Magnetventile für HVAC-R-Anwendungen

Heizungs-, Lüftungs-, Klima- und Kälteanlagen (HVAC-R) verwenden verschiedene Geräte, um die Luftfeuchtigkeit, die Temperatur und die Luftreinheit in einem geschlossenen Raum wie einem Haus zu steuern. Ein HVAC-R-System sorgt für akzeptable Raumluftqualität und thermischen Komfort in einem Raum oder Gebäude. Magnetventile werden in diesen Systemen üblicherweise eingesetzt, um den Durchfluss von Kältemitteln und Brennstoffen an verschiedenen Stellen des HVAC-R-Systems zu steuern. In diesem Artikel werden das Funktionsprinzip einer HLK-Anlage und die Auswahl der Magnetventile für jede Einheit innerhalb des Systems erläutert.

Inhaltsübersicht

• Was ist ein HVAC-R-System?
• HVAC-R-System in Betrieb
• Magnetventile für HVAC-R
• Funktionen eines HVAC-R-Systems
• HVAC-R-Anwendungen
• FAQs

Was ist ein HVAC-R-System?

Ein HVAC-R-System sorgt für eine Reihe von Umgebungsbedingungen, die sowohl für Wohnzwecke als auch für industrielle Zwecke wie z. B. einen Fertigungsprozess gelten können. Das System regelt also die Raumtemperatur, die Luftfeuchtigkeit und die Luftqualität und sorgt so für angenehme Arbeitsbedingungen in einer Branche.

• Heizung Eine Heizungsanlage erhöht die Raumtemperatur bei extrem kalten Wetterbedingungen.
• Belüftung: Bei der Lüftung wird die Luft in einem Raum ausgetauscht oder verändert, um die Temperatur zu regulieren. Ein natürliches Beispiel für die Belüftung ist das Öffnen des Fensters, um einen Luftstrom in das Gebäude zu ermöglichen.
• Klimaanlagen und Kältetechnik: Ein Klimagerät soll kühlen und die Luftfeuchtigkeit in einem Raum verändern. Bei der Kältetechnik handelt es sich um das Einfrieren und Kühlen eines geschlossenen Raums mit Hilfe eines Kühlmittels, und diese Technik wird häufig zur Konservierung von Lebensmitteln eingesetzt.

Arbeitsverfahren des HVAC-R-Systems

Das Lüftungsgerät (AHU) sammelt und kombiniert die Außenluft mit der aus dem Innenbereich des Gebäudes zurückströmenden Luft. Das Luftgemisch wird dann erwärmt oder gekühlt und anschließend über Kanäle im Gebäude verteilt.

Klimatisierung und Kältetechnik

Eine Klimaanlage (AC) wird zum Kühlen und manchmal auch zum Heizen verwendet, je nach den Eigenschaften der Luft zu einem bestimmten Zeitpunkt. Die Kühlung erfolgt mit einem typischen Kühlkreislauf. Die Hauptbestandteile einer Klimaanlage sind:

• Kompressor
• Verflüssiger
• Verdampfer
• Expansionsventil

Das Grundprinzip der Klimatisierung besteht darin, einem Bereich Wärme zu entziehen, sie durch gekühlte Luft zu ersetzen und die warme, trockene Luft in die Atmosphäre abzugeben. Für diesen Wärmeaustausch wird ein spezielles Fluid verwendet, das als Kältemittel oder Kühlmittel bezeichnet wird. Das Kältemittel ist der eigentliche Träger oder das Medium des Wärmeaustauschs zwischen der äußeren Umgebung und den inneren Komponenten. Ein Kältemittel kann aufgrund seines sehr niedrigen Siedepunkts leicht vom flüssigen in den gasförmigen Zustand übergehen und umgekehrt. Der Siedepunkt des Kältemittels R410A liegt zum Beispiel bei ^-480C. Wenn dieses Kältemittel in einer Rohrleitung in einem Raum mit einer Temperatur von^{300 °C}aufbewahrt wird, kann das Kältemittel leicht sieden und in einen Dampfzustand übergehen. Ein weiteres häufig verwendetes Kältemittel ist Freon (R22).

