Magneetventielen voor HVAC-R toepassingen

Verwarming, ventilatie, airconditioning en koeling (HVAC-R) maakt gebruik van verschillende apparaten om de vochtigheid, temperatuur en luchtzuiverheid in een gesloten ruimte, zoals een huis, te regelen. Een HVAC-R-systeem zorgt voor een aanvaardbare binnenluchtkwaliteit en thermisch comfort in een kamer of gebouw. Magneetventielen worden in deze systemen vaak gebruikt om de stroom van koelmiddelen en brandstoffen op verschillende punten in het HVAC-R-systeem te regelen. Dit artikel behandelt het werkingsprincipe van een HVAC-R en de keuze van magneetventielen voor elke eenheid binnen het systeem.

Inhoudsopgave

• Wat is een HVAC-R-systeem?
• Hoe een HVAC-R-systeem werkt
• Magneetventielen voor HVAC-R
• Functies van een HVAC-R-systeem
• HVAC-R toepassingen
• FAQs

Wat is een HVAC-R-systeem?

Een HVAC-R-systeem zorgt voor een reeks omgevingscondities, die zowel voor residentiële als voor industriële doeleinden, zoals een fabricageproces, kunnen worden gebruikt. Het systeem regelt dus de temperatuur, de luchtvochtigheid en de luchtkwaliteit en zorgt zo voor comfortabele werkomstandigheden in een industrie.

• Verwarming: Een verwarmingssysteem verhoogt de kamertemperatuur tijdens extreem koude weersomstandigheden.
• Ventilatie: Ventilatie is het proces van het vervangen of verversen van de lucht in een ruimte om de temperatuur te regelen. Een natuurlijk voorbeeld van ventilatie is het openen van een raam waardoor lucht in het gebouw kan stromen.
• Airconditioning en koeling: Een airconditioner is ontworpen om te koelen en de vochtigheid in een ruimte te veranderen. Koeling heeft te maken met het bevriezen en afkoelen van een afgesloten ruimte met behulp van een koelmiddel, en de techniek wordt algemeen gebruikt om voedsel te bewaren.

HVAC-R-systeem werking

De luchtbehandeling (AHU) verzamelt en combineert de buitenlucht met de lucht die uit de binnenruimte van het gebouw stroomt. Het luchtmengsel wordt vervolgens verwarmd of gekoeld, waarna het via kanalen in het gebouw wordt verspreid.

Airconditioning en koeling

Een airconditioningsysteem (AC) wordt gebruikt voor koeling en soms verwarming, afhankelijk van het moment. De koeling gebeurt met een typische koelcyclus. De belangrijkste onderdelen van een airconditioningsysteem zijn:

• Compressor
• Condensor
• Verdamper
• Expansieventiel

Het basisprincipe van airconditioning is het verwijderen van warmte uit een ruimte, deze te vervangen door gekoelde lucht, en de warme, droge lucht af te voeren naar de atmosfeer. Voor deze uitwisseling van warmte wordt een speciale vloeistof gebruikt, koelmiddel genaamd. Het koelmiddel is de eigenlijke drager of het medium voor de warmte-uitwisseling tussen de externe omgeving en de interne componenten. Een koelmiddel kan gemakkelijk van vloeibare in gasvormige toestand overgaan en omgekeerd, omdat het een zeer laag kookpunt heeft. Het kookpunt van koelmiddel R410A is bijvoorbeeld -48⁰C. Als dit koelmiddel in een leiding wordt geplaatst die in een kamer met een temperatuur^{van 300C}wordt bewaard, kan het koelmiddel gemakkelijk koken en in dampvorm overgaan. Een ander veelgebruikt koelmiddel is freon (R22).

De belangrijkste stappen in een airconditioningsysteem zijn:

