Einfluss auf die Schmiereigenschaften
Im Vergleich zu gewohnten HFKWs wie R 404A und R 134a stellen HFO und ihre Gemische höhere Anforderungen an die Kompressoren, denn diese Kältemittel haben eine deutlich höhere Löslichkeit im Öl. Das führt zu einer Reduktion der Ölviskosität und verringert die Schmiereigenschaften des Öls. Als Folge entsteht ein erhöhter Verdichterverschleiß. Deshalb hat Bock seine Erfahrung mit technisch anspruchsvollen Kältemitteln wie CO2 und Kohlenwasserstoffen genutzt und die Verdichter überarbeitet, damit sie auch für HFO-Kältemittel geeignet sind.
Welchen konkreten Einfluss die Löslichkeit der HFO in Öl auf die Schmierung und den Verdichterverschleiß hat, untersuchte das Entwicklerteam anhand von mehreren Tests an Standardverdichtern. Es ergab sich ein erheblich größerer Verschleiß an Pleueln, Kolben, Lagerbuchsen und anderen Komponenten. Es waren also einige Modifikationen erforderlich, zum Beispiel:
- Implementierung einer Anlaufscheibe, die verhindert, dass die Kurbelwelle bei Mangelschmierung das Gehäuse beschädigt
- Lagerschalen bzw. Lagerbuchsen mit spezieller Beschichtung für die Pleuel
- O-Ring-Dichtungen aus chemisch stabilem Material
- spezielle Dichtungsmaterialien an den Absperrventilen
- besondere Ölfüllung für Wärmepumpenanwendungen
Philipp Schmid ist gut gelaunt. Anfangs noch zurückhaltend, ist er dann schnell in seinem Element. Bild: KältenKlub
Damit die HFO funktionieren, muss besonders auf ihre hohe Löslichkeit im Öl geachtet werden. Bild: Bock
Optimieren, testen, optimieren, im Feld testen
Entwicklung und Tests waren ein iterativer Prozess. Optimierungen wurden eingebracht und auf ihre Wirksamkeit untersucht. Die erste Testphase fand auf den Prüfständen bei Bock statt. Dort wurden die Verdichter über mehrere hundert oder gar tausend Stunden unter verschiedenen Bedingungen betrieben. Dabei wurde nicht nur der Volllastbetrieb, sondern auch der Teillastbetrieb mit Leistungsregler oder auch mit einem Frequenzumformer zwischen 20 und 70 Hz erprobt. Erst nachdem die internen Tests zur Zufriedenheit abgeschlossen waren, durften die Verdichter in den Feldtest.
Vor allem die Lagerbuchsen stehen hier im Fokus. Bild: Bock
Feldtest in der Nahwärmezentrale
Eines der ersten Projekte, bei dem LG-Verdichter im Rahmen eines Feldtests installiert wurden, ist die Nahwärmezentrale im Bieler Quartier Champagne. Eine Wärmepumpenanlage mit Kompressoren vom Typ HG 88e LG dient in der Energiezentrale dazu, dem Grundwasser Wärme zu entziehen und die Energie auf einem Temperaturniveau von etwa 50 bis 63 °C zum Beheizen von Objekten im Quartier bereitzustellen.
Große Bandbreite an Low-GWP-Verdichtern
Die guten Erfahrungen aus diesem Feldtest und weiteren Kundenprojekten waren Voraussetzung für die Serieneinführung der HG LG-Verdichter. Dabei gilt, dass die neuen LG-Verdichter gleichermaßen mit traditionellen und den Low-GWP-Kältemitteln betrieben werden können. R 1234 ze und R 1234 yf stellen hierbei die klimafreundliche Alternative zu R 134a dar und R 454C oder R 455A den Ersatz für R 404A.
Die LG-Verdichter gibt es mittlerweile für die komplette HG-Serie vom kleinsten HG 12 P mit einem Hubvolumen von 5,4 m³/ h bis zum HG 88e mit 281,3 m³/ h (bei 50 Hz). Außerdem hat Bock seine Verdichter der HA-Serie mit Hubvolumina von 11,1 bis 57,7 m³/ h als LG-Versionen für die HFO-Kältemittel freigegeben. Sie alle haben dank der oben genannten Optimierungen eine noch höhere Zuverlässigkeit als die bewährten Modelle mit traditionellen synthetischen Kältemitteln. Die LG-Versionen eröffnen so den Einstieg in klimafreundlichere und zukunftssichere Klima-, Kälte- und Wärmepumpenanlagen.