01 · Umfang
R744-Gaskühler-Auslegung mit dem BITZER Tool
Das BITZER Gascooler Tool ist ein Online-Auslegungstool und Berechnungstool zur Auswahl und Typberechnung von BITZER Rohrbündel-Wärmeübertragern für R744 (CO₂). Bewertet wird ein definierter Betriebspunkt aus R744-Druck und -Temperatur, den Bedingungen des Wärmeträgers auf der Mantelseite, Volumenstrom oder Leistung, den Verschmutzungswiderständen und der Kataloggeometrie. Das Ergebnis enthält die thermischen, hydraulischen und mechanischen Daten für die Gerätebewertung.
Leistungsauslegung – Auswahl und Dimensionierung
Durchsucht die verfügbare Kataloggeometrie nach Ausführungen, die eine geforderte Wärmeabgabe am angegebenen Betriebspunkt abdecken.
Typberechnung – Leistungsbewertung
Berechnet eine ausgewählte Geometrie und Umlenkblechkonfiguration mit Temperaturen, Leistung, Druckverlusten, Geschwindigkeiten und technischen Daten.
Seriell – 2 Gaskühler
Bildet die transkritische zweistufige Anordnung ab: heiße Stufe GK2, berechneter Zwischenzustand, kalte Stufe GK1.
Das Tool deckt einen festen Auslegungsbereich von 30 bis 2000 kW ab. Ob darin eine geeignete Ausführung existiert, folgt aus den Betriebsbedingungen, der verfügbaren Kataloggeometrie und den anwendbaren Grenzen. Der Bereich beschreibt den Umfang des Tool-Workflows; er ist weder eine Leistungsgarantie für eine einzelne Geometrie noch ein Ersatz für die aktuelle Produktdokumentation.
Weitere Informationen: BITZER Produktblatt DP-400-1.
Ein Ergebnis ist ein Auswahl- oder Typberechnungsergebnis für einen Betriebspunkt. Regelung, Sicherheitseinrichtungen, Rohrleitungen, Speicher, Abnahme, Werkstoffe und die vollständige Kälte- oder Wärmepumpenauslegung bleiben eigene Aufgaben.
02 · Funktionen
Gerätefunktionen und Anwendungen
Das Produkt ist ein Rohrbündel-Wärmeübertrager mit R744 auf der Rohrseite und dem Wärmeträger auf der Mantelseite. Der R744-Zustand auf der Hochdruckseite bestimmt die Gerätefunktion, die Verwendung der übertragenen Wärme die Anwendung. Beides ist voneinander unabhängig.
| Gerätefunktion | R744-Zustand auf der Hochdruckseite | Vom Tool abgedeckt |
|---|---|---|
| Gaskühler | Auf oder über dem kritischen Druck. Einphasige Abkühlung ohne Verflüssigung; eine Verflüssigungstemperatur existiert nicht. | Ja, transkritischer Berechnungspfad. |
| Verflüssiger | Unter dem kritischen Druck. Enthitzung, Verflüssigung und, sofern vorgegeben, Unterkühlung bis zu einem flüssigen Austritt. | Ja, subkritischer Berechnungspfad. |
| Enthitzer | Unter dem kritischen Druck, nur Abbau der Überhitzung, ohne Verflüssigung. | Nein. Ein subkritischer Betrieb ohne Verflüssigung wird abgewiesen; der subkritische Pfad verlangt einen flüssigen Austritt. |
Anwendungen
Wärmeabfuhr und Wärmerückgewinnung sind Anwendungen dieser Funktionen, keine zusätzlichen Funktionen. Bei der Wärmeabfuhr verlässt die übertragene Wärme die Anlage über einen Kühlwasserkreis oder eine nachgeschaltete luftgekühlte Stufe. Bei der Wärmerückgewinnung versorgt ein Teil desselben Wärmestroms einen Nutzwärmekreis. DP-400-1 ordnet die Wärmerückgewinnung dem transkritischen Betrieb zu, also dem Gaskühlerbetrieb.
Im transkritischen Betrieb lässt sich der Hochtemperaturanteil der Wärmeabgabe in eine eigene Stufe trennen; die Betriebsart Seriell – 2 Gaskühler berechnet genau diese Anordnung mit heißer und kalter Stufe. Im subkritischen Betrieb liegt das höchste Temperaturniveau im Enthitzungsabschnitt, ein Enthitzer ohne Verflüssigung liegt jedoch außerhalb des Berechnungsbereichs.
- Gewerbekälte, Kühlhäuser und Distributionszentren.
- Industrie- und Prozesskühlung mit definiertem Wärmeträgerkreis.
- Wärmepumpen und Warmwasserbereitung mit nutzbarer Wärmesenke.
- Marine- und andere Anwendungen mit bestimmter Abnahme und Anschlusskonfiguration.
