In industriële omgevingen die temperaturen onder het vriespunt vereisen, blijkt conventionele compressie in één fase vaak ontoereikend. Dit artikel onderzoekt belangrijke concepten in de thermische engineering, van de kerntechnologie van compressie in twee fasen tot thermische eigenschapsparameters die de warmteoverdracht beïnvloeden, samen met essentiële elektrische beschermingsmaatregelen die een veilige werking van de apparatuur garanderen.

Wanneer extreem lage verdampingstemperaturen vereist zijn, ondervinden systemen met één compressor aanzienlijke uitdagingen als gevolg van overmatige compressieverhoudingen, wat leidt tot een dramatisch verminderde efficiëntie. Compressietechnologie in twee fasen lost dit probleem op door twee compressoren in serie te gebruiken. De eerste compressor verhoogt de druk van het koudemiddel van de verdampingstemperatuur naar de tussendruk, terwijl de tweede deze verder comprimeert naar de condensatiedruk.

Deze gefaseerde aanpak vermindert effectief de compressieverhouding in elke fase, waardoor de algehele koelingsefficiëntie aanzienlijk wordt verbeterd. Een alternatieve configuratie integreert beide compressiefasen binnen één compressorunit. Compressie in twee fasen is essentieel geworden voor diepvriestoepassingen en andere industriële processen die ultralage temperaturen vereisen.

Een nauwkeurig begrip van thermische eigenschappen is cruciaal in de thermische engineering, omdat deze direct van invloed zijn op de warmteoverdrachtsefficiëntie. Belangrijke parameters zijn onder meer:

• Totale warmteoverdrachtscoëfficiënt (K-waarde): Deze kritieke maatstaf evalueert de thermische prestaties van een oppervlak en vertegenwoordigt de warmteoverdracht per oppervlakte-eenheid en temperatuurverschil. Lagere K-waarden duiden op een betere isolatie. Berekend als K = 1/(F × W), waarbij F het oppervlak is en W de thermische weerstand.
• Thermische weerstand (W): Het omgekeerde van de K-waarde, die de weerstand van een materiaal tegen warmtestroom vertegenwoordigt. Hogere waarden duiden op een betere isolatie.
• Warmteoverdrachtscoëfficiënt (α): Meet de warmte-uitwisselingsefficiëntie tussen vloeistoffen en vaste oppervlakken, met verschillende coëfficiënten voor convectie, condensatie en kookwarmteoverdracht.
• Thermische geleidbaarheid (λ): Kwantificeert het interne warmteoverdrachtsvermogen van een materiaal, waarbij hogere waarden duiden op een betere geleidbaarheid. Meestal gemeten in W/m·K.

Thermische belasting vertegenwoordigt de warmte-energie die moet worden verwijderd (voor koeling) of toegevoegd (voor verwarming) om de gewenste temperaturen in een ruimte of object te handhaven. Deze parameter is essentieel voor het ontwerpen en selecteren van airconditioning-, koel- en vriesinstallaties.

Berekeningsmethoden variëren van gedetailleerde analyse tot vereenvoudigde schattingen. Voor kantoorruimtes variëren de typische koellasten van 0,128–0,174 kW/m² (110–150 kcal/m²h), terwijl de verwarmingsbehoeften ongeveer 0,058 kW/m³ (50 kcal/m³h) van het volume van de ruimte benaderen.

Warmte kwantificeert de kinetische energie van moleculaire beweging. De joule (J) dient als de SI-eenheid, hoewel de calorie (cal) historisch gezien significant blijft, gedefinieerd als de energie die nodig is om 1 gram water met 1°C te verhogen (1 cal = 4,18605 J).

Betrouwbare elektrische bescherming is essentieel voor thermische systemen. Twee belangrijke componenten zijn onder meer:

• Ruisfilters: In systemen met variabele frequentie-aandrijving onderdrukken deze componenten elektromagnetische interferentie van omvormers, waardoor verstoring van de apparatuur wordt voorkomen en de signaalbetrouwbaarheid wordt verbeterd.
• Stroomonderbrekers (NFB): Deze apparaten dienen als primaire stroomschakelaars en onderbreken de circuits tijdens overstroom (meer dan 125–200% van de nominale waarde) of kortsluiting, waardoor schade aan de apparatuur wordt voorkomen.