Verschiedene Kältemittel bei Edelstahl Kühlgeräten für die Branchen: Gastronomie, Bäckerei und Konditorei, Catering, Speiseeis Betriebe

Systeme für natürliche Kältemittel

Natürlich. Sicher. Effizient.

Die Frage nach dem perfekten Kältemittel ist so alt wie die Geschichte der Kältetechnik selbst. Neben den technischen
Faktoren wie Druck- und Temperaturlage, Ölmischungsverhalten und Prozesseffizienz gewannen in den vergangenen
Jahrzehnten aber vor allem Umweltaspekte bei der Beurteilung und Auswahl des Kältemittels für ein System zunehmend an Bedeutung.

Zuletzt gelangten Kältemittel in den 1980er Jahren massiv in den Fokus der öffentlichen Wahrnehmung, als erwiesen wurde, dass chlorierte Kohlenwasserstoffe (FCKW) im Wesentlichen für den Ozonabbau in der Erdatmosphäre verantwortlich sind und den Treibhauseffekt verstärken. Ihr Einsatz in Neugeräten wurde daher auf Grundlage der FCKW-Halon- Verbotsverordnung verboten. Infolge wurden die chlorierten Kohlenwasserstoffe (FCKW, HFCKW) in den 1990er Jahren durch eine Vielzahl von fluorierten Kohlenwasserstoffen (FKW, HFKW) ersetzt. Diese lediglich mit Fluor halogenierten Kohlenwasserstoffe besitzen kein Ozonabbaupotential, dafür aber ein sogenanntes Treibhauspotential (GWP = Global Warming Potential) in unterschiedlicher Ausprägung. Dieses Treibhauspotential stellt heute die umweltpolitische Motivation für eine Einschränkung des Einsatzes von HFKW dar.

Im Jahr 2006 wurde politisch mit dem Ziel einer Minimierung der Emission durch Leckagen zunächst mit der sogenannten F-Gase Verordnung der Umgang mit Fluorkohlenwasserstoffen geregelt. Derzeit wird an einer Überarbeitung und Verschärfung dieser F-Gase Verordnung gearbeitet, die u.a. ein mittelfristiges Verbot der Kältemittel mit einem GWP von mehr als 2.500, wie R404A, vorsehen soll. Langfristig scheint sogar ein Verbot aller F-Gase, zunächst in Neuanlagen, dann auch im Service, wahrscheinlich. Auch wenn diese neue F-Gase Verordnung bisher nur einen Entwurf darstellt, so lässt sich bereits daraus schließen, dass es auf europäischer Ebene in absehbarer Zeit zu einem massiv erschwerten und verteuerten Einsatz von F-Gasen kommt, gefolgt von einem vollständigen Verbot. Um für Kälteanlagen langfristig Investitionssicherheit zu gewährleisten, stellt sich daher bereits jetzt verstärkt die Frage des Einsatzes natürlicher Kältemittel, deren Zulassung zur Verwendung zumindest aus heutiger Sicht unabhängig von der umweltpolitischen Gesetzgebung auf Dauer gesichert scheint.

Bereits seit vielen Jahren stehen Systeme mit Ammoniak und CO2 als Kältemittel zur Verfügung.

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Kältesysteme für den Betrieb mit natürlichen Kältemitteln.

Kältesysteme für R290

Systeme für Propan als Kältemittel.

 Das Kältemittel

Propan ist eine organische Verbindung – ein sogenannter Koh­lenwasserstoff. Es besitzt weder Ozonabbaupotential noch einen nennenswerten direkten Treibhauseffekt.

Das als Kältemittel eingesetzte Propangas ist nicht das üblicherweise für Gasgrills oder Bauheizungen eingesetzte Produkt, sondern ein speziell gereinigtes und für die Kältetechnik optimiertes Material. Die Drucklagen von Propan als Kältemittel sind ähnlich denen von R22, das Temperaturverhalten ist so günstig wie mit R134a. Auch zeigen sich keine besonderen Materialunverträglichkeiten mit Propan.

Der Nachteil von R290 und allen anderen Kohlenwasserstoffen liegt darin, dass diese als leicht entflammbar gelten und dadurch in die Kältemittelgruppe A3 eingeordnet sind.

Das führt dazu, dass mit den in gewerblichen Systemen üblichen Füllmengen eine relativ aufwändige Ausführung des Systems entsprechend spezieller Explosionsschutz-Bestimmungen erforderlich ist.