03 · Thermodynamik
R744 auf der Hochdruckseite
Der kritische Punkt von R744 liegt bei etwa 31,1 °C und 73,8 bar(a). Der CO₂-Eintrittsdruck wird gegen den hinterlegten kritischen Druck von 73,773 bar(a) eingeordnet: darunter gilt der subkritische Berechnungspfad, ab diesem Wert der transkritische. Der Schwellwert wählt Berechnungspfad und Bezeichnungsmarker; den übrigen Kreisprozess beschreibt er nicht.
| Pfad | Thermodynamischer Zustand | Vorgabe und Prüfung |
|---|---|---|
| Transkritisch, Gaskühler | R744 liegt auf oder über dem kritischen Druck und kühlt einphasig ab. Eine Verflüssigungstemperatur existiert nicht, die lokale Temperaturdifferenz ändert sich über die Länge des Wärmeübertragers. | CO₂-Eintrittsdruck und -temperatur, Austrittsziel, Ein- und Austritt der Mantelseite, Wärmeabgabe, kleinste Annäherung und beide Druckverluste. |
| Subkritisch, Verflüssiger | R744 liegt unter dem kritischen Druck. Die Wärmeabgabe umfasst Enthitzung, Verflüssigung und, sofern vorgegeben, Unterkühlung. Die Sättigungstemperatur gehört zum gewählten Druck. | CO₂-Druck und Sättigungsbeziehung, Austrittsbedingung unter der Sättigungsgrenze, Leistung und beide Druckverluste. |
In thermodynamischen Kreisprozessdarstellungen wird die transkritische Wärmeabgabe als isobarer, nicht isothermer Vorgang angenähert. Im realen Wärmeübertrager tritt ein endlicher Druckverlust auf der Rohrseite auf, den das Tool berechnet. Der gewählte Hochdruck verändert Enthalpie- und Temperaturverlauf des R744; Druck und Austrittstemperatur gehören deshalb zusammen. Eine Verflüssigungstemperatur ersetzt keine transkritische Austrittsbedingung, weil oberhalb des kritischen Drucks kein Sättigungszustand existiert.
Für den aktuellen subkritischen Berechnungspfad muss die angegebene R744-Austrittsbedingung mindestens 0,1 K unter der Sättigungsgrenze liegen, damit ein flüssiger Austritt definiert ist. Das ist eine Anforderung des Berechnungsmodells und keine allgemeine Empfehlung zur Unterkühlung der Anlage.
04 · Wärmerückgewinnung
Wärmerückgewinnung als Anwendung des Gaskühlerbetriebs
Die Wärmerückgewinnung ist kein eigener Berechnungspfad und keine eigene Gerätefunktion. Die Mantelseite überträgt einen Teil der abzuführenden R744-Wärme auf einen nutzbaren Wärmeträgerkreis, während das Gerät weiterhin als Gaskühler arbeitet. Typische Senken sind Heizungswasser-Vorwärmung, Prozesswassererwärmung oder eine andere nutzbare thermische Last. Ein Ergebnis nennt, was die gewählte Geometrie an einem Betriebspunkt überträgt; welcher Anteil davon in der Anlage genutzt wird, ist nicht Teil der Berechnung.
R744-Eigenschaften mit Bedeutung für die Wärmerückgewinnung
Im transkritischen Betrieb tritt das Kältemittel mit hoher Temperatur ein und kühlt kontinuierlich ab; keine einzelne Verflüssigungstemperatur legt die treibende Temperaturdifferenz fest. Die lokale Temperaturdifferenz ändert sich daher über die Länge des Wärmeübertragers und verbindet CO₂-Eintrittsdruck, CO₂-Eintrittstemperatur, Gaskühler-Austrittstemperatur und die Temperaturen der Mantelseite. Eine bei einem Druck erreichte Wasseraustrittstemperatur ändert sich, sobald Druck, Massenstrom oder Eintrittsbedingung wechseln.
Wassereintritt und Wasseraustritt
Die Wassereintrittstemperatur ist der Ausgangspunkt der Rückgewinnungsberechnung und bildet den realen Kreis auf der Mantelseite ab, zum Beispiel kaltes Zusatzwasser, den Rücklauf eines Speichers, einen Prozessrücklauf oder eine sekundäre Heizschleife. Die Wasseraustrittstemperatur ist je nach Berechnungsmodus der Typberechnung Eingabe oder Ergebnis. Begrenzt wird sie durch den verfügbaren Volumenstrom, die Wärmekapazität des Kreises, die lokale Temperaturdifferenz, den Verschmutzungswiderstand, den Druckverlust sowie Anforderungen an Wasserqualität und Werkstoffe. Bei Glykolmischungen verändert die Konzentration Dichte, Wärmekapazität, Viskosität und Gefrierverhalten; das reale Medium und seine Konzentration gehören daher zum Betriebspunkt.
