Mikrokanal-Wärmetauscher verbessern die Leistung von Kaltwassersätzen


Nov 24, 2023

In dem Bestreben, die Energieeffizienz von Kühlprodukten zu verbessern, haben sich Mikrokanal-Wärmetauscher (MCHE) auf dem Markt durchgesetzt. Als Weiterentwicklung der Rippen- und Rohrwärmetauscher bieten MCHEs sowohl Effizienz als auch Kosteneinsparungen sowie eine hohe Korrosionsbeständigkeit, insbesondere auf dem Markt für luftgekühlte Kältemaschinen. 

Was ist ein Wärmetauscher?

Wärmetauscher ermöglichen die Übertragung von Wärme zwischen zwei verschiedenen Medien, ohne sich zu vermischen oder in direktem Kontakt zu stehen. Sie spielen eine wichtige Rolle in luftgekühlten Kältesystemen, in denen eine Verflüssigerschlange (Wärmetauscher) die Übertragung von unerwünschter Wärme vom Kältemittel auf die Luft ermöglicht.

Wie funktionieren Wärmetauscher?

In einem herkömmlichen Lamellen-Rohr-Wärmetauscher strömt das Kältemittel durch schmale Kupferrohre (so genannte Rohrschlangen) auf der Innenseite des Wärmetauschers, während die Luft durch Aluminiumlamellen auf der Außenseite strömt. 

In luftgekühlten Kältesystemen transportiert das Kältemittel in den dünnen Rohren Wärme. In einem schrittweisen Prozess wird diese Wärme mit der Luft ausgetauscht. Zunächst gibt das erwärmte Kältemittel in den Rohren seine Wärme an die Rohrwand ab. An der Außenseite der Rohrwand sind eine Reihe von Aluminiumrippen angebracht. Die Wärme wird dann durch die Rohrwand zu diesen Rippen geleitet. Die Rippen spielen eine entscheidende Rolle, da sie die Oberfläche vergrößern, über die die Luft strömen kann, was eine bessere Wärmeübertragung von den Rippen auf die Luft ermöglicht. Die Wärme wird von den Lamellen an die vorbeiströmende Luft übertragen und so an die Außenluft abgegeben.

Wie funktionieren Mikrokanal-Wärmetauscher?

MCHEs haben den traditionellen Lamellen-Rohr-Wärmetauscher weiterentwickelt und zur nächsten Generation gemacht. Das Funktionsprinzip ist genau dasselbe: Das Kältemittel strömt durch schmale Rohre im Inneren des Wärmetauschers und gibt die unerwünschte Wärme über die Lamellen an die Luft ab.

Ein Mikrokanalgerät besteht aus zwei Sammlern - einem Einlasssammler und einem Auslasssammler -, die auf beiden Seiten des Wärmetauschers verlaufen. Zwischen den Sammlern befinden sich eine Reihe von Flachrohren, die wiederum in Mikrokanäle unterteilt sind (kleinere Rohre innerhalb des Flachrohrs, die sich über dessen gesamte Länge erstrecken). Dadurch wird die Oberfläche vergrößert und die über die Rohrwand ausgetauschte Wärme erhöht. Zwischen den Rohren verlaufen Lamellen, um die für die Luft verfügbare Oberfläche zu vergrößern. Das System ist mit nicht korrosiven Flussmitteln zusammengelötet und besteht aus Aluminiumlegierungen. Das Kältemittel strömt durch die flachen Mikrokanal-Multiport-Rohre, und die Luft strömt durch die Lücken in den Lamellen. 

Der Clou an diesem System ist die Vergrößerung der für die Luft verfügbaren Oberfläche und die Verlängerung der Verweilzeit des Kältemittels im Wärmetauscher. Das Kältemittel tritt durch einen der Verteiler ein und strömt dann durch die Mikrokanäle in den Flachrohren, bis es den anderen Verteiler erreicht. Die Strömungsrichtung des Kältemittels wird durch Leitbleche im Verteiler gesteuert. Dadurch wird das Kältemittel mehrmals durch die Rohre gepresst. Je länger das Kältemittel im Rohr verbleibt, desto größer ist die Übertragung von Wärmeenergie auf die Rohrwand. 

Wie bei herkömmlichen Rippen-Rohr-Wärmetauschern wird die Wärme durch die Rohrwand zu den Rippen geleitet. Die Wärme geht von den Lamellen in die Luft über und wird an die Außenluft abgegeben.

Machen Mikrokanal-Wärmetauscher Kühlsysteme energieeffizienter?

Die kurze Antwort lautet: Ja. Der Einsatz von MCHEs führt zu einer verbesserten Wärmeübertragung und thermischen Leistung. Der Grund dafür ist:

  • MCHEs können bis zu 50 % weniger Kältemittel verbrauchen 
  • Die Herstellungsmethode der gelöteten Montage eliminiert den Kontaktwiderstand und sorgt so für eine höhere Effizienz.
  • Flache Mikrokanal-Mehrkanalrohre haben einen kleineren Durchmesser als Kupferrohre, was einen höheren Wärmeaustausch bei der einphasigen Wärmeübertragung ermöglicht
  • Flache Mikrokanal-Mehrkanalrohre haben im Vergleich zu Kupferrohren eine höhere Oberflächenspannung, was zu einer geschichteten Strömung führt. Dies ermöglicht auch einen höheren Wärmeaustausch bei der zweiphasigen Wärmeübertragung.
  • Mikrokanalgeräte verwenden Lamellen. Dadurch wird ein Wärmeübergangskoeffizient erreicht, der 50 % höher ist als bei den rechteckigen Rippen, die normalerweise in Rippen-Rohr-Wärmetauschern verwendet werden.
  • Lamellen können Luftströmungsturbulenzen reduzieren und Luftschatten minimieren
  • Lamellen erzeugen einen geringeren luftseitigen Druckabfall, was den Stromverbrauch der Ventilatoren reduziert.
  • MCHEs haben eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit, was die Lebensdauer erhöht. 

