregatzustandsänderung):
- Sobald das Kältemittel seine Kondensationstemperatur erreicht, erfolgt der Phasenübergang von gasförmig zu flüssig.
- Diese Kondensationstemperatur hängt vom Betriebsdruck der Anlage ab.
- Während des Phasenwechsels bleibt die Temperatur des Ammoniaks konstant, da die abgeführte Wärme für die Änderung des Aggregatzustands genutzt wird.
3. Verflüssigtes Ammoniak:
- Nach der vollständigen Kondensation verlässt das nun flüssige Ammoniak den Kondensator.
- Es wird in den Hochdruckschwimmer geleitet, der das flüssige Ammoniak für die Einspritzung in den Verdampferbereitstellt.
Hochdruckschwimmer
Vom Verflüssiger (Kondensator) gelangt das nun flüssige Ammoniak in den Hochdruckschwimmer. In diesem Bauteil wird der Druck des Ammoniaks gezielt reduziert, wodurch es sich abkühlt.
Die Druckverringerung führt dazu, dass das Ammoniak einen Teil seiner Energie verliert, wodurch seine Temperatur sinkt. Dieser Prozess ist entscheidend für die nachfolgende Verdampfung im Verdampfer, wo das Ammoniak Wärme aus der Umgebung aufnimmt und den Kältekreislauf fortsetzt.
Abscheider
Nachdem das flüssige Ammoniak den Hochdruckschwimmer durchlaufen hat, gelangt es in den Abscheider. Dieser spielt eine zentrale Rolle in Ammoniak-Kälteanlagen, da er das gasförmige Ammoniak vom flüssigen Kältemittel trennt.
Die Trennung ist entscheidend, da flüssiges Ammoniak im Verdichter zu schweren Schäden führen kann (z. B. durch Flüssigkeitsschläge). Im Inneren des Abscheiders sammelt sich das flüssige Ammoniak am Boden, während das gasförmige Ammoniak nach oben steigt und in den Verdichter eingesaugt wird. Dort beginnt der Verdichtungsprozess erneut, um den Kältekreislauf fortzusetzen.
NH3 Pumpe
Nachdem sich das flüssige Ammoniak im Abscheider gesammelt hat, wird es mithilfe von NH₃-Pumpen zur Piste befördert. Dort entzieht es dem Untergrund Wärme und sorgt so für die Kühlung der Piste.
Piste / Verdampfer
Auf der Piste geht das flüssige Ammoniak in den gasförmigen Zustand über und verdampft somit. In diesem Kontext fungiert die Piste nicht nur als Eislauffläche, sondern auch als Verdampfer. Hier nimmt das Ammoniak Wärme aus der Piste auf, wodurch es verdampft und dabei die Piste abkühlt, um eine ideale Eisfläche zu gewährleisten. Anschließend fließt das nun gasförmige Ammoniak zurück in den Abscheider. Durch diesen Prozess wird die Piste effizient gekühlt und gleichzeitig das Ammoniak für den nächsten Zyklus im Kältesystem vorbereitet.