Gegenstrom, Annäherung und Pinch
Im Gegenstrom trifft das kältere Wasser auf das kältere R744-Austrittsende und das erwärmte Wasser auf den heißeren R744-Eintritt. Die treibende Temperaturdifferenz verteilt sich damit über einen größeren Teil der Übertragungsfläche und erlaubt eine kleinere lokale Annäherung als Gleichstrom. Der Pinch ist die kleinste lokale Temperaturdifferenz zwischen beiden Strömen und kennzeichnet die kleinste treibende Differenz; er ist damit eine der wichtigsten thermischen Prüfungen für ein Rückgewinnungsziel. Leistung, R744-Austrittsbedingung, Volumenstrom der Mantelseite, beide Druckverluste und beide Geschwindigkeiten gehören zur gleichen Bewertung.
Einfluss des Hochdrucks
Der Hochdruck wirkt über den Stoffwertverlauf des R744. Ein anderer Druck verändert die Enthalpiedifferenz zwischen Ein- und Austritt sowie die Form des Temperaturverlaufs und damit die nutzbare Wärme je Masseneinheit und die lokale Pinch-Verteilung. Ein Ergebnis ist ein gekoppelter Druck-Temperatur-Betriebspunkt, keine feste Wasseraustrittstemperatur. Wird der Gaskühlerdruck in der Anlage geregelt, gilt die Rückgewinnungsberechnung nur für den betrachteten Druckbereich.
Einbindung in die Anlage
Teilrückgewinnung und ein hoher Rückgewinnungsanteil sind unterschiedliche Anlagenanordnungen. Bei Teilrückgewinnung erreicht nur ein definierter Teil des Hochdruck-Wärmestroms den Nutzwärmekreis; die restliche Wärme wird anderweitig abgeführt. Übernimmt der gewählte Wärmeübertrager einen hohen Anteil der Wärmeabgabe, muss der nachgeschaltete Kreis diese Leistung über den gesamten Betriebsbereich aufnehmen. Das Tool berechnet den Wärmeübertrager an einem Punkt; Speicherschichtung, Mischventile, Bypässe, Bedarfsschwankungen, zusätzliche Wärmeabfuhr und Sicherheitsfunktionen gehören zur Anlagenplanung.
Nach einer Rückgewinnungsberechnung sind Leistung, R744-Austrittsbedingung, Austrittstemperatur der Mantelseite, Pinch, beide Druckverluste und beide Geschwindigkeiten die maßgeblichen Prüfgrößen, verglichen mit Pumpenkennlinie, Rohrnetz, Regelsollwerten und geforderter Wassertemperatur. Eine abgeschlossene Berechnung deckt nur den vorgegebenen Betriebspunkt ab; jahreszeitliche und transiente Anlagenzustände sind nicht enthalten.
05 · Konstruktion
Aufbau der Rohrbündel-Wärmeübertrager der Serie GK
Primäres Medium ist R744 auf der Rohrseite, sekundäres Medium der Wärmeträger auf der Mantelseite. Die Rohrseite führt den R744-Hochdruck; die Gegenstromführung unterstützt eine geringe Annäherung. Rohrbündelgeometrie und Umlenkbleche verbinden thermische, hydraulische und mechanische Anforderungen.
Thermische Auslegung
Enthalpieänderung des R744 auf der Rohrseite, Wärmekapazitätsstrom der Mantelseite, Übertragungsfläche, Austrittstemperaturen und lokale Annäherung bestimmen die übertragene Leistung.
Hydraulische Auslegung
Massenstrom, Stoffwerte, Rohrwege, Mantelquerströmung, Umlenkbleche, Stutzen und Verschmutzungswiderstand bestimmen Druckverlust und Geschwindigkeit.
Mechanische Auslegung
Manteldurchmesser, Rohrlänge, Rohrzahl, Umlenkblechanordnung, Anschlüsse, Werkstoffe, Maße, Volumina und Abnahme müssen zur Anlage passen.
Eine Geometrieänderung ist nie rein thermisch. Die Rohrlänge verändert Übertragungsfläche, Strömungsweg und Baulänge; die Rohrzahl verändert die parallelen Strömungswege, die Geschwindigkeit auf der Rohrseite und den rohrseitigen Druckverlust; der Manteldurchmesser verändert Querschnitt, Geschwindigkeit, Volumen und die verfügbaren Anschlüsse; Umlenkbleche führen den Mantelstrom, stützen das Rohrbündel und beeinflussen Querströmung, Bypasswege, lokale Geschwindigkeit und mantelseitigen Druckverlust. Das aktuelle öffentliche BITZER GK-Produktblatt nennt sieben Manteldurchmesser, vierzehn Standardlängen sowie Längen auf Anfrage und mehrere Umlenkblechanordnungen auf der Sekundärseite. Nicht jede Kombination ist für jeden Betriebspunkt verfügbar, und das Tool bietet nur die geometriekompatiblen Optionen an, damit Anschlüsse und Umlenkblechkonfiguration auf den Katalogartikel zurückführbar bleiben.