Die Hersteller von MCHEs sind sich einig, dass sie eine überragende Fähigkeit zur Wärmeübertragung besitzen und in hocheffizienten HVAC-Systemen wichtig sind. Mikrokanal-Wärmetauscher bieten ein hohes Maß an Zuverlässigkeit und Langlebigkeit, eine geringere Kältemittelfüllmenge, geringere Größe und geringeres Gewicht sowie beneidenswerte Einsparungen bei der CO2-Bilanz.

Mikrokanal im Vergleich zu Rippe und Rohr

Vorteile von Mikrokanal-Wärmetauschern:

  • Energieeffizient - einige Hersteller geben an, dass sie zwischen 20 und 40 % effizienter sind als Rippen- und Rohrwärmetauscher
  • MCHEs sind viel kleiner und können bis zu 60 % weniger pro Wärmetauscher oder bis zu 7 % weniger pro Kühler wiegen
  • Robuste Bauweise mit längerer Lebensdauer
  • Leicht zu reinigen, was die Wartungsfreundlichkeit verbessert
  • Wahrscheinlich geringere Materialkosten
  • Kann die Energieeffizienz älterer Systeme verbessern, wenn Rippen- und Rohrwärmetauscher ersetzt werden
  • Leiser im Betrieb, da kleinere Ventilatoren verwendet werden können
  • Flexibler in Bezug auf Auslegung und Design.

Nachteile von Mikrokanal-Wärmetauschern:

  • Kondensat kann ein Problem darstellen und den Luftstrom über die Lamellen blockieren 
  • Da das Gerät komplexer ist, müssen die Konstruktionsmerkmale im Wärmetauscher einen korrekten Kältemittelfluss gewährleisten.  Schlecht konstruierte oder hergestellte Geräte werden nicht die gewünschten Ergebnisse liefern.

Einer der großen Vorteile von MCHE ist die natürliche Korrosionsbeständigkeit von Aluminium, die durch Schutzbeschichtungen noch verbessert werden kann. Die Carrier - Heat Exchanger Corrosion Durability Study von Advanced Materials Engineering verglich neun verschiedene Wärmetauscher, darunter unbeschichtete und beschichtete MCHE, beschichtete und unbeschichtete Kupfer- und Aluminium-Rippen- und -Rohrsysteme sowie blanke Wärmetauscher aus Aluminium und Kupfer. 

Es überrascht nicht, dass ein hochwertiger beschichteter Mikrokanal-Wärmetauscher bei allen Tests am besten abschnitt. Der unbeschichtete MCHE schnitt jedoch immer noch besser ab als herkömmliche Lamellen-Rohr-Wärmetauscher, die unbeschichtet waren, vorbeschichtete Aluminiumlamellen hatten und mit Blygold beschichtete Rohrschlangen mit Kupferrohren und Aluminiumlamellen verwendeten. Der unbeschichtete MCHE schnitt auch besser ab als der unbeschichtete Wärmetauscher mit Kupferrohren und Kupferlamellen.

Zertifizierung für Kaltwassersätze mit Mikrokanal-Wärmetauschern

Wenn Sie sich für einen Kaltwassersatz mit MCHE entscheiden, müssen Sie sicherstellen, dass Sie das richtige Produkt für Ihre Anwendung wählen. Sie müssen nicht nur seine Fähigkeiten kennen, sondern auch Informationen über seine technische Leistung haben. So können Sie mögliche Leistungsprobleme vermeiden. 

Die Zertifizierung ermöglicht Ihnen einen objektiven Vergleich der Produkte, damit Sie eine fundierte Entscheidung treffen können. Die Vorteile eines zertifizierten Produkts sind unter anderem:

  • Die Produktleistung wird nach den gleichen Kriterien bewertet, und die Ergebnisse werden in der gleichen Maßeinheit ausgedrückt, unabhängig davon, in welchem Land die Produkte hergestellt oder vermarktet werden.
  • Die Leistung eines zertifizierten Produkts wird von einer unparteiischen, unabhängigen und kompetenten akkreditierten Stelle überprüft.
  • Zertifizierte Produkte entsprechen den Normen
  • Ein Produkt, dessen Leistung zertifiziert ist, funktioniert gemäß den vom Hersteller angegebenen Spezifikationen.

Wenn Sie also Kältetechnik ansehen und vergleichen möchten, ist unser Verzeichnis zertifizierter Produkte ein guter Ausgangspunkt. Mit der benutzerfreundlichen Suchfunktion können Sie Produkte nach Familie, Typ, Marke, Modellname und Zertifikatsnummer suchen. 

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