1. De compressor (Figuur 2 met label B) comprimeert het koelmiddel waardoor de druk toeneemt. Door de druk van een gas te verhogen, stijgt de temperatuur, waardoor het koelmiddel wordt verwarmd. De temperatuur van het koelmiddel wordt meestal hoger gemaakt dan die van de buitentemperatuur. Warmte stroomt van nature van een gebied met een hogere temperatuur naar een gebied met een lagere temperatuur. Om de warmte naar buiten af te geven, moet de temperatuur van het koelmiddel dus hoger zijn dan die van de buitentemperatuur.
2. Het koelmiddel, dat nu een hoge temperatuur en druk heeft, gaat door de verbindingsbuizen en bereikt de condensor (Figuur 2 met label D). In de condensor verandert het koelmiddel van gasvormig in vloeibaar bij dezelfde temperatuur en druk. De condenserspoel bevindt zich in de buitenunit van de airconditioning en is buiten het gebouw geplaatst. De warmte-energie wordt geabsorbeerd uit het hete gasvormige koelmiddel, en de condensor voert deze warmte af naar de omgeving, waardoor het koelmiddel in een vloeistof verandert.
3. Het vloeibare koelmiddel met hoge temperatuur verlaat de condensor en komt via een verbindingsleiding in het expansieventiel (Figuur 2 met het label A). De temperatuur van het koelmiddel moet worden afgekoeld voordat het in de verdamper komt. Het expansieventiel verlaagt de druk van het koelmiddel, waardoor de temperatuur daalt. De klep regelt ook de hoeveelheid koelmiddel die in de verdamper komt.
4. De onder lage druk gekoelde vloeistof komt in de koperen buizen in de verdamper (Figuur 2 met label C). Wanneer de binnenlucht over de koude spoelen blaast, wordt de warmte uit de kamer geabsorbeerd door het koelmiddel. Hierdoor verdampt het koelmiddel tot damp. Daardoor verliest de omgeving van de kamer warmte, waardoor ze afkoelt. De ventilator in de verdamper circuleert de koude lucht voor het koelingseffect. Het hete gasvormige koelmiddel wordt naar de compressor geleid, en het proces herhaalt zich in een cyclus.

Zowel airconditioners als koelkasten werken volgens het principe van warmteputten. Beide toestellen koelen de temperatuur van een gesloten ruimte door de warmte van een bron (gewoonlijk de gesloten ruimte) over te brengen naar een andere plaats, een zinkput genaamd. Het basisprincipe van koeling is vergelijkbaar met dat van een airconditioner. In tegenstelling tot een AC-eenheid, is een koelsysteem ontworpen om de koele lucht binnen de eenheid te houden zonder deze uit de eenheid weg te blazen. Er zijn ook geen ventilatoren in de koelkast. Koeling wordt gewoonlijk gebruikt om levensmiddelen thuis en in verschillende industrieën te koelen of in te vriezen, terwijl een AC werkt om een kamer of gebouw te koelen om de vochtigheid op peil te houden.

Verwarming

Het verwarmingsproces wordt bereikt door de verbranding van aardgas en propaan in een kamer. De belangrijkste stappen in een ovenverwarming die in HVAC-toepassingen wordt gebruikt, zijn de volgende:

• Thermostaat: Een thermostaat is een temperatuurgeactiveerde schakelaar die opengaat wanneer de binnentemperatuur onder een bepaald instelpunt daalt. De thermostaat schakelt een ontstekingsschakelaar in door een klep te openen die een signaal geeft aan een bedieningspaneel om de verwarmingscyclus in de oven te beginnen. Na het verwarmen, wanneer de kamertemperatuur de bovenste instelwaarde heeft bereikt, schakelt de thermostaat de klep in die de gastoevoer naar de verwarmingskamer afsluit, waardoor het verbrandingsproces wordt gestopt.
• Ventilator: Lucht wordt vanuit de omgeving in de branders gezogen en vermengd met gas (zoals aardgas en propaan), wat leidt tot verbranding waarbij warmte wordt geproduceerd. De ventilator leidt de in de branders geproduceerde warmte naar de warmtewisselaar, waar de uitlaatgassen buiten het gebouw worden afgevoerd.
• Branders: Het gas wordt geleid en verbrand in een stel buizen die ovenbranders worden genoemd. De vlammen worden geregeld door de gecombineerde werking van een ontsteker, een gasklep en een vlamsensor. Wanneer het systeem warmte nodig heeft, gaan de gaskleppen open en wordt het mengsel ontstoken met behulp van een waakvlam. Een waakvlam is een kleine gasbrander die permanent brandt om een grotere brander te ontsteken wanneer dat nodig is.
• Warmtewisselaar: Een warmtewisselaar bestaat uit een groep metalen buizen die door de branders worden verwarmd om de lucht binnenin op te warmen. Wanneer het gas in de warmtewisselaar wordt verbrand, worden deze metalen buizen heet en stralen zij warmte uit in de omringende lucht. Bij beschadiging van de warmtewisselaar kunnen verbrandingsgassen in de omgevingslucht lekken.
• Blower: De ventilator voert de lucht uit de luchtafvoerkanalen naar de hete warmtewisselaar. De lucht die zich nu in verwarmde toestand bevindt, wordt vervolgens in de kanalen van het gebouw vrijgelaten.
• Ventilatie: Een ontluchter verzamelt de verbrandingsgassen die worden gebruikt om warmte op te wekken en laat ze buiten het gebouw ontsnappen. Bij standaard units wordt meestal gegalvaniseerd staal gebruikt, terwijl bij hoogrendementsunits gebruik wordt gemaakt van polypropyleen ontluchting, en deze units worden gekenmerkt door een eenvoudige installatieprocedure.