06 · Auslegung
Thermische und hydraulische Zusammenhänge
Die Auswahl wägt Wärmeübertragung, Druckverlust, Geschwindigkeit, Abmessungen und Leistungsreserve gegeneinander ab. Ausreichende Leistung allein macht ein Ergebnis für eine Anlage nicht geeignet.
Eine erste Energiebilanzprüfung lautet:
Die Sekundärseite lässt sich überschlägig prüfen mit:
Der Gesamtwärmedurchgangskoeffizient (U-Wert) fasst die konvektiven Widerstände auf Rohr- und Mantelseite, den Wandwiderstand und die Verschmutzungswiderstände zusammen. Der Solver arbeitet mit lokalen Stoffwerten und Temperaturprofilen; eine konstante LMTD/U-Abschätzung bleibt eine Vorprüfung und ersetzt die Berechnung nicht.
| Einflussgröße | Typische Wirkung | Gemeinsam mit dem Ergebnis prüfen |
|---|---|---|
| R744-Druck und Eintrittstemperatur | Verändern Stoffwertverlauf, verfügbare Enthalpiedifferenz und lokales Temperaturprofil. | Gaskühler-Austritt, Leistung, Pinch und Betriebsartenbezeichnung. |
| Volumenstrom und Temperaturen des Wärmeträgers | Verändern Wärmekapazitätsstrom, Austrittstemperatur und mantelseitige Geschwindigkeit. | Austrittsziel, Leistung, mantelseitiger Druckverlust und Temperaturgrenzen. |
| Rohrlänge und Rohrzahl | Verändern Übertragungsfläche, Strömungswege, Geschwindigkeit und rohrseitigen Druckverlust. | Leistungsreserve, CO₂-Druckverlust, Geschwindigkeit und Gesamtmaße. |
| Manteldurchmesser und Umlenkbleche | Verändern Mantelquerströmung, Bypassverhalten, Abstützung und mantelseitigen Druckverlust. | Mantel- und Stutzengeschwindigkeit, Druckverlust, Umlenkblechkonfiguration und verfügbare Anschlüsse. |
| Verschmutzungswiderstand und Medium | Der Verschmutzungswiderstand ergänzt einen thermischen Widerstand und senkt den effektiven U-Wert. Die Stoffwerte des Wärmeträgers beeinflussen Wärmekapazität, Viskosität, Wärmeleitfähigkeit, Wärmeübergang und hydraulisches Verhalten. | Projektwerte für den realen Kreis aus Wasser, Ethylenglykol oder Propylenglykol. |
Die beiden Druckverluste werden getrennt bewertet: Der rohrseitige Druckverlust wirkt auf den R744-Betriebspunkt und den Austrittsdruck, der mantelseitige auf den Sekundärkreis und den berechneten Austrittsdruck der Mantelseite. Ein Ergebnis ohne Verschmutzung und ein verschmutzter Auslegungsfall sind ohne Angabe des Unterschieds nicht vergleichbar.
07 · Betriebsarten
Betriebsarten
Die Auswahl „Modus“ bestimmt Formular und Ergebnisablauf, also welche Auslegungsfrage das Tool beantwortet. Die transkritische oder subkritische Einordnung bestimmt sie nicht; diese folgt aus dem R744-Eintrittsdruck.
| Betriebsart im Tool | Zweck | Hauptergebnis |
|---|---|---|
| Leistungsauslegung | Katalogsuche nach Ausführungen, die eine geforderte Leistung abdecken. | Rangfolge mit Leistung, Druckverlusten, Abmessungen, Volumenströmen, Anschlüssen und Hinweisen. |
| Typberechnung | Berechnung eines Modells oder einer Geometrie am definierten Betriebspunkt. | Ein berechneter Kandidat mit Pinch, Grenzen, technischen Daten und Visualisierung, soweit verfügbar. |
| Seriell – 2 Gaskühler | Berechnung einer zweistufigen transkritischen Anordnung mit heißer Stufe GK2 und kalter Stufe GK1. | Beide Stufenergebnisse und der berechnete Zwischenzustand. |
Berechnungsmodi der Typberechnung
| Formularoption | Vorgabe | Vom Solver bestimmt |
|---|---|---|
| 1) Manteleintritt + Mantelvolumenstrom | Eintrittstemperatur und Volumenstrom der Mantelseite. | Austrittstemperatur der Mantelseite und Wärmeübertragungsergebnis. |
| 2) Manteleintritt + Mantelaustritt | Ein- und Austrittstemperatur der Mantelseite. | Erforderlicher Volumenstrom der Mantelseite. |
| 3) Leistung + Manteleintritt | Geforderte Leistung und Eintrittstemperatur der Mantelseite. | Zustand der Mantelseite, der das Leistungsziel erfüllt. |
08 · Eingaben
Eingaben und Einheiten
Die eingegebenen Werte beschreiben den realen Betriebspunkt. Das Tool leitet nur die Werte ab, die durch die gewählte Betriebsart, das Fluidmodell oder die druckabhängige Bezeichnung festgelegt sind; ein eingegebener Wert wird nicht ersetzt.