Die wichtigsten Schritte in einem Klimatisierungssystem sind:

1. Der Kompressor (Abbildung 2 mit der Bezeichnung B) verdichtet das Kältemittel und erhöht dessen Druck. Wenn der Druck eines Gases erhöht wird, steigt seine Temperatur, wodurch sich das Kältemittel erwärmt. Die Temperatur des Kältemittels wird in der Regel höher eingestellt als die Außentemperatur. Wärme fließt natürlich von einer Region mit höherer Temperatur zu einer Region mit niedrigerer Temperatur. Damit die Wärme nach außen abgegeben werden kann, muss die Kältemitteltemperatur höher sein als die Außentemperatur.
2. Das Kältemittel, das nun eine hohe Temperatur und einen hohen Druck aufweist, strömt durch die Verbindungsrohre und erreicht den Verflüssiger (Abbildung 2 mit der Bezeichnung D). Im Verflüssiger geht das Kältemittel bei gleicher Temperatur und gleichem Druck vom gasförmigen in den flüssigen Zustand über. Das Verflüssigerregister befindet sich im Außengerät der Klimaanlage und ist außerhalb des Gebäudes angebracht. Die Wärmeenergie wird von dem heißen gasförmigen Kältemittel aufgenommen, und der Verflüssigerlüfter gibt diese Wärme an die Umgebung ab, wodurch das Kältemittel in eine Flüssigkeit verwandelt wird.
3. Das flüssige Hochtemperatur-Kältemittel verlässt den Verflüssiger und tritt über eine Verbindungsleitung in das Expansionsventil ein (Abbildung 2, Kennzeichnung A). Die Temperatur des Kältemittels muss vor dem Eintritt in den Verdampfer abgekühlt werden. Das Expansionsventil verringert den Druck des Kältemittels und senkt dadurch dessen Temperatur. Das Ventil regelt auch die Menge des in den Verdampfer eintretenden Kältemittels.
4. Die unter niedrigem Druck stehende gekühlte Flüssigkeit tritt in die Kupferrohre des Verdampfers ein (Abbildung 2 mit der Bezeichnung C). Wenn die Raumluft über die kalten Wärmetauscher strömt, wird die Wärme aus dem Raum durch das Kältemittel absorbiert. Dadurch verdampft das Kältemittel zu Dampf. Dadurch verliert die Raumumgebung an Wärme und kühlt ab. Das Gebläse im Verdampfer lässt die kalte Luft von der Oberfläche des Wärmetauschers zirkulieren und sorgt so für den Kühleffekt. Das heiße, gasförmige Kältemittel wird zum Kompressor geleitet, und der Prozess wiederholt sich in einem Zyklus.

Sowohl Klimaanlagen als auch Kühlschränke funktionieren nach dem Prinzip der Wärmesenke. Beide Geräte kühlen die Temperatur eines geschlossenen Bereichs, indem sie die Wärme von einer Quelle (in der Regel der geschlossene Bereich) an einen anderen Ort, die sogenannte Senke, übertragen. Das Grundprinzip der Kühlung ist ähnlich wie bei einer Klimaanlage. Im Gegensatz zu einem Klimagerät ist ein Kühlsystem so konzipiert, dass es die kühle Luft im Gerät hält, ohne sie aus dem Gerät herauszublasen. Außerdem gibt es keine Ventilatoren im Kühlschrank. Die Kältetechnik wird üblicherweise zum Kühlen oder Einfrieren von Lebensmitteln zu Hause und in verschiedenen Industriezweigen eingesetzt, während eine Klimaanlage einen Raum oder ein Gebäude kühlt, um die Luftfeuchtigkeit zu erhalten.

Heizung

Der Heizvorgang wird durch die Verbrennung von Erdgas und Propan in einer Kammer erreicht. Die wichtigsten Schritte in einer Ofenheizung, die in HLK-Anwendungen eingesetzt wird, sind die folgenden:

• Thermostat Ein Thermostat ist ein temperaturgesteuerter Schalter, der sich öffnet, wenn die Innentemperatur unter einen bestimmten Sollwert sinkt. Der Thermostat schaltet einen Zündschalter ein, der ein Ventil öffnet, das einer Steuerplatine signalisiert, den Heizzyklus im Ofen zu starten. Nach dem Aufheizen, wenn die Raumtemperatur den oberen Sollwert erreicht hat, deaktiviert der Thermostat das Ventil, das die Gaszufuhr zur Heizkammer schließt und damit den Verbrennungsprozess stoppt.
• Fan: Luft wird aus der Umgebung in die Brenner gesaugt und mit Gas (z. B. Erdgas und Propan) vermischt, was zu einer Verbrennung führt, die Wärme erzeugt. Das Gebläse leitet die in den Brennern erzeugte Wärme in den Wärmetauscher, wo die Abgase ins Freie gelangen.
• Brenner: Das Gas wird in einer Reihe von Rohren, den sogenannten Ofenbrennern, geleitet und verbrannt. Die Flammen werden durch den kombinierten Betrieb von Zünder, Gasventil und Flammenfühler gesteuert. Wenn das System Wärme benötigt, öffnen sich die Gasventile, und das Gemisch wird mit einer Zündflamme gezündet. Eine Zündflamme ist ein kleiner Gasbrenner, der ständig brennt, um bei Bedarf einen größeren Brenner zu zünden.
• Wärmetauscher Ein Wärmetauscher besteht aus einer Gruppe von Rohren aus Metall, die von den Brennern erhitzt werden, um die Luft im Inneren zu erwärmen. Bei der Verbrennung des Gases im Wärmetauscher werden diese Metallrohre heiß und geben die Wärme an die Umgebungsluft ab. Jede Beschädigung des Wärmetauschers kann dazu führen, dass Verbrennungsgase in die Umgebungsluft entweichen.
• Gebläse: Das Gebläse leitet die Luft aus den Rückluftkanälen in den heißen Wärmetauscher. Die nun erwärmte Luft wird dann über das gesamte Kanalnetz des Gebäudes abgegeben.
• Entlüftung: Eine Entlüftungsöffnung sammelt die für die Wärmeerzeugung verwendeten Verbrennungsgase und führt sie aus dem Gebäude heraus. Bei Standardgeräten wird in der Regel verzinkter Stahl verwendet, während bei Geräten mit hohem Wirkungsgrad Polypropylen-Entlüftungsrohre zum Einsatz kommen, und diese Geräte zeichnen sich durch eine einfache Installation aus.

