Wichtige Informationen zur Zukunft der Kältemittel

Hilde Dhont von Daikin Europe wollte über die Verwendungsbreite der Kältemittel in Daikin-Produkten in Europa berichten, war aber verhindert. Ihr Beitrag wurde von Dr. Rainer Jakobs und Ingo Langgartner (Daikin) vorgetragen. Im Überblick wurde dargelegt, dass sich Daikin mit den wichtigsten gängigen Kältemitteln befasst, außer mit Ammoniak. R 134 a und R 410 A stehen für die konventionelle Seite, Propan wurde in einer Serie in den 1990er Jahren zur Untersuchung von Sicherheitsaspekten in modifizierten Klimageräten verwendet, CO₂ wird für Wärmepumpeneinsatz in Warmwasser­erwärmern und in VRV-Geräten eingesetzt, R 32 wird nach einer Unterbrechung in den 1990er Jahren wieder in Erwägung gezogen und HFO 1234 yf und Mischungen daraus sind in Arbeit. Bei R 32 besticht das geringe Treibhauspotenzial von nur 23 Prozent gegenüber R 410 A. Es wurde dargestellt, dass nicht nur das direkte Treibhauspotenzial eine Rolle spielt, sondern auch der aus dem Energieverbrauch resultierende Wert. Ebenso sind die Ergebnisse unterschiedlicher Klimazonen einzubeziehen, da der Leistungsabfall bei höheren Umgebungstemperaturen unterschiedlich ist. R 32 schneidet da am besten ab. Sehr anschaulich wurde ein Brennbarkeitstest für R 32 im Film vorgeführt, wobei versucht wurde, mit Kerzen und mit offener Flamme einen definierten Leckstrom zur Entzündung zu bringen, was nicht gelang. Daikin sieht in diesem Kältemittel eine Lösung zur schnellen Reduzierung des Treibhauspotenzials sowohl in den Industrie- als auch in den Entwicklungsländern.

Harald Conrad von der Westfalen AG hatte seinen VortragCoole Konzepte: Zukunftsweisende Kältemittel getitelt.Er gab einen Überblick über die gegenwärtig gehandeltenund eingesetzten Kältemittel vom Am-moniak bis zum Kohlenstoffdioxid mit jeweiligen Einsatzbereichen und vorteilhaften bzw. negativen Eigenschaften und gab dazu die bei Westfalen handelsüblichen Liefergebinde an. Im weiteren Teil des Vortrags widmete er sich dem CO₂ und dem Umgang mit diesem Kältemittel. Hervorzuheben ist dabei die transkritische Drucklage bis ca. 130 bar beim Klimaeinsatz und die Qualitätsfestlegungen dazu, nämlich Reinheit 99,995 %, N₂ + O₂ < 45 ppm, H₂ < 5 Vol.-ppm, C_nH_m < 1 ppm. Westfalen unterstützt die Ausbildung und Qualifizierung zu den Kältemittelfragen durch interne und externe Schulungen und liefert HFKW nur an zertifizierte Betriebe.

Dann sprach Stefan Pietrek, Danfoss, Offenbach, über Energieeffizienz beim Einsatz alternativer Kältemittel. Die Danfoss-Kompe­tenz liegt dabei natürlich auf der Unterstützung der Anwendung alternativer Kältemittel durch optimale Komponenten der Steuer-, Regelungs- und Überwachungstechnik. Pietrek stellte den Siegeszug der Kohlenwasserstoffe in Haushaltkühlgeräten des Unilever-Konzerns in Europa und Brasilien dar, verwies aber auf den Nachholbedarf, vor allem in Russland und in den USA. Bei Anwendungen über die Weiße Ware hinaus spielen die Sicherheitsaspekte eine herausragende Rolle. Der Anwendung von R 32 stellt er ein gutes Zeugnis aus. Der Danfoss-Weg zur Begrenzung der GWP-Emissionen besteht in der Reduzierung der Kältemittelfüllmengen und der Verbesserung der Dichtheit, der Erhöhung der Systemeffizienz durch intelligente Regelstrategien, durch Drehzahlanpassung der Verdichter an den Kältebedarf und durch verantwortungsbewusste Anwendung natürlicher Kältemittel.