| Eingabegruppe | Vom Nutzer eingegeben | Vom Tool berechnet oder ausgewählt |
|---|---|---|
| R744 / Rohrseite | Eintrittstemperatur und -druck, Austrittsziel oder CO₂-Massenstromziel, Rohrwerkstoff, Verschmutzungswiderstand und Anschlussgrößen der Typberechnung. | R744-Zustandsgrößen, Wärmeübertragungsergebnis, rohrseitiger Druckverlust und druckabhängige T/B-Bezeichnung. |
| Wärmeträger / Mantelseite | Wasser, Ethylenglykol oder Propylenglykol; Konzentration, Eintrittsdruck, Temperaturen, Volumenstrom oder Leistung je Betriebsart, Anschlussart und Verschmutzungswiderstand. | Stoffwerte, Austritt oder Volumenstrom der Mantelseite je Betriebsart, mantelseitiger Druckverlust und Warnung bei einem Austrittsdruck unter Atmosphärendruck. |
| Auslegungsziel | Geforderte Leistung, Leistungsbereich, maximale Ergebniszahl, Abnahme und maximale Länge oder Mantelgröße. | Kandidatenfilterung, Rangfolge und Ergebnisdiagnose. |
| Typgeometrie | Manteldurchmesser, Rohrlänge, Rohrzahlcode, Modell- bzw. Geometriecode und Umlenkblechkonfiguration. | Geometriekompatible Anschlussoptionen, Maße, Volumina und technische Daten. |
| Serielle Anordnung | Stufenleistungen, Medien der Mantelseite, Temperaturen, Drücke und Geometriegrenzen für die heiße Stufe GK2 und die kalte Stufe GK1. | Zwischenzustand des CO₂ und Stufenergebnisse. |
Angezeigte Einheiten und Grenzen
Die obere Leiste schaltet Massenstrom zwischen kg/h und kg/s, Mantelstrom zwischen m³/h und kg/s und Druck zwischen bar(a) und kPa(a) um. Temperaturen bleiben in °C. Die Umschaltung ändert nur die Darstellung; der physikalische Betriebspunkt wird vor der Berechnung normiert.
Die Eingabeprüfungen akzeptieren einen CO₂-Eintrittsdruck von 20 bis 140 bar(a). Der Eintrittsdruck des Wärmeträgers auf der Mantelseite muss zwischen 1,3 und 16 bar(a) liegen. Fällt der berechnete Austrittsdruck der Mantelseite unter 1,0 bar(a), meldet das Tool einen Druck unter Atmosphärendruck. Fluid- und druckabhängige Temperaturgrenzen bleiben im Formular sichtbar.
Im subkritischen Fall prüft die Sättigungsbeziehung die R744-Austrittsbedingung und liefert die zugehörige Verflüssigergrenze. Ein „optimaler Hochdruck“ aus einer transkritischen Verdichterauswahl ist kein subkritischer Verflüssigungsdruck.
09 · Workflow
So verwenden Sie das Berechnungstool
Das BITZER Gascooler Tool ist ein Online-Auslegungstool mit drei Wegen. Der Weg folgt aus der Auslegungsfrage: eine passende Ausführung suchen, einen ausgewählten Typ berechnen oder zwei Gaskühler in Serie bewerten.
Weg 1: Leistungsauslegung – Auswahl und Dimensionierung
Vorgegeben werden die geforderte Leistung und der R744-Betriebspunkt. Das Tool durchsucht die kompatiblen Kataloggeometrien, berechnet die Kandidaten und vergleicht sie nach thermischen, hydraulischen und geometrischen Kriterien. Ein Kandidat lässt sich anschließend in die Typberechnung übernehmen.
Weg 2: Typberechnung – Leistungsbewertung
Eine konkrete Geometrie wird am definierten Betriebspunkt in einem der drei unter „07 · Betriebsarten“ beschriebenen Berechnungsmodi gerechnet. In allen Modi prüft das Tool zusätzlich R744-Zustand, Annäherung, beide Druckverluste, Geschwindigkeiten, Grenzen und verfügbare Anschlüsse.
Weg 3: Seriell – 2 Gaskühler
Dieser Weg gilt für eine transkritische zweistufige Anordnung mit zwei in Serie geschalteten Gaskühlern. Das Tool berechnet die heiße und die kalte Stufe mit dem gekoppelten Zwischenzustand. Anlagenbilanz, Regelung und Sicherheitsauslegung bleiben getrennt zu prüfen.