Nicht alle Branchen haben gleich funktionierende HLK-Systeme. Je nach den klimatischen Bedingungen kann die Einheit mit einem Ofen, aber ohne Klimaanlage ausgestattet sein oder umgekehrt.

Magnetventile für HVAC-R

Ein Magnetventil ist ein elektrisch gesteuertes Ventil mit einer schnellen Reaktionszeit und einem geringen Stromverbrauch, das in mehreren Bereichen eines HLK-Systems effektiv eingesetzt werden kann.

Magnetventil für AC- und Kühlaggregate

Magnetventile spielen eine wichtige Rolle in Kälte- und Klimaanlagen, indem sie den Durchfluss von Kältemitteln steuern. Die Grundfunktion dieser Ventile ist das Ein- und Ausschalten des Kältemittelflusses und damit die Sicherstellung der Systemleistung. Beachten Sie bei der Auswahl eines Magnetventils für Klima- und Kühlanlagen die folgenden Faktoren:

• Werkstoffe für Magnetventile: Die für das Magnetventil gewählten Materialien müssen mit den Kältemitteln wie R22 (Freon), R404A, R410A und R290, um nur einige zu nennen, kompatibel sein. Für das Ventilgehäuse kann Edelstahl und für die Dichtung NBR gewählt werden. In unserem Artikel über die chemische Beständigkeit von Materialien finden Sie weitere Informationen über die Verträglichkeit verschiedener Materialien mit unterschiedlichen Medien.
• Direktgesteuert und servogesteuert: Magnetventile können direkt oder servogesteuert sein. In größeren Anlagen werden in der Regel servogesteuerte Magnetventile eingesetzt. Bei servogesteuerten Magnetventilen muss neben dem maximalen Druckabfall auch der Differenzdruck berücksichtigt werden. Der Differenzdruck unter Teillast muss immer höher sein als der Mindestdifferenzdruck des Ventils, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten. Diese Mindestdruckdifferenz ist auf dem Datenblatt des Ventils angegeben.
• Positionierung des Magnetventils: Magnetventile werden hauptsächlich in der Flüssigkeitsleitung in der Nähe des Expansionsventils angebracht. Durch die Anordnung der Ventile nahe beieinander wird die Gefahr von Wasserschlägen verringert.
• Normalerweise geschlossen/Normalerweise offen: Magnetventile gibt es in zwei Ausführungen: stromlos geschlossen (Ventil ist im stromlosen Zustand geschlossen) und stromlos offen (Ventil ist im stromlosen Zustand offen). In den meisten Fällen wird ein stromlos geschlossenes Magnetventil verwendet, wenn das Ventil in der Flüssigkeitsleitung installiert ist. Dadurch wird sichergestellt, dass das Ventil geschlossen bleibt, wenn die Anlage nicht in Betrieb ist und das Magnetventil stromlos ist, was letztendlich dazu beiträgt, Kältemittelverlagerung zu verhindern (das Kältemittel wandert zum Verdichter, wenn das Gerät ausgeschaltet ist). Eine Unterbrechung der Stromversorgung führt daher nicht zu Problemen im Kühlsystem. Im Gegensatz dazu kann die Verwendung eines stromlos offenen Ventils vorteilhaft sein, wenn das Ventil nur für kurze Zeit geschlossen werden muss.
• Sicherheitsstandards: Magnetventile, die für Kältemittel verwendet werden, müssen verschiedene Zulassungen erfüllen, wie z. B. ATEX, LVD und PED, um nur einige zu nennen. Lesen Sie unseren Artikel über die CE-Zertifizierung , um mehr über die Vorschriften für Ventile zu erfahren.