Drei Vorträge zur CO₂-Anwendung schlossen sich an. Bernd Heinbokel von der Carrier Kältetechnik Deutschland GmbH ging mit dem natürlichen Kältemittel CO₂ sicher in die Supermarktzukunft. Der Klimaschutz ist der treibende Faktor bei Entscheidungen für kältetechnische Lösungen im Lebensmitteleinzelhandel. Durch Leckagen mit den HFKW gehen jährlich noch immer bis zu zehn Prozent der Füllmenge unkontrolliert verloren. Wenn das auch für den Gesamt-TEWI-Wert gegenüber dem Energieverbrauch wenig Einfluss hat, ergibt sich bei der CO₂-Anwendung eine deutlich bessere TEWI-Bilanz für Supermarktkonfigurationen. Die Energieeffizienz wird mit dem VDMA-Einheitsblatt 24247-4 für die unterschiedlichen Lösungen gut vergleichbar. Aus einer Übersicht der auf die Displayfläche bezogenen Energieeffizienzkenn­zahl verschiedener Marktausrüstungen neu­eren Datums geht hervor, dass die Carrier-CO₂Anlagen CO₂OLtec ca. 15 Prozent effizienter als der Durchschnitt der Märkte seit Eröffnung 2008/09 sind. Bei transkritischen Booster-Anlagen ist mit Direktverdampfung im Verkaufsbereich die Drucklage von 40 bar zu einem Standard geworden, die 120 bar für die Hochdrucklage befinden sich im Maschinenbereich. Seit der ersten Installation einer derartigen Lösung 2004 sind inzwischen Anlagen für über 300 Märkte in Betrieb, deren Gesamt-NK-Kälteleistung über 33 MW beträgt. Die Reduktion der Treibhausgasemissionen beträgt gegenüber der R 404 A-Lösung ca. 50 Prozent oder 78 kt. Für die Anwendung in der Schweiz ergibt sich die Bilanz einer 10prozentigen Energieeinsparung und die Erfahrung, dass die Betriebssicherheit von CO₂Systemen mindestens so hoch wie bei konventionellen Systemen ist. Im Frühjahr 2010 hat sich Migros für CO₂ als Standard-Kältemittel für Normal- und Tiefkühlung entschieden.

Zu CO₂ in der Klimatechnik sprach dann Ingo Langgartner von Daikin Airconditioning Germany GmbH. Er stellte ein serienmäßig gefertigtes VRV-System mit diesem Kältemittel vor, das auch als Wärmepumpe arbeitet. Die Heizleistung beträgt 4 bis 28 kW, bis zu 16 Innengeräte mit 300 m Leitungslänge können angeschlossen werden. Beim Kühlen wird zweistufig entspannt und in beiden Stufen unterkühlt. Beim Heizen wird einstufig ohne Unterkühlung entspannt. Die Aufstellregeln für Außen- und Inneneinheit unterscheiden sich nicht von konventionellen Anlagen, aber das Expansionsventil ist in eine Box ausgelagert, die an einem schallunempfindlichen Ort montiert werden soll. Für das Aufweiten und Biegen der Rohre werden Werkzeuge für größere Wandstärken benötigt. Für die Inbetriebnahme wird eine Flaschenheizmatte erforderlich und eine Kältemittelflasche mit Steigrohr. Aber bis 6 bar ist gasförmig zu füllen (ohne Steigrohr), um Trockeneisbildung zu verhindern. Beim Ablassen von Kältemitteln gilt ebenfalls die 6-bar-Grenze und alle Anlagenteile sind auf Umgebungstemperatur zu erwärmen. Feuchtigkeit im System muss vermieden werden, um Salzbildung mit Säureschäden zu vermeiden. Als Fazit kann bei Daikin gezogen werden, dass CO₂ als Kältemittel in Seriengeräten beherrschbar ist, aber je nach Anwendung die Betriebs- und In­vestitionskosten zu analysieren sind.