Gemeinsame Arbeitsschritte
- Einheiten. Massenstrom-, Mantelstrom- und Druckeinheiten passend zur Projektdokumentation.
- Betriebsart. Leistungsauslegung, Typberechnung oder Seriell – 2 Gaskühler entsprechend der Auslegungsfrage.
- Betriebspunkt. R744-Druck und -Temperatur sowie Medium, Konzentration, Temperaturen, Druck und Volumenstrom des Wärmeträgers.
- Geometrie und Anschlüsse. Modell, Rohrlänge, Rohrzahlcode, Umlenkbleche und die in den technischen Daten verfügbaren Anschlussgrößen abgestimmt auf die Anlage.
- Berechnung und Bewertung. Leistung, Temperaturen, Annäherung, Druckverluste, Geschwindigkeiten, Grenzen und technische Daten gemeinsam.
- Projektdatei. Laden, Speichern oder Export; Dokumentation des berechneten Betriebspunkts als PDF.
BITZER-Verdichterauslegung als PDF importieren
Mit Import PDF from Compressor Selection wird ein R744-Betriebspunkt aus einer BITZER-Verdichter- oder Systemauswahl in das Hauptformular übernommen. Alle 16 Sprachfassungen der Betriebssoftware-PDFs sowie SI- und IP-Einheiten werden erkannt und normiert. Importierte Werte sind vor der Berechnung zu prüfen; ein PDF ohne auswählbare Textebene ist erneut aus der BITZER Software zu exportieren.
10 · Konfiguration
Toolbezeichnung und Produktkonfiguration
Die Anschlüsse stammen aus den geometriekompatiblen Optionen, die das Tool anbietet. Der Tab „Technische Daten“ zeigt die verfügbaren Anschlussgrößen von Mantel- und CO₂-Seite, sodass der gewählte Wärmeübertrager zur Anlagenverrohrung passt.
| Anschluss | Auswahl | Verwendung |
|---|---|---|
| Wärmeträger, Mantelseite | Anschlussart und Außendurchmesser des Mantelanschlusses; mögliche Positionen zeigen „Technische Daten“ und die Maßzeichnung. | Muss zum Sekundärkreis und zur gewählten Ausführung als Flansch, Victaulic oder Gewinde passen. |
| CO₂-Eintritt, Rohrseite | Außendurchmesser des Rohreintritts und Werkstoffoption, sofern angezeigt. | Muss zur R744-Hochdruckleitung passen; Prüfung anhand der Maßzeichnung. |
| CO₂-Austritt, Rohrseite | Außendurchmesser des Rohraustritts und Werkstoffoption, sofern angezeigt. | Muss zur Austrittsleitung passen; Bewertung zusammen mit rohrseitigem Druckverlust und Geschwindigkeit. |
| Technische Daten | Verfügbare Kataloganschlüsse, Positionen, Maße, Volumina und Angaben zur Abnahme. | Grundlage der Einbauplanung. Eine nicht gelistete Anlagen-Nennweite ersetzt keine fehlende Katalogoption. |
Abnahmen
Heute stehen zwei Abnahmen zur Wahl. CE ist die Standardausführung; der Tab „Technische Daten“ nennt dazu die PED-Kategorie. Marine (DNV, LR, ABS, RINA, BV) ist die von den Klassifikationsgesellschaften abgenommene Ausführung für Schiffs- und Offshore-Einbauten.
Die Auswahl ist mehr als ein Dokument: Sie entscheidet, welche Anschlussfamilie der Katalog anbietet — dieselbe Geometrie kann unter Marine größere Stutzen führen als unter CE — und die Maßzeichnung folgt ihr mit den verlängerten Kopfstücken der Marine-Ausführung. Einbaulänge und Anlagenverrohrung deshalb mit der Abnahme planen, die tatsächlich bestellt wird.
Aufbau der Toolbezeichnung
Das Tool ergänzt Bezeichnungselemente, die den berechneten Druckbereich und die gewählte Konfiguration im Ergebnis nachvollziehbar halten. Diese Software-Bezeichnungselemente sind nicht mit der vollständigen offiziellen BITZER-Bestellnomenklatur gleichzusetzen. In einer Bezeichnung wie GK2742K-07T-1R kennzeichnet GK die Produktfamilie, 2742K die Kataloggeometrie, 07 die Rohrfüll- bzw. Typvariante, T oder B den Softwaremarker für die druckabhängige Betriebsart und -1R die gewählte Umlenkblechanordnung, sofern enthalten.
Automatische Betriebsartenerkennung und Hochtemperatur-Anforderung
Das Tool rechnet den angezeigten CO₂-Druck vor der Einordnung in bar(a) um. Unter 73,773 bar(a) verwendet es den subkritischen Pfad und die Bezeichnung B, ab diesem Wert den transkritischen Pfad und die Bezeichnung T. Die Einordnung als Gaskühler oder Verflüssiger folgt dieser Klassifizierung.
