Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Kälte- und Lufttechnik: Ausgabe 04/2014, 07.04.2014

Kältemittel – notwendig, gefährlich, bald verboten?

Das Montrealer Protokoll zum Schutz der Ozonschicht sieht am 31. Dezember 2014 einen weiteren Stichtag vor. Um eventuelle Kälte­unterbrüche zu vermeiden, sind Unternehmen jetzt gefordert, ihre Anlagen zu prüfen und gegebenenfalls nötige Schritte einzuleiten.

Seit die ozonabbauenden Eigenschaften chlorhaltiger Kältemittel bekannt sind und gerade die beliebtesten Sicherheitskältemittel den Treibhauseffekt stark fördern, ist das Thema Umwelt für den verantwortungsbewussten Fachmann nicht mehr wegzudenken. Im Laufe der Umsetzung des Montrealer Protokolls zum Schutz der Ozonschicht steht am 31. Dezember 2014 der nächste Stichtag an. Bis zu diesem Zeitpunkt dürfen Unternehmen noch rezyklierte H-FCKW zum Nachfüllen bestehender Geräte und Anlagen verwenden. Ab diesem Zeitpunkt sind Eingriffe in den Kältekreis von Kältemaschinen und Flüssigkeitskühler, die mit R22 und anderen H-FCKW betrieben werden, verboten, um rezykliertes Kältemittel nachzufüllen. Das bedeutet, dass Betreiber ihre Kältemaschinen und Flüssigkeitskühler im Reparaturfall abschalten müssen.

Ist Retrofit besser ...

So ein Unterbruch kann aber zu erheblichen Problemen führen, da bei vielen Lebensmitteln eine lückenlose Kühlkette zwingend für die Produktsicherheit erforderlich ist. Sollen Betreiber ihre bestehende Anlage auf erlaubte Kältemittel umrüsten oder ist eine Neuanschaffung die bessere Lösung? Die Antwort darauf ist keineswegs einfach, wie Torben Reuter, Kältemittel-experte der BMS-Energietechnik, weiss: «Im Prinzip ist es einem Kompressor relativ egal, welches Kältemittel zum Einsatz kommt, solange die Drucklage ungefähr passt. Kältemittel wie R 404a oder R 407c bieten sich als Ersatz an. Doch hier müssen Betreiber aufpassen, da sich diese nicht mit dem bestehenden Mineralöl vertragen, das für Kältemittel wie R 12 oder R 22 genutzt wird.» Dieses Öl hat in den neueren FKW-Kältemitteln eine zu geringe Löslichkeit, weshalb es nicht ausreichend transportiert wird.

Von daher ist ein Ölwechsel erforderlich. Doch dabei ist Vorsicht geboten, da die Esteröle Dichtungen oder verbaute Gummiwerkstoffe angreifen können, die in älteren Anlagen teilweise vorkommen. Daher ist es keine Lösung, einfach das Kältemittel zu wechseln. Auch wenn keine direkte Unverträglichkeit vorliegt, kann sich die gewohnte Leistung der Anlage verändern. Andere Kältemittel haben mit gleichem Fördervolumen des Verdichters unterschiedliche Leistungen; Eigenschaften wie Druckverlust und Wärmeübertragung können in den bestehenden Wärmetauschern unterschiedlich ausfallen.

Unternehmen sollten ebenfalls im Auge behalten, ob die Betriebsparameter der alten Anlage auch im zulässigen Anwendungsbereich des neuen Kältemittels für die Kälteinstallation liegen – etwa bei zulässigem Hochdruck oder erreichter Heissgastemperatur. Ist eine Anlage jedoch schon 25 Jahre alt, hat sie in der Regel ihre Lebensdauer erreicht, sodass sich im Allgemeinen die Modernisierung mit einer neuen Anlage empfiehlt.

... als eine Neuanlage?

Bei der Planung sollen Betriebe darauf achtet, ein Kältemittel einzusetzen, das ein objektbezogenes Optimum darstellt. Im Spannungsfeld von Natur des Kältemittels (GWP), Anlageninhalt (direktes/indirektes System) und erreichtem Wirkungsgrad (COP) liegen ökologisches und wirtschaftliches Optimum oft gar nicht so weit auseinander. Ein «ehrlich durchgerechneter» Parameter zur gesamthaften Beurteilung einer Anlage könnte hierbei besonders der TEWI (Total Equivalent Warming Impact) sein. Füllmenge und ökologische Belastung sollen so klein wie möglich sein. Der Unterschied viel oder wenig Kältemittel hängt aber davon ab, ob Betriebe Direktverdampfungs- beziehungsweise Direktkondensationsanlagen nutzen oder eine kompakte Anlage mit Wärmetauscher. Bei der Variante mit Wärmetauscher überträgt ein sekundäres Kälteträgermedium die Wärme. Dadurch bewegt sich in den Leitungen ein Wasser-Glykol-Gemisch und kein Kältemittel, weshalb erheblich weniger Kältemittel nötig ist. Eine optimal funktionierende Kälteanlage zu planen bedarf grosser Sachkenntnis. Dabei sind nicht nur die energetischen und die ökologischen Auswirkungen zu beachten, sondern auch die Betriebssicherheit und die Flexibilität.