Kälteanlagen mit R290 sind deshalb bisher vornehmlich im industri­ellen Bereich in Betrieb, wo die entsprechende Verhältnismäßigkeit zwischen Anlagengröße und sicherheits-
technischem Aufwand gegeben ist. Zwischenzeitlich wird R290 aber auch in Kompakt­systemen, zumeist mit Außenaufstellung, verwendet und erfährt derzeit ein wachsendes In­teresse, was den Bereich der Gewerbekälte anbelangt.

　

System Lösungen für R290

» Wasserkühlsätze

» Solekühlsätze

» Verflüssigungssätze

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Kältesysteme für den Betrieb mit natürlichen Kältemitteln.

Kältesysteme für R744 (CO₂)

Subkritische und transkritische Systeme für Kohlendioxid als Kältemittel.

 Das Kältemittel

Der Einsatz von CO₂ als Kältemittel hat eine lange Tradition, die bis weit ins vorletzte Jahrhundert reicht. Es hat sowohl was ökologische als auch sicherheitstechnische Aspekte anbelangt große Vorzüge, weil es weder giftig noch brennbar ist. Zudem besitzt es kein Ozonabbaupotenzial und einen vernachlässigbaren direkten Treibhauseffekt. Dennoch erfordern die hohen Betriebsdrücke sowie der Umstand, dass beim Einsatz in geschlossenen Räumen eine Erstickungsgefahr im Falle eines größeren Lecks besteht, entsprechende Sicherheits-und Überwachungseinrichtungen.

Das Kältemittel CO₂ selbst ist preisgünstig, die Notwendigkeit einer Rückgewinnung und Entsorgung entfällt und die hohe volumetrische Kälteleistung (ca. 5 bis 8-fach gegenüber NH₃) ermöglicht große Leistungen mit vergleichsweise kleinen Verdichtern.

Die Drucklage von CO₂ ist dagegen sehr hoch und die kritische Temperatur mit 31°C (74 bar) sehr niedrig. Je nach Wärmeträgertemperatur führt dies in vielen Fällen zu einem trans­kritischen Betrieb bei Betriebsdrücken von über 100  bar.

Deshalb erfordert der Einsatz von CO₂ entsprechend anspruchsvolle technische Lösungen, um bei diesen Betriebsbedingungen energetisch die Werte von herkömmlichen, auf Kaltdampfprozessen basierenden Systemen, zu erreichen.

Systems Lösungen für R744

Subkritische Systeme

» Subkritische Systeme für Tiefkühlung in Supermärkten

» Subkritische Kaskadensysteme mit R134a für

   Tiefkühlung und Normalkühlung in Supermärkten

» Subkritische Systeme für

   Tiefkühlung in industriellen Anwendungen

 Transkritische Systeme

» Transkritische Booster Systeme für Tiefkühlung und

   Normalkühlung in Supermärkten

» Transkritische Systeme für Normalkühlung in Kühlhäusern

» Transkritische Systeme für Industriewärmepumpen

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Kältesysteme für den Betrieb mit natürlichen Kältemitteln.

Kältesysteme für R717(NH₃)

Systeme für Ammoniak als Kältemittel.

 Das Kältemittel

NH₃ (R717) wird vielfach als die Mutter der natürlichen Kältemittel betrachtet und kommt seit über hundert Jahren in Kältesystemen zum Einsatz. Seine Effizienz ist im Vergleich zu R22 mindestens gleich gut, in Teilbereichen sogar besser und das Kältemittel selbst konkurrenzlos günstig.

Dennoch gibt es Eigenschaften von NH₃, die einen Einsatz in manchen Bereichen stark einschränken oder ausschließen. Problematisch ist dabei zum einen die vergleichsweise hohe Druckgastemperatur, zum anderen die Schmierstoffproblematik, da herkömmliche Öle nicht in NH₃löslich sind und aufwändig abgeschieden werden müssen. Zudem ist NH₃ nicht nur korrosiv gegen Kupferwerkstoffe (was deren Einsatz ausschließt) sondern auch toxisch und brennbar, was die Einhaltung besonderer Sicherheitsvorschriften für Bau, Betrieb und Wartung dieser Systeme erforderlich macht.

Systeme für NH₃ erfordern daher eine völlig andere Technik. Üblicherweise kommen hocheffiziente Ölabscheider, überflutete Verdampfer mit Schwerkraftumlauf oder Pumpensysteme zum Einsatz.

Wegen der toxischen Wirkung von NH₃ sind gegebenenfalls Sekundärkreisläufe nötig, da nicht an der Wärmequelle verdampft werden kann. Leitungen, Wärmeaustauscher und Armaturen sind in Stahl auszuführen, größere Schweißverbindungen von Sachverständigen zu prüfen.

Systems Lösungen für R717

» Wasserkühlsätze

» Solekühlsätze

Quelle: Fischer Kälte Klima - Stuttgart