Niet alle industrieën zullen HVAC-systemen hebben die op dezelfde manier werken. Afhankelijk van de klimatologische omstandigheden kan de unit een oven hebben maar geen AC of vice versa.

Magneetventielen voor HVAC-R

Een magneetventiel is een elektrisch gestuurd ventiel met een snelle reactietijd en een laag stroomverbruik, dat doeltreffend kan worden gebruikt in verschillende onderdelen van een HVAC-R-systeem.

Magneetventiel voor AC en koeleenheden

Elektromagnetische kleppen spelen een belangrijke rol in koel- en airconditioningsystemen doordat zij de stroom van koelmiddelen regelen. De basisfunctie van deze kleppen is het in- en uitschakelen van de koelmiddelstroom en aldus de prestaties van het systeem te verzekeren. Houd rekening met de volgende factoren bij de keuze van een magneetventiel voor AC- en koeleenheden:

• Magneetventiel materialen: De voor de magneetklep gekozen materialen moeten compatibel zijn met koelmiddelen als R22 (freon), R404A, R410A en R290, om er maar enkele te noemen. Voor het klephuis kan worden gekozen voor roestvrij staal en voor het afdichtingsmateriaal voor NBR. Lees ons artikel over de chemische weerstand van materialen voor meer informatie over de compatibiliteit van verschillende materialen met verschillende media.
• Direct- en indirect gestuurd: Magneetkleppen kunnen direct- en indirect worden gestuurd. Indirect gestuurde magneetkleppen worden meestal gebruikt in grotere systemen. Bij indirect gestuurde magneetkleppen moet rekening worden gehouden met het drukverschil en de maximale drukval. Het drukverschil onder deellast moet altijd hoger zijn dan het minimum drukverschil van de klep voor een betrouwbare werking. Dit minimum drukverschil wordt gespecificeerd op het gegevensblad van de klep.
• Positionering van de magneetklep: Magneetventielen worden hoofdzakelijk geplaatst in de vloeistofleiding, dicht bij het expansieventiel. Door de kleppen dicht bij elkaar te plaatsen wordt het risico van waterslag beperkt.
• Normaal gesloten/Normaal open: Elektromagnetische kleppen zijn verkrijgbaar in twee types: normaal gesloten (klep is gesloten wanneer hij spanningsloos is) en normaal open (klep is open wanneer hij spanningsloos is). In de meeste gevallen wordt een normaal gesloten magneetventiel gebruikt als het ventiel in de vloeistofleiding is geïnstalleerd. Dit zorgt ervoor dat de klep gesloten blijft wanneer het systeem niet in werking is en wanneer de magneetklep spanningsloos is, wat uiteindelijk koelmiddelmigratie helpt voorkomen (het koelmiddel dat naar de compressor gaat wanneer het apparaat uitgeschakeld is). Een onderbreking van de elektrische stroom leidt dus niet tot problemen in het koelsysteem. Het gebruik van een normaal open klep kan daarentegen gunstig zijn als de klep slechts voor korte perioden gesloten hoeft te zijn.
• Veiligheidsnormen: Elektromagnetische kleppen die worden gebruikt voor koelmiddelen moeten voldoen aan verschillende goedkeuringen van ATEX, LVD en PED, om er maar een paar te noemen. Lees ons artikel over CE-certificering voor meer details over de voorschriften voor kleppen.

