Lernfeld 7 · Prüfung Teil 2

Kältemittelleitungen dimensionieren

Saug-, Druck- und Flüssigkeitsleitung richtig bemessen: Massenstrom, Strömungsgeschwindigkeit, Druckverlust und Kupferrohr für die Kältetechnik.

16 Aufgaben dazu übenKostenlos, ohne Anmeldung, mit Lösungsweg

Darum geht es

Eine Kälteanlage hat drei Hauptleitungen mit ganz unterschiedlichem Inhalt. In der Saugleitung strömt überhitzter Dampf mit niedrigem Druck und kleiner Dichte, in der Druckleitung heißer Dampf unter Hochdruck und in der Flüssigkeitsleitung unterkühlte Flüssigkeit. Weil derselbe Massenstrom durch alle drei Leitungen fließt, braucht die Saugleitung den größten und die Flüssigkeitsleitung den kleinsten Querschnitt. Üblich sind in Saug- und Druckleitung etwa 8 bis 15 m/s, in der Flüssigkeitsleitung etwa 0,5 bis 1,5 m/s.

Die Rechnung beginnt beim Betriebspunkt. Aus Kälteleistung und Enthalpiedifferenz im Verdampfer folgt der Massenstrom, mit der Dichte des Kältemittels der Volumenstrom und über die gewählte Geschwindigkeit der Querschnitt. Danach wird der Druckverlust mit der gleichwertigen Länge geprüft, also der geraden Leitung plus Zuschlägen für Bögen und Armaturen. In der Saugleitung gibt man den Druckverlust als Absenkung der Sättigungstemperatur an und hält ihn bei etwa 1 bis 2 K, denn jeder Verlust kostet Kälteleistung.

In der Flüssigkeitsleitung entscheidet die Unterkühlung. Steigt die Leitung nach oben, sinkt der Druck zusätzlich um den statischen Anteil. Reicht die Unterkühlung nicht, verdampft vor dem Expansionsventil ein Teil der Flüssigkeit, und der Verdampfer wird unterversorgt. Verlegt wird Kupferrohr nach DIN EN 12735-1, das innen sauber und trocken geliefert wird; gelötet wird unter Stickstoff, damit kein Zunder entsteht. Die Wanddicke muss zum höchstzulässigen Druck PS passen.

Das solltest du dir merken

Gleicher Massenstrom, verschiedene Dichten, darum ist die Saugleitung am dicksten.
Druckverlust in der Saugleitung als Kelvin Sättigungstemperatur rechnen und bei etwa 1 bis 2 K halten.
Zur geraden Länge immer die gleichwertigen Längen von Bögen und Ventilen addieren.
Flüssigkeitssteigleitungen kosten etwa 0,1 bar je Meter, die Unterkühlung muss das ausgleichen.
Kälterohr bleibt verschlossen, bis es verbaut wird, und wird unter Stickstoff gelötet.

Formeln

Massenstrom aus der Kälteleistung: $m ˙ = \frac{Q ˙ _{0}}{Δ h}$; $m ˙$ in kg/s, $Q ˙_{0}$ Kälteleistung in kW, $Δ h$ Enthalpiedifferenz im Verdampfer in kJ/kg
Strömungsgeschwindigkeit: $w = \frac{m ˙}{ρ \cdot A} = \frac{4 \cdot V ˙}{π \cdot d _{i}^{2}}$; $w$ in m/s, $ρ$ Dichte in kg/m³, $A$ Querschnitt in m², $d_{i}$ Innendurchmesser in m
Statischer Druckverlust einer Steigleitung: $Δ p = ρ \cdot g \cdot h$; $Δ p$ in Pa, $g = 9, 81 m/s^{2}$ , $h$ Höhe in m

Typische Fehler in der Prüfung

Mit dem Außendurchmesser statt mit dem Innendurchmesser den Querschnitt berechnet.
Kälteleistung in kW und Enthalpie in kJ/kg gemischt mit Watt gerechnet, Massenstrom um den Faktor 1000 falsch.
Nur die gerade Rohrlänge eingesetzt und Bögen sowie Ventile vergessen.
Den statischen Druckverlust einer Flüssigkeitssteigleitung übersehen.

Tipps aus der Werkstatt

Rechne den Querschnitt immer mit dem Innendurchmesser, nicht mit dem Zollmaß außen. Faustwerte zum Gegenprüfen: Saug- und Druckleitung etwa 8 bis 15 m/s, Flüssigkeitsleitung 0,5 bis 1,5 m/s. Liegt dein Ergebnis weit daneben, steckt meist ein Fehler bei kW, kJ oder mm.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

16 Aufgaben zu „Kältemittelleitungen dimensionieren“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

Jetzt üben

Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Mechatroniker/-in für Kältetechnik, Lernfeld 7 (Rohrleitungen und Kanäle verlegen). Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.