Anschluss eines Kältemittel-Wärmetauschers – wie schließt man die Gasseite an?

Die Wahl des passenden Kältemittel-Wärmetauschers ist nur der erste Teil der Aufgabe, aber genau damit sollte man beginnen - das heißt, wir stellen zunächst sicher, dass wir den richtigen Wärmetauscher hinsichtlich der Größe gewählt haben, aber auch, dass es sich um einen für Kältemittel, also für Gas, vorgesehenen Wärmetauscher handelt - und nicht um einen gewöhnlichen Wasser-Wasser-Wärmetauscher. Gewöhnliche Flüssigkeit-Flüssigkeit-Wärmetauscher sind in der Regel nicht für so hohe Drücke ausgelegt, wie sie Kältemittel und ähnliche Medien erfordern, und selbst wenn sie es sind, sind sie nicht für plötzliche Druckschwankungen ausgelegt. Der Einsatz eines ungeeigneten Wärmetauschers birgt also einfach das Risiko eines Ausfalls, das heißt einer Undichtigkeit.

Genauso wichtig ist der korrekte Anschluss des Kältemittel-Wasser-Wärmetauschers, insbesondere auf der Kältemittelseite, umgangssprachlich Gasseite genannt. Damit befassen wir uns heute.

• Wie schließt man einen Kältemittel-Wasser-Wärmetauscher an?
• Welches Lot sollte man zur Verbindung der Anschlussstutzen mit Kupferrohren verwenden?
• Ist Hartlöten erforderlich?
• Spielt die Fließrichtung von Wasser und Kältemittel eine Rolle?
• Wie sollte der Anschluss eines Kältemittel-Wasser-Wärmetauschers als Verflüssiger aussehen?

Im Folgenden erklären wir die wichtigsten Regeln für die Montage der Wasser- und der Kälteseite.

Ein kleiner Hinweis zur Terminologie: Der Begriff Freon wird umgangssprachlich verwendet. Im engeren oder technischen Sinne ist nicht jedes Kältemittel, für das die in diesem Beitrag beschriebenen Wärmetauscher eingesetzt werden, tatsächlich "Freon".

Anschluss eines Kältemittel-Wärmetauschers – worin unterscheidet er sich vom Wasser-Wasser-Wärmetauscher?

Auf den ersten Blick kann ein gelöteter Plattenwärmetauscher für Kältemittel-Wasser ähnlich aussehen wie ein Standard-Wasser-Wasser-Wärmetauscher. Der Unterschied betrifft jedoch die Betriebsbedingungen sowie die Art der Anschlussausführung.

Auf der einen Seite des Wärmetauschers befindet sich die Wasserinstallation, während die andere Seite Teil eines geschlossenen Kältekreislaufs ist. Durch sie strömt das Kältemittel, das kondensieren muss, damit der Kältemittel-Wärmetauscher als Verflüssiger arbeitet.

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Welche Anschlüsse hat ein Kältemittel-Wasser-Wärmetauscher? Welche sind für das Gas?

Ein Kältemittel-Wasser-Wärmetauscher besitzt zwei voneinander getrennte Seiten: eine Wasserseite und eine Kälteseite. Aus diesem Grund können die Anschlüsse beider Kreisläufe unterschiedlich ausgeführt sein.

Auf der Wasserseite werden meist standardmäßige Gewindeanschlüsse verwendet. Sie ermöglichen den Anschluss des Wärmetauschers an die Heizungs- oder Kälteanlage mithilfe typischer hydraulischer Bauteile, so wie man Gewinde in einer Wasserinstallation anschließt und abdichtet.

Auf der Kältemittelseite werden Anschlüsse verwendet, die für die Verbindung mit den Rohren der Kälteanlage vorgesehen sind, wobei es sich meist um Kupferrohre handelt. Die Anschlüsse auf der Gasseite sind in der Regel nicht mit Gewinde versehen, sondern es handelt sich um charakteristische Rohrstutzen, die zum Einlöten in den übrigen Kreislauf vorbereitet sind, was auf den Fotos der beigefügten Geräte zu erkennen ist.