Natürliche Kältemittel.

Der Sicherheitsaspekt bezieht sich auch auf natürliche Kältemittel. Diese wiederum teilen sich auf in die Kohlenwasserstoffe wie beispielsweise Propan, Butan einerseits sowie Ammoniak und CO2 andereseits. Diese kommen in unserer Atmosphäre vor und haben durch ihre eventuelle Freisetzung keine schädlichen Einflüsse auf Ozonschicht oder Klima. Zu ihrem Einsatz als Kältemittel ist zu sagen, dass die nicht-halogenierten Kohlenwasserstoffe chemisch eng verwandt sind mit den heute üblichen Kältemitteln und als Kältemittel daher auch sehr ähnliche Eigenschaften aufweisen. Sie haben jedoch einen gravierenden Nachteil: Gelangen sie in ausreichenden Mengen – beispielsweise über ein grosses Leck in der Kälteanlage – in die Raumluft, bilden sie dort explosive Gemische. Ihr Einsatz für normale Anwendungen beschränkt sich daher auf Kleinkälte wie etwa Kühlschränke, da dort so geringe Mengen enthalten sind, dass selbst bei Austritten in kleinen Wohnräumen die Explosionsgrenze nicht erreicht wird.

Weniger gefährlich ist demgegenüber Ammoniak NH3, das heute vor allem in Grossanlagen und industrieller Kälteerzeugung Anwendung findet. Seine Nachteile sind seine Giftigkeit und dass es besondere technische Anwendungen an die Kälteanlage stellt, insbesondere schränkt es die Materialwahl ein.

Kohlendioxid (R-744) wurde histo­risch bereits in der Frühzeit der Kälteerzeugung eingesetzt. Es macht als Kältemittel durch seine hohe Drucklage speziell ausgelegte Anlagenkomponenten – Verdichter und Wärmetauscher – nötig. Andererseits erlaubt die hohe volumetrische Kälteleistung einen geringen Volumenstrom, der kleine Rohrquerschnitte und eine kompakte Bauweise erlaubt. Heute hat sich CO2 längst wieder eine starke Position erarbeitet bei der Erzeugung von Tiefkühlung in Kaskadenanlagen. «Manchmal ist es technisch sinnvoller oder effizienter, eine Kälteanlage zweistufig auszurichten. Die erste Anlage kühlt etwa den Bereich von +30 °C – beispielsweise Aussentemperatur im Sommer – auf 0 °C und die zweite überwindet dann beispielsweise den Bereich von 0 bis –35 °C. In diesen Bereichen herrschen günstige thermo­dynamische Eigenschaften, die anlagentechnisch gut beherrschbar sind. Kaskadenanlagen mit R134a in der Normalkühlung, und dort angehängt eine CO2-Anlage für die Tiefkühlung, sind Stand der Technik und derzeit dominierend. Immer mehr wird mit dem Trend zum natürlichen Kältemittel auch versucht, die Normalkühlung ebenfalls mit CO2 zu erledigen. Dafür stehen in jüngerer Zeit vermehrt die notwendigen Anlagenkomponenten (Drücke gehen hier bis 140 bar) zur Verfügung. Gute-COP Werte lassen sich damit aber nur schwer erreichen, wenn die Aussentemperaturen sommerlich warm sind.

Die richtige Entscheidung.

Welches Kühlmittel und welche Anlage die richtigen sind, lässt sich nicht auf die Schnelle entscheiden. Daher ist der Rat eines Fachmanns eine wertvolle Entscheidungshilfe. Mit den Kennzahlen der künftigen Anlage und dem Anforderungsprofil lassen sich individuelle Lösungen erarbeiten. Um wertvolle Zeit nicht zu verschwenden und auch Kälteunterbrüche zu vermeiden, sind Betreiber gut beraten, ihre Anlage frühzeitig einer Prüfung zu unterziehen und nötigenfalls entsprechende Schritte einzuleiten.


Weitere Informationen:
BMS-Energietechnik AG




Durch die Modultechnik lässt sich mit dem Kältemittel R134a und Hubkolbenverdichter ein grosses Einsatzgebiet abdecken