Kohlenwasserstoffe bieten sich als Alternative zu umweltschädlichen Kältemitteln wie FCKW, HFCKW oder FKW an. Sie schonen die Ozonschicht und die meisten Arten haben ein Erderwärmungspotenzial (GWP, Global Warming Potential) von 3. Zum Vergleich: Der GWP-Wert von R404A, einem synthetischen Kältemittel, liegt bei 3900.
Secop begann bereits in den 1990er-Jahren die umweltschonenden Kohlenwasserstoffe R290 (Propan) und R600a (Isobutan) als Kältemittel einzusetzen. Systeme mit KW-Kältemitteln nehmen beim Verringern der Mengen schädlicher Treibhausgase eine doppelte Rolle ein: Einerseits verringern sich die direkten Emissionen von Treibhausgasen dank des niedrigen GWP-Werts von KWs deutlich. Ein typischer Supermarkt beispielsweise entlässt durch Leckagen zwischen 5 und 10 Prozent des Kältemittels vor Ort frei in die Atmosphäre – Kohlenwasserstoffe als Ersatzkältemittel senken somit die Gasemissionen um viele Tonnen pro Jahr.
Sie einzusetzen bedeutet aber nicht nur ein Mehr an Klimaschutz, sondern auch eine bessere Effizienz. Die physikalischen Eigenschaften von KW-basierten Systemen – niedrigerer Verflüssigungspunkt, Vorteile in der Thermodynamik und höhere Leistungszahl (COP, Coefficient of Performance) – ermöglichen einen besonders energieeffizienten Betrieb.
Die Energieersparnis durch KW-Systeme wurde bereits in vielen Studien belegt. So haben sich Kohlenwasserstoffe als Ersatz für Fluorkohlenwasserstoffe und andere umweltschädliche Kältemittel längst bewährt. Ein weiterer Vorteil ist auch die preisgünstige Verfügbarkeit als Nebenprodukt bei der Förderung und Verarbeitung von Öl und Gas.
Die Relevanz von Kohlenwasserstoffen als Kältemittel zeigt sich bisher am deutlichsten im Bereich der Haushaltskühl- und -gefriergeräte. Erstmals wurde Isobutan in den Neunzigerjahren – als Alternative zum klimaschädlichen R134a – in Kühlschränken eingesetzt. Bei gewerblichen Kühlanlagen ist es inzwischen ebenso: Kältemittel wie R404A und R134a werden dadurch abkömmlich. In Supermärkten und vielen anderen Stellen wird hauptsächlich Propan (R290) als Ersatz für die Ozonschicht angreifenden Kältemittel verwendet.
KW-Systeme arbeiten mit demselben Kühlkreislauf wie solche mit synthetischen Kältemitteln. Propan (R290) ist als Kältemittel kompatibel mit Geräten und Anlagen, die für das synthetische Kältemittel R22 konstruiert wurden. Es ist ein direkter Ersatz, der in puncto Leistung den synthetischen Mitteln weit überlegen ist.
Sicherheitsanforderungen
Die größte Herausforderung bei der Handhabung eines Systems mit R600a oder R290 ist die Entflammbarkeit der Gase. Die Grenzwerte sind wie folgt:
Zur Vermeidung von Explosionen sind in den meisten Staaten Gesetze, Verordnungen und Normen entwickelt worden, um das Sicherheitsniveau zu erhöhen. Sowohl die Betriebssicherheitsverordnung als auch die ATEX-Betriebsrichtlinie 1999 / 92 / EG und die ATEX-Richtlinie 94 / 9 / EG sind einige Beispiele, die seit dem 20. April 2016 durch die neue Richtlinie 2014 / 94 / EU abgelöst wurden.
Secop-Verdichter für entflammbare Kältemittel sind mit einem Warnschild versehen. Entsprechend der oben genannten Sicherheitsnorm beträgt die maximale Füllmenge 150 g pro System. Dies entspricht bei einer Küche von etwa 20 m3, mit ca. 8 g/m3, etwa 25 Prozent der unteren Explosionsgrenze. Das minimiert das Risiko einer Entzündung beim Auftreten eines Lecks beträchtlich. Ein Überschreiten dieses Werts in Europa ist allerdings unter bestimmten günstigen Bedingungen offiziell zulässig.