Adapter für Kältemittel-Wasser-Wärmetauscher auf SAE-Gewinde

Je nach Konstruktion des Wärmetauschers können die Anschlussstutzen entweder für das direkte Anlöten des Rohres vorbereitet sein oder Aufnahmen besitzen, in die sich das passende Kupferrohr einschieben und dauerhaft verbinden lässt. Auf dem Markt sind auch passende Adapter erhältlich, die sich in die Rohrstutzen des Wärmetauschers einlöten lassen - also Nippel mit Übergang auf SAE-Gewinde. Kurz erklärt: Der SAE-Gewindestandard wird häufiger in der Kältetechnik verwendet (also in der Branche, die mit sogenannten Kältemitteln arbeitet), weshalb der Übergang auf SAE in manchen Fällen die Abstimmung des Kältemittel-Wärmetauschers mit dem übrigen System erleichtert. Notwendig ist er jedoch nicht immer.

Vor Beginn der Montage eines Kältemittel-Wasser-Wärmetauschers sollte man den Durchmesser der Anschlussstutzen prüfen, das Material, aus dem sie gefertigt sind, sowie die vom Hersteller empfohlene Verbindungsart. Bei Kältemittel-Wasser-Wärmetauschern der Marke Nordic Tec bestehen die Anschlussstutzen immer aus Edelstahl und liegen je nach Produktserie in 2 Größen vor: nämlich 7/8" und 5/8". Bei der Auswahl von Rohren, Adaptern oder anderen Übergangsstücken - müssen diese von der Größe her mit dem Anschluss des Wärmetauschers kompatibel sein, in den man einlöten möchte.

Wie schließt man einen Kältemittel-Wasser-Wärmetauscher an die Rohre an?

Warum kein Gewinde?...

Der Anschluss des Kältemittel-Wasser-Wärmetauschers auf der Kälteseite muss vor allem eine hohe Dichtheit und Beständigkeit der Verbindung gewährleisten. Das ist besonders wichtig, da der Kältemittelkreislauf unter Druck steht, und zwar oft nicht wenig. Selbst eine geringe Undichtigkeit bedeutet einen allmählichen Verlust von Kältemittel und in der Folge eine Verschlechterung der Parameter oder eine fehlerhafte Funktion des gesamten Systems. Ein Austreten von Kältemittel ist natürlich unerwünscht.

Die Kupferrohre müssen entsprechend der für das jeweilige Modell vorgesehenen Technologie mit den Anschlussstutzen des Wärmetauschers verbunden werden. Sieht der Hersteller eine Lötverbindung vor, ist in Kälteanlagen das Hartlöten die Standardlösung.

Nur Hartlöten gewährleistet die Beständigkeit der Verbindung beim Betrieb mit Kältemittel

Die Empfehlung, Hartlöten zu verwenden, ist eine Antwort auf die Bedingungen, die das Kältemittel erfordert, und hängt konkret mit dem Druck zusammen, den es erreichen kann. Das ist kein Medium wie Wasser, das wohl maximal einige Bar erreicht. Natürlich gibt es viele Arten von Kältemitteln, und ihre Betriebsparameter unterscheiden sich voneinander. Nachfolgend sehen wir uns das Druckdiagramm an, das das beliebte R410a erreicht - wie wir sehen, steigt der Druck mit zunehmender Temperatur im System (also der Temperatur, die unsere Wärmepumpe oder eine zur Wärmepumpe umgebaute Klimaanlage liefert) - das Kältemittel R410a erreicht dabei sehr hohe Drücke von sogar über 40 bar. Das erklärt, warum weder Gewindeanschlüsse noch Weichlöten infrage kommen.

Um möglichen Fragen oder Anmerkungen vorzugreifen - ja, wir verwenden nicht immer gerade R410a. Es gibt auch andere, zunehmend beliebtere Kältemittel wie zum Beispiel R32. Bei ihnen sieht das Diagramm manchmal etwas anders aus, aber generell handelt es sich um ähnliche Druckbereiche. R32 selbst erreicht oft sogar höhere Drücke als das ältere R410a. In dieser Hinsicht ist es anspruchsvoller.

Das Gegenstromprinzip von Kältemittel und Wasser

Beim Anschluss eines Kältemittel-Wasser-Wärmetauschers ist die Einhaltung des Gegenstromprinzips sehr wichtig. Es bedeutet, dass Kältemittel und Wasser den Wärmetauscher in entgegengesetzten Richtungen durchströmen sollten. Fließt das Kältemittel von oben nach unten, sollte die Wasserströmung von unten nach oben erfolgen – natürlich unter Berücksichtigung der Anordnung der Anschlussstutzen und der Empfehlungen des Herstellers des jeweiligen Wärmetauschers.