Magneetkleppen voor verwarming

Elektromagnetische kleppen worden gebruikt om de brandstofstroom naar de oven in een verwarmingstoestel te regelen. De klep gaat open wanneer de temperatuur onder een bepaald instelpunt komt, zodat gas naar de brander kan stromen om deze te ontsteken. Zodra de vereiste verwarming is bereikt en de thermostaat de ingestelde waarde heeft bereikt, activeert hij de magneetklep om het gas naar de brander af te sluiten. Als de temperatuur te koud is, opent de klep het gas, en de brander start. Magneetventielen zijn uiterst betrouwbaar wanneer ze worden geïnstalleerd in ruwe omgevingen en hebben een laag onderhoudsniveau, wat resulteert in lage levenscycluskosten. Houd rekening met de volgende factoren bij de keuze van een magneetventiel voor verwarmingstoestellen:

• Magneetventiel materiaal selectie: Ovens gebruiken meestal brandstoffen zoals aardgas of propaan om warmte te produceren bij verbranding. Aardgas en propaan zijn compatibel met messing, aluminium, gietijzer of staal voor het huis, en nitrilrubber voor het afdichtingsmateriaal van de klep.
• Werktemperatuur en -druk: De klep werkt op een breed drukbereik voor het medium van zeer laag tot zeer hoog (gewoonlijk 30 psi of hoger). Als de klep bij extreme temperaturen wordt gebruikt, moet de waarde van de klep daarop worden afgestemd. Zeer lage omgevingstemperaturen (zoals400⁰C) vereisen gespecialiseerde elastomeren voor een lekvrije afdichting.
• Explosieveilige certificeringen: Aangezien het in de magneetventiel gebruikte brandstofmedium zeer brandbaar is, moet voldoende voorzichtig te werk worden gegaan om te voorkomen dat een vonk binnen de spoel of de behuizing ontstaat. De spoel of het omhulsel van de klep moet uitdrukkelijk gespecificeerd zijn om elke explosie afkomstig van de klep te onderdrukken. Er zijn verschillende normen voor de classificatie van apparaten voor een gevaarlijke omgeving, zoals NEMA (National Electrical Equipment Manufacturers Association (VS)), ATEX (ATmosphères EXplosibles (EU)), en IEC Ex (International Electrotechnical Commission Explosive (wereldwijd)). Wanneer u een klep koopt voor het werken met explosieve brandstoffen, moet u controleren of de markeringen van een van deze normen op de klep staan.
• IP-klasse: Zorg ervoor dat de klep de juiste IP-classificatie heeft voor bescherming tegen stof, vloeistof, vocht en contact. Dit is vooral belangrijk wanneer de klep geïnstalleerd is in ruwe industriële omgevingen voor werking op afstand. Lees ons artikel over magneetventielen voor brandstof, olie, gas en propaan voor meer informatie over de ontwerpkenmerken en selectiecriteria van magneetventielen voor brandstoffen.

Functies van een HVAC-R-systeem

• Verwarming en koeling
• Bevochtigen en ontvochtigen
• De lucht reinigen
• Luchtstroom regelen

HVAC-R toepassingen

HVAC-R-systemen worden vaak gebruikt in:

• gezondheidszorgfaciliteiten
• laboratoria
• hotels
• nucleaire faciliteiten
• gezondheidszorgfaciliteiten
• residentiële appartementen
• commerciële en openbare gebouwen

FAQs

Wat betekent HVAC-R?

HVAC-R-systeem verwijst naar de mechanische systemen die worden gebruikt voor verwarming, ventilatie, airconditioning en koeling in een industrie of gebouw.

Welke chemische stof wordt gebruikt in een airconditioner?

Een airconditioner gebruikt een koelmiddel zoals freon.

Wat is het verschil tussen airconditioning en koeling?

Het koelproces houdt de koude lucht binnen een ruimte, terwijl een airconditioner de lucht wegdrukt. Bij koeling wordt alleen een koelmiddel gebruikt om een ruimte te koelen, maar een airconditioner gebruikt de lucht van buiten.

Kunnen airconditioners als verwarmingstoestel worden gebruikt?

Sommige airconditioners met een ingebouwde warmtepomp kunnen ook als verwarming worden gebruikt. Wanneer de verwarmingsmodus is ingeschakeld, produceert het apparaat warme lucht.

Waar wordt een magneetventiel voor gebruikt?

Een magneetventiel wordt gewoonlijk gebruikt om verschillende vloeistoffen af te sluiten, vrij te geven, te verdelen, te doseren of te mengen.