Alle Hersteller von KW-Systemen müssen Sicherheitsregeln einhalten. Kundendienst und Reparatur an R600a- und R290-Geräten sollte nur mit gut geschultem, erfahrenem Personal durchgeführt werden. Das beinhaltet auch Kenntnisse über Werkzeug, Transport der Verdichter und Kältemittel sowie über Gesetze und Verordnungen. Staatliche Sicherheitsvorschriften fordern Lecksimulationstests, für die Isolation elektrischer Komponenten in der Nähe von Kältemittelflüssen gelten strenge Vorgaben.
Lötfreier Kompressortausch
Die Entsorgung von R290 bzw. R600a erfolgt nicht über die Befüllung einer Recyclingpatrone. Brennbare Kältemittel werden vielmehr mit einem Schlauch weg vom Arbeitsplatz ins Freie geleitet. Dabei sind mögliche externe Zündquellen zu vermeiden.
Des Weiteren müssen solche Kühlsysteme mit einem Rohrabschneider geöffnet werden. Das Löten an den Kreisläufen ist nur erlaubt, wenn das im Kreislauf vorhandene Kältemittel nach Öffnen des Systems gemäß den Anweisungen entsorgt wird und anschließend Nieder- und Hochdruckbereich einzeln mit Stickstoff gespült werden. Auch wenn der Kompressor nicht getauscht wird, darf nur unter fließendem Stickstoff gelötet werden. Ansonsten ist das Löten an Systemen mit entflammbaren Kältemitteln verboten.
Während des Arbeitens an der Anlage müssen stattdessen Pressverbindungen ge-nutzt werden, um die Rohre miteinander zu verbinden. Mit einer lötfreien „Lokring“-Verbindung können zudem Aluminium, Kupfer und Stahlrohre miteinander ver-bunden werden, was mittels Löten nicht möglich wäre. Eine typische Kupplung besteht dabei aus zwei Ringen und einem rohrförmigen Stutzen zur Aufnahme der beiden Rohrenden, die miteinander verbunden werden sollen. Durch die konische Innenkontur des Ringes und die spezielle Kontur des Stutzens wird sein Radius bei der Montage so weit reduziert, bis er mit dem Rohr eine hermetische Metall-Metall-Verbindung erzeugt.
Vor der Montage sind die Rohrenden sorgfältig mit Stahlwolle oder Schmirgelleinen zu reinigen. Die Reinigung muss mit rotierenden Bewegungen erfolgen, um Kratzer entlang der Rohre zu vermeiden, welche die Dichtigkeit einschränken könnten.
Um eine dichte Verbindung zu gewährleisten, wird auf die Rohrenden Lokprep aufgetragen. Es füllt Unebenheiten auf den Rohroberflächen, härtet innerhalb kurzer Zeit aus und stellt so sicher, dass keine Undichtigkeiten durch Riefen auf den Rohren entstehen. Nach dem Einsetzen der Rohrenden in die Verbindung müssen die Rohre um 360 ° gedreht werden. So wird eine sichere Verteilung des Dichtstoffes garantiert. Anschließend werden die Ringe mit einer Handmontagezange bis zum Mittenanschlag der Lokring-Verbindung gepresst. Je nach Material und Umgebungstemperatur härtet das Lokprep binnen drei bis vier Minuten aus.
So können alle notwendigen Verbindungen im Zusammenhang mit dem Austausch von Kompressor und Filtertrockner sowie mit dem Befüllen des Systems ohne großen Kraftaufwand mit einfachem Handmontagewerkzeug hergestellt werden. Sie garantieren eine absolut saubere, unlösbare und rein mechanische Rohrverbindung mit dauerhaft hermetischer Dichtigkeit.
Pieter Boink,
Head of Business Development & Sales, Secop GmbH, Flensburg