Magnetventile für Heizgeräte

Magnetventile werden zur Steuerung des Brennstoffflusses zum Ofen in einem Heizgerät verwendet. Das Ventil öffnet sich, wenn die Temperatur unter einen bestimmten Sollwert sinkt, um Gas zum Brenner zu leiten und ihn zu befeuern. Sobald die gewünschte Heizleistung erbracht ist und der Thermostat den festgelegten Sollwert erreicht hat, löst er das Magnetventil aus, um die Gaszufuhr zum Brenner zu unterbrechen. Wenn die Temperatur zu kalt ist, öffnet das Ventil das Gas, und der Brenner wird gestartet. Magnetventile sind äußerst zuverlässig, wenn sie in rauen Umgebungen installiert werden, und haben einen geringen Wartungsaufwand, was zu niedrigen Lebenszykluskosten führt. Beachten Sie bei der Auswahl eines Magnetventils für Heizgeräte die folgenden Faktoren:

• Auswahl des Materials für das Magnetventil: Öfen verwenden in der Regel Brennstoffe wie Erdgas oder Propan, um bei der Verbrennung Wärme zu erzeugen. Erdgas und Propan sind mit Messing, Aluminium, Gusseisen oder Stahl für das Gehäuse und Nitrilkautschuk als Dichtungsmaterial für das Ventil kompatibel.
• Arbeitstemperatur und -druck: Das Ventil arbeitet mit einem breiten Druckbereich für das Medium von sehr niedrig bis sehr hoch (typischerweise 30 psi oder höher). Wenn in der Anwendung extreme Betriebstemperaturen auftreten, muss das Ventil entsprechend ausgelegt werden. Sehr niedrige Umgebungstemperaturen (z. B.^{400 °C}) erfordern spezielle Elastomere für eine leckagefreie Abdichtung.
• Explosionssichere Zertifizierungen: Da das im Magnetventil verwendete Kraftstoffmedium leicht brennbar ist, muss ausreichend darauf geachtet werden, dass keine Funken in der Spule oder im Gehäuse entstehen können. Die Spule oder das Gehäuse des Ventils muss ausdrücklich so beschaffen sein, dass eine vom Ventil ausgehende Explosion verhindert wird. Es gibt verschiedene Normen zur Klassifizierung von Geräten für gefährliche Umgebungen wie NEMA (National Electrical Equipment Manufacturers Association (USA), ATEX (Atmosphères Explosibles (EU) und IEC Ex (International Electrotechnical Commission Explosive (global)). Achten Sie beim Kauf eines Ventils für den Umgang mit explosiven Brennstoffen auf die Kennzeichnung einer dieser Normen auf dem Ventil.
• IP-Bewertung: Vergewissern Sie sich, dass das Ventil die entsprechende IP-Schutzart zum Schutz vor Staub, Flüssigkeit, Feuchtigkeit und Berührung aufweist. Dies ist besonders wichtig, wenn das Ventil in rauen Industrieumgebungen für den Fernbetrieb installiert wird. In unserem Artikel über Magnetventile für Brennstoffe, Öl, Gas und Propan finden Sie weitere Informationen über die Konstruktionsmerkmale und Auswahlkriterien von Magnetventilen für Brennstoffe.

Funktionen eines HVAC-R-Systems

• Heizung und Kühlung
• Befeuchtung und Entfeuchtung
• Reinigung der Luft
• Regulierung des Luftstroms

HVAC-R-Anwendungen

HVAC-R-Systeme werden häufig eingesetzt in:

• Gesundheitseinrichtungen
• Laboratorien
• Hotels
• kerntechnische Anlagen
• Einrichtungen des Gesundheitswesens
• Wohneinheiten
• gewerbliche und öffentliche Gebäude

FAQs

Was bedeutet HVAC-R?

HVAC-R-System bezieht sich auf die mechanischen Systeme, die für Heizung, Lüftung, Klimatisierung und Kühlung in einer Industrie oder einem Gebäude verwendet werden.

Welche Chemikalie wird in einer Klimaanlage verwendet?

Eine Klimaanlage verwendet ein Kältemittel wie Freon.

Was ist der Unterschied zwischen Klimaanlagen und Kälteanlagen?

Bei der Kühlung wird die kalte Luft im Raum gehalten, während sie bei einer Klimaanlage weggedrückt wird. Bei der Kühlung wird nur ein Kühlmittel verwendet, um einen Raum zu kühlen, während eine Klimaanlage die Außenluft nutzt.

Können Klimageräte als Heizgeräte verwendet werden?

Einige Klimageräte, die mit einer Wärmepumpe ausgestattet sind, können auch als Heizung verwendet werden. Wenn der Heizmodus eingeschaltet ist, erzeugt das Gerät warme Luft.

Wozu dient ein Magnetventil?

Ein Magnetventil wird in der Regel zum Absperren, Freigeben, Verteilen, Dosieren oder Mischen verschiedener Flüssigkeiten verwendet.