Liegt der Wärmeträgeraustritt über 65 °C, wird eine Hochtemperaturversion benötigt. Der druckabhängige Betriebsartenmarker T/B ist von dieser Anforderung unabhängig.
11 · Prüfung
Ergebnisse, Diagramme und Exporte
Ein Kandidat wird als thermisches, hydraulisches und mechanisches Gesamtpaket bewertet.
| Ergebnisbereich | Angezeigte Informationen | Bedeutung |
|---|---|---|
| Ergebnisse | Betriebsart, Auslegungs- und Ist-Leistung, Reserve, Temperaturen und Volumenstrom der Mantelseite, R744-Temperaturen und -Druck, Massenstrom, Druckverluste, Geschwindigkeiten, Maße, Anschlüsse und Volumina. | Bestätigt die Leistung und die Annahmen hinter dem Betriebspunkt. |
| Pinch-Diagramm | Temperaturverläufe von R744 und Wärmeträger, kleinste Annäherung, Strömungsrichtung und Zellenverlauf, soweit verfügbar. | Zeigt die lokale thermische Engstelle, besonders bei Wärmerückgewinnung. |
| Leistungskennfeld | Berechnete Betriebspunkte und der verfügbare Bereich, soweit das gewählte Ergebnis sie bereitstellt. | Zeigt das Verhalten der Geometrie um den aktuellen Punkt. |
| Limits | Aktuelle Werte im Vergleich mit den anwendbaren Eingabe- und Berechnungsgrenzen. | Macht die Randbedingungen sichtbar, bevor ein Ergebnis verwendet wird. |
| Technische Registerkarten | Maßzeichnungen, technische Daten, Umlenkblecheinfluss und interaktive Visualisierung. | Unterstützt Konfigurationsprüfung und Einbauplanung. |
Hinweise und Rückverfolgbarkeitsangaben sind Teil des Ergebnisses. Ein Hinweis kann ein hydraulisches, thermisches, anschluss- oder betriebsbereichsbezogenes Problem anzeigen, auch wenn die geforderte Leistung erreicht ist.
12 · Technische Hinweise
Hinweise für die Projektprüfung
- Begriffe: Für den transkritischen Pfad gilt die Gaskühler-Terminologie, für den subkritischen Pfad die Terminologie von Verflüssiger, Sättigung und Unterkühlung.
- Hochdruck: Ein transkritisches Ergebnis gilt für den gewählten Druck und die gewählte Eintrittstemperatur und ist keine allgemeine Leistungskurve. Die optimale Hochdruckregelung des Gesamtsystems ist eine separate Aufgabe.
- Subkritischer Austritt: Die angegebene R744-Austrittsbedingung muss mindestens 0,1 K unter der Sättigungsgrenze liegen; das ist eine Anforderung des Berechnungsmodells.
- Wärmeträger: Wasser, Ethylenglykol oder Propylenglykol mit der realen Konzentration; Medium, Konzentration, Temperatur und Druck bestimmen Stoffwerte, Volumenstrom, Wärmeübergang und Druckverlust.
- Druck: Rohr- und mantelseitiger Druckverlust werden getrennt bewertet, einschließlich des berechneten Austrittsdrucks der Mantelseite.
- Verschmutzung: Auf beiden Seiten gelten Projektwerte; ein Vergleich ohne Verschmutzung ist kein Auslegungsfall.
- Geometrie: Rohrlänge, Rohrzahl, Manteldurchmesser, Umlenkbleche und Anschlüsse sind gekoppelt und stammen aus den verfügbaren Katalogoptionen.
- Abnahme und Dokumente: Die freigegebene Ausführung wird anhand der aktuellen BITZER-Produktdokumentation geprüft.
- Anlagenplanung: Druckgeräteauslegung, Regelung, Sicherheit, Rohrleitungen, Werkstoffe, Normen, Speicher und Wärmebedarf werden separat geprüft.
Referenzdokumente: DP-400-1 – GK water gas coolers und AT-744 – Application Guide for R744. Die aktuelle Produktdokumentation und das berechnete Ergebnis haben Vorrang vor einem allgemeinen Rechenbeispiel.
13 · FAQ
FAQ
Was ist ein transkritischer R744-Gaskühler?
Ein transkritischer R744-Gaskühler gibt Wärme auf der Hochdruckseite oberhalb des kritischen Drucks und ohne Verflüssigung ab. R744 kühlt kontinuierlich ab, deshalb gehören Eintrittsdruck, Eintrittstemperatur und Austrittsbedingung zusammen.
Warum wird im transkritischen Betrieb ein Gaskühler statt eines Verflüssigers eingesetzt?
Oberhalb des kritischen Drucks existiert keine Sättigungstemperatur auf der Hochdruckseite, die den Vorgang der Wärmeabgabe beschreiben könnte. Verflüssiger ist der Begriff für den subkritischen Fall mit Kondensation.
