Die Anpassung der Kälteleistung einer Kältemaschine an den Bedarf geschieht nach wie vor häufig durch Zweipunktregelung. Insbesondere kleinere Einheiten in der Klimatisierung, z.B. Pkw-Klimaanlagen, werden bei z.T. sehr kurzer Einschaltdauer betrieben. Die Einführung stetiger Verfahren, wie Drehzahl- oder Hubvolumenregelung, kann diese Problematik nicht ganz lösen, da deren Regelbereiche häufig begrenzt sind. Das führt dazu, daß eine Abstimmung der Regler auch für den Taktbetrieb notwendig werden kann. Auf Basis der Arbeit von Upmeier, B., Untersuchung des instationären Verhaltens von Wärmepumpenkreisläufen (Diss. Univ. Hannover, 1989), wurden Untersuchungen am Beispiel einer Luft-Luft-Kältemaschine einer Pkw-Klimaanlage gemacht. Besonderes Gewicht wurde auf die, den Kältemittelmassenstrom beeinflussenden Bauteile, zum einen den Verdichter, im Taktbetrieb, mit Drehzahlvariation, Hubvolumenumschaltung und Hubvolumenregelung sowie andererseits das Expansionsventil als thermostatisches Ventil (mechanisch), als elektrisches Ventil und mit elektronischem Regler mit verschiedenen Parametervariationen gelegt. Die Untersuchungen wurden rechentechnisch mithilfe von Simulationsprogrammen und versuchstechnisch an einem Prüfstand durchgeführt. Es zeigte sich dabei, daß für eine genaue energetische Wiedergabe des Kreislaufverhaltens Kennfelddaten des Verdichters notwendig sind. Für die gute Wiedergabe kurzer Taktzyklen wurde ein verbessertes Expansionsventilmodell erstellt. Die Verfahren zur Leistungsregelung des Verdichters zeigten, daß ausgeführte Hubvolumenregelungen dem Taktbetrieb deutlich überlegen sein können. Der Regelbereich der stetigen Hubvolumenregelung ist sehr groß und das Verfahren technisch ausgereift, während die Drehzahlregelung, die energetisch günstiger sein kann, noch nicht serienreif zur Verfügung steht. Im Taktbetrieb mit kurzer Einschaltdauer zeigte sich ein deutlicher energetischer Einfluß der Reaktionsgeschwindigkeit des Expansionsventils. Der Einfluß des gut abgestimmten Proportionalanteils auf den Anfahrvorgang ist deutlicher als der des Integralanteiles, der erst bei einer Einschaltdauer über etwa 100 s erkennbar wird. Das serienmäßig eingebaute thermostatische Expansionsventil zeigte ein gutes Verhalten. Durch Ventile höherer Nennleistung mit einem schnellen elektronischen Regler war jedoch eine Dämpfung des Anfahruntersaugens und damit ein verbessertes Einschwingen erreichbar.
Zum Regelverhalten von Kälteanlagen
Investigations on control of automotive air conditioning systems
1991
85 Seiten, Bilder, Tabellen, 79 Quellen
Hochschulschrift
Deutsch
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