Leitfaden für Rack-Kühlsysteme: Design, Dimensionierung und Kondensationseinheiten

Kernkomponenten, aus denen ein Racksystem besteht

Ein typisches Parallelregal besteht aus einem definierten Satz von Teilen, von denen jedes eine bestimmte Aufgabe im Kühlkreislauf erfüllt:

• Kompressoren – normalerweise zwei bis acht Kolben-, Scrollen- oder Schraubenkompressoren, die parallel an einem gemeinsamen Saugverteiler angeschlossen sind.
• Kondensator — leitet die von den Kühlräumen aufgenommene Wärme ab; kann je nach Klima und Wasserverfügbarkeit luftgekühlt, wassergekühlt oder verdunstend sein.
• Empfänger – speichert flüssiges Kältemittel und puffert Schwankungen der Systemladung bei Laständerungen.
• Ölabscheider- und Ölmanagementsystem – führt Schmiermittel zu Kompressoren zurück, die ein gemeinsames Kurbelgehäuse oder einen gemeinsamen Ölbehälter haben.
• Ansaug- und Auslassverteiler – Stahlverteiler, die jeden Kompressor mit dem gleichen Niederdruck- und Hochdruckdruck verbinden.
• Controller – ein Mikroprozessor oder eine SPS, die Kompressoren ein- und ausschaltet, den Förderdruck verwaltet und Alarme protokolliert.

Wenn der Kondensator und mindestens ein Kompressor als einzelne versiegelte oder halbhermetische Einheit verpackt sind und nicht über ein Rack verteilt sind, entsteht das, was die Industrie als „ Verflüssigungssatz – ein in sich geschlossener Block, der entweder allein für eine einzelne Last stehen oder mit anderen Verflüssigungssätzen gekoppelt werden kann, die ein gemeinsames Rohrleitungsnetz versorgen.

In modernen Racks verwendete Kompressortypen und ihr Vergleich

Die Auswahl des Kompressors beeinflusst fast jede andere Entscheidung in einem Rack, vom Geräuschpegel über die Regelleistung bis hin zu den langfristigen Wartungskosten. Die meisten heute gebauten Parallel-Racks basieren auf drei Kompressorfamilien, wobei oft verschiedene Typen auf demselben Rahmen gemischt werden, um Kapazitätsstufen mit Zuverlässigkeit in Einklang zu bringen.

Kolbenkompressoren

Kolbenkompressoren sind in Tieftemperatur-Racks nach wie vor üblich, da sie die höheren Kompressionsverhältnisse in Tiefkühlanwendungen besser tolerieren als Scrollkompressoren. Sie sind mechanisch einfach, umfassend gewartet und in einem breiten Leistungsspektrum erhältlich, erzeugen jedoch mehr Vibrationen und Lärm als Scroll-Alternativen und verfügen über mehr Verschleißteile wie Ventile und Kolben, die möglicherweise erneuert werden müssen.

Scroll-Kompressoren

Scrollkompressoren dominieren Mitteltemperaturregale in Supermärkten und leichten gewerblichen Kühllagern. Ihr Orbiting-Scroll-Design hat weniger bewegliche Teile als ein Kolbenkompressor, läuft leiser und verträgt Flüssigkeitsschläge besser, was katastrophale Ausfälle bei Abtauübergängen reduziert. Scrollkompressoren werden normalerweise in festen Leistungsschritten gestaffelt, es sei denn, sie werden mit einem digitalen oder drehzahlvariablen Modell kombiniert.

Schraubenkompressoren

Schraubenkompressoren kommen in größeren Industrieregalen zum Einsatz, insbesondere in Kühlhäusern und Lebensmittelverarbeitungsbetrieben, wo die Gesamtkapazität Hunderte von Tonnen beträgt. Sie bieten eine kontinuierliche Leistungsmodulation über ein Schiebeventil, hohe Zuverlässigkeit bei Volllast und lange Wartungsintervalle, sind jedoch mit höheren Vorabkosten verbunden und erfordern Techniker mit einer speziellen Ausbildung für Schraubenkompressoren.

Nachrüsten eines in die Jahre gekommenen Racks statt Komplettaustausch

Nicht jedes Alterungsregal muss herausgerissen werden. Wenn der Stahlrahmen, die Rohrleitungen und die wichtigsten Strukturkomponenten intakt bleiben, kann eine gezielte Nachrüstung die Nutzungsdauer verlängern und die Effizienz verbessern, und das zu einem Bruchteil der vollen Ersatzkosten.

• Der Austausch von Kompressoren mit fester Drehzahl durch eine Einheit mit variabler Drehzahl oder eine digitale Einheit verbessert die Teillasteffizienz, ohne dass das gesamte Rack umgebaut werden muss.
• Durch die Aufrüstung des Rack-Controllers auf eine moderne Mikroprozessorplattform werden Fernüberwachung, bessere Diagnose und eine präzisere Druckregelung ermöglicht.
• Der Austausch eines alternden Kondensators durch eine Spule mit höherem Wirkungsgrad kann den Kopfdruck senken und den Energieverbrauch des Kompressors verringern, selbst wenn die Kompressoren selbst an ihrem Platz bleiben.
• Eine Umstellung des Kältemittels auf eine Mischung mit niedrigerem GWP, sofern diese mit vorhandenen Komponenten kompatibel ist, kann die konforme Lebensdauer des Racks verlängern, da die Verfügbarkeit älterer Kältemittel immer knapper wird.

Eine Nachrüstungsbewertung sollte immer mit einer ehrlichen Bewertung der Betriebsstunden des Kompressors und des Zustands der Rohrleitungen beginnen, da die Investition in Steuerungen und Kondensator-Upgrades in einem Rack, in dem sich die Kompressoren dem Ende ihrer Lebensdauer nähern, oft eine schlechte Rendite bringt.