Ist die Wärmerückgewinnung eine eigene Gerätefunktion?
Nein. Die Wärmerückgewinnung ist eine Anwendung des Gaskühlerbetriebs: derselbe Wärmeübertrager gibt einen Teil der abzuführenden Wärme an einen Nutzwärmekreis ab statt an einen Kühlwasserkreis oder eine luftgekühlte Stufe.
Warum eignet sich R744 für die Wärmerückgewinnung?
Im transkritischen Betrieb sinkt die Kältemitteltemperatur kontinuierlich, sodass sich im Gegenstrom ein großer Temperaturhub des Wärmeträgers ergeben kann. Der nutzbare Vorteil hängt von Wassereintrittstemperatur, Hochdruck, R744-Austrittsbedingung, beiden Massenströmen, Übertragungsfläche, Pinch und Anlagenregelung ab.
Wie beeinflusst die Wassereintrittstemperatur die Wärmerückgewinnung?
Eine niedrigere Wassereintrittstemperatur kann die R744-Austrittstemperatur senken und die nutzbare Enthalpiedifferenz vergrößern. Sie wirkt zusammen mit dem Volumenstrom der Mantelseite, der geforderten Austrittstemperatur, dem Hochdruck, dem R744-Massenstrom, der Übertragungsfläche und der kleinsten Annäherung.
Was bestimmt die erreichbare Wasseraustrittstemperatur?
R744-Zustand und -Massenstrom, Wassereintritt und -volumenstrom, Übertragungsfläche, Wärmeübergang, Strömungsführung, Verschmutzungswiderstand, Druckverlust und lokale Annäherung wirken zusammen. Eine hohe Wasseraustrittstemperatur allein belegt keinen geeigneten Rückgewinnungsfall.
Warum ist der Gegenstrom vorteilhaft?
Das kältere Wasser trifft auf das kältere R744-Ende, das erwärmte Wasser bewegt sich zum heißeren R744-Eintritt; die treibende Temperaturdifferenz verteilt sich dadurch günstiger. Pinch, Leistung und Druckverlust bleiben trotzdem zu prüfen.
Was ist der Pinch in einem Gaskühler?
Der Pinch ist die kleinste lokale Temperaturdifferenz zwischen R744 und dem Wärmeträger entlang des Wärmeübertragers und kennzeichnet die thermische Engstelle. Ändert sich die R744-Temperatur über einen weiten Bereich, genügen Ein- und Austrittstemperaturen für die Bewertung nicht.
Wie wirkt der Hochdruck auf einen transkritischen Gaskühler?
Der Hochdruck beeinflusst Dichte, Enthalpieverlauf, Wärmeübergang, erreichbare R744-Austrittsbedingung und Verdichterarbeit. Das Tool berechnet den Wärmeübertrager am vorgegebenen Betriebspunkt; die optimale Hochdruckregelung des Systems ist eine separate Aufgabe.
Wie wirkt die Rohrlänge auf die Leistung?
Rohrlänge, Übertragungsfläche und Strömungsweg sind gekoppelt. Mehr Länge kann Leistung und Annäherung unterstützen, verändert aber Baulänge, Volumen, Anschlüsse und Druckverlust.
Wie wirkt die Rohrzahl auf den R744-Druckverlust?
Parallele Rohrwege verändern Querschnitt, Geschwindigkeit und rohrseitigen Druckverlust. Mehr Rohre sind nicht automatisch besser, weil Wärmeübergang, Anschlüsse und Kataloggeometrie zusammenwirken.
Welche Funktion haben Umlenkbleche?
Umlenkbleche führen den Wärmeträger durch den Mantel und über das Rohrbündel und stützen das Bündel ab. Sie beeinflussen Strömungsverteilung, Wärmeübergang, Druckverlust und lokale Geschwindigkeiten.
Warum beeinflusst die Glykolkonzentration die Berechnung?
Die Konzentration verändert Dichte, Wärmekapazität, Viskosität und Gefrierverhalten und damit Volumenstrom, Wärmeübergang und Druckverlust. Der reale Wärmeträger und seine Konzentration gehören zum Betriebspunkt.
Warum werden Druckverlust und Wärmeübertragung gemeinsam bewertet?
Ein höherer Volumenstrom kann den Wärmeübergang verbessern, erhöht aber Druckverlust und Pumpenleistung. Eine geeignete Geometrie erfüllt Leistung, Pinch, Geschwindigkeit, Anschlüsse und Druckverlust gleichzeitig.
Kann das Tool die vollständige Wärmerückgewinnungsanlage auslegen?
Nein. Anlagenbilanz, Speicher, Pumpen, Regelung, Sicherheit, Rohrleitungen, Wärmeabfuhr, Normen und Standortbedingungen bleiben Teil der vollständigen Anlagenplanung.