Der Gegenstrom ermöglicht es, über die gesamte Länge des Wärmetauschers eine günstige Temperaturdifferenz zwischen beiden Medien aufrechtzuerhalten. Dadurch wird die Plattenfläche effizienter zur Wärmeübertragung genutzt, und der Wärmetauscher kann die vorgesehenen Betriebsparameter erreichen. Vergessen wir diese einfache Regel und schließen beide Medien im Gleichstrom an (das heißt, sie fließen in dieselbe Richtung) - verlieren wir mehrere Dutzend Prozent der Leistung des Wärmetauschers. Das reicht aus, damit das gesamte System nicht funktioniert.

Gegenstrom bei Verflüssigern

Diese Regel hat besondere Bedeutung, wenn der Kältemittel-Wasser-Wärmetauscher als Verflüssiger arbeitet. Das heiße Kältemittel wird dann der Kälteseite des Wärmetauschers zugeführt, gibt Energie an das Wasser ab und kondensiert dabei. Ein korrekt geführter Wassergegenstrom hilft, die Wärme effektiv abzuführen - sowohl beim Abkühlen des Kältemitteldampfes und dessen Kondensation als auch, falls die Betriebsbedingungen des Wärmetauschers dies vorsehen, bei der Unterkühlung der Flüssigkeit.

Es lohnt sich also nicht, die Anschlussstutzen des Kältemittel-Wasser-Wärmetauschers nur danach anzuschließen, wie sich die Rohre am einfachsten verlegen lassen. Man sollte vorher Eintritt und Austritt des Kältemittels festlegen und anschließend die Fließrichtung des Wassers entsprechend wählen. Ein korrekter Gegenstromanschluss hat einen direkten Einfluss auf die Effizienz der Wärmeübertragung und die einwandfreie Funktion des Wärmetauschers.

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Löten des Kältemittel-Wasser-Wärmetauschers – Hartlot oder Weichlot?

Eine der häufigsten Fragen zur Montage ist, welches Lot man für den Kältemittel-Wasser-Wärmetauscher verwenden sollte. Aus den vorherigen Teilen dieses Beitrags wissen wir bereits, dass Weichlöten grundsätzlich nicht empfohlen wird.

In Kältekreisläufen werden Lötverbindungen in der Regel mittels Hartlöten ausgeführt. Die Wahl des Lotwerkstoffs hängt jedoch von den Materialien ab, die miteinander verbunden werden sollen. Eine Kupfer-Kupfer-Verbindung sieht anders aus als eine Kupfer-Edelstahl-Verbindung.

Standard-Lötverbindung: Edelstahl-Anschlussstutzen des Wärmetauschers und Kupferrohre

Ist der Anschlussstutzen des Wärmetauschers aus Edelstahl gefertigt - was in der Regel der Fall sein dürfte - und wollen wir Kupferrohre daran anlöten, sollte ein Kupferlot mit hohem Silberanteil und unter Verwendung von Flussmittel eingesetzt werden. Ein hoher Silberanteil ist in diesem Fall unerlässlich, und nach verschiedenen Empfehlungen von Praktikern sind selbst 40-45 % Ag im Lot nicht übertrieben. Man sollte das Lot also nicht ausschließlich anhand seiner Schmelztemperatur auswählen.

Löten der Nippel an den Wärmetauscher - SAE-Adapter

Natürlich müssen wir zunächst das Material kennen, aus dem sie gefertigt sind, um die passende Lotart auswählen zu können. Die von Nordic Tec angebotenen SAE-Adapternippel sind aus Messing gefertigt (genauer gesagt aus der Legierung CW617N), worauf wir uns in diesem Beitrag beziehen.

Messing ist im Allgemeinen eine Legierung, deren Hauptbestandteil Kupfer ist (an zweiter Stelle auch Zink). In der Regel bewähren sich dieselben Lotarten sehr gut, die auch für Stahl-Kupfer-Verbindungen verwendet werden - also ein Kupferlot mit hohem Silberanteil. Eventuell auch ein ähnliches Lot mit einem zusätzlichen Zinkanteil (solche sind jedoch naturgemäß schwerer erhältlich). Selbstverständlich wird auch hier die Verwendung von Flussmittel empfohlen.

BLOG:

• Pelletherstellung - wie läuft das ab und kann man das selbst machen?
• Der Nennvolumenstrom im Nordic-Tec-Wärmetauscher - wie ist er zu verstehen?