Der dritte Vortragende mit der CO₂-Thematik war Flottillenarzt Dr. Hans-Günter Schaff­rath vom Sanitäts­zentrum Nordholz, der sich mit der physiologischen Wirkung des CO₂ auf den Menschen beschäftigte. Er gab zunächst einen Überblick über die juristischen Fragen bei der Anwendung von Gefahrstoffen allgemein, um dann konkret zur Wirkung von CO₂ zu sprechen. Nach den Technischen Regeln für Gefahrstoffe (TRGS) 900 für Arbeitsplatzgrenzwerte gilt der Grenzwert 5000 ml/m³(Vol.-ppm oder 0,5 %) oder 9100 mg/m³ als zulässig bei länger als acht Stunden Ein­wirkungszeit, zum Beispiel bei einem Dauerleck einer Anlage am Dauer­arbeitsplatz. Bei 8 bis 10 Vol.-% gibt es Kopfschmerzen, Ohrensausen, Schwindelgefühl, Tachykardie, Tachypnoe.. Darüber liegende Werte können zu Bewusstlosigkeit, Schlaganfall und Tod führen. Als Therapie ist sofort frische Luft bereitzustellen, gegebenenfalls Sauerstoffbeatmung und in schweren Fällen eine Intubation durch­zuführen. Die Blutgase sind zu kontrollieren. Die Empfehlung von Schaffrath ist, es nicht dazu kommen zu lassen und für Gesunde zwei Prozent nicht länger als eine Stunde zu überschreiten.

Mit besonderer Spannung wurde der Vortrag von Dr. Frank Rinne, Du Pont, zu den Opteon-Kältemitteln für niedriges GWP erwartet. Die Opteon-Entwicklung schließt sich folgerichtig an die Freon-, SUVA- und ISCEON-Stufen an. Das Entwicklungsziel besteht in der optimalen Balance von Eigenschaften, GWP-Reduzierung, Umweltverträglichkeit und energetischer Effektivität. In der Kältetechnik werden R 134 a und R 404 A zu ersetzen sein. Neben HFO 1234 yf steht das unbrennbare Gemisch XP10 für Prototypanwendungen schon zur Verfügung und weitere Gemische mit der Vorbezeichnung DR sind in Entwicklung bzw. in Erprobung. Sie weisen GWP-Werte unter 600 auf und XP10 erbringt in der Supermarkt-Kaskadenanwendung ein etwas geringeres CO₂-Äquivalent hervor als die CO₂-R 134 a-Kaskade. Die Erprobungsfelder werden damit gegenwärtig ausgeweitet und es ist als Drop-in-Lösung für R 134 a vorgesehen. Für Flaschenkühler und Verkaufsautomaten ist es der bevorzugte Kandidat für den R 134 a-Ersatz. In der stationären Klimatechnik als Ersatz für R 410 A, 407 C, R 22 und R 134 a können wiederum DR-Gemische zum Einsatz kommen, wobei DR-5 als R 410-Ersatz im Drop-in-Test energetisch besser abschneidet. Aber dabei ist auch das Kältemittel R 32 mit zu berücksichtigen, das in China favorisiert wird. Lösungen für Turbo-Kaltwassersätze sind mit Opteon yf und XP10 als Ersatz für R 134 a vorgesehen, sowie DR-2 und DR-10 als R 123-Ersatz. Abschließend konnte Rinne feststellen, dass es das ideale Kältemittel nicht gibt, dass Ersatzstoffe für die meisten konventionellen Anwendungen verfügbar sein werden, auch im Wettbewerb mit R 134 a-CO₂-Kaskaden bei der Supermarktanwendung und dass der doch teilweise geringen Entflammbarkeit entsprechende Aufmerksamkeit zu widmen ist.

Über das Potenzial von Ammoniak als Kältemittel sprach abschließend Dr. Jürgen Süß von Cofely Refri­geration. Ausgangspunkt war für ihn die Energiewende, in die sich die Kältetechnik einbringen muss. Der traditionelle Kaltdampfprozess ist technisch und wirtschaftlich die beste Option für die aktuellen Anwendungen, aber das richtige Kälte­mittel dafür zu wählen, ist nicht so ­ein­deutig. Für viele Anwendungen ist Ammoniak ein gutes Kältemittel, von den zahlreichen zu beurteilenden Eigenschaften ist nur die Giftigkeit ein echtes ­Negativum. Vor allem erfüllt es die Bedingungen des Montrealer- und des Kyoto-Protokolls vollkommen. Zur weiteren Verbreitung der Ammoniak-Anwendung ist vor allem die Verbreitung des Wissens um dieses Kältemittel zu verbessern, die Füllmengen der Anlagen sind zu verringern und die Betriebssicherheit und Energieeffizienz sind durch Anwendung von Elektronik und Sensorik zu steigern. Dann wird am Ende mehr Kälteleistung bei weniger Primärenergieeinsatz heraus- kommen.

Mit diesem Schlussvortrag war das Gebiet der aktuellen und zukünftigen Kältemittel abgearbeitet. Es gab bewährtes Wissen neu verpackt, aber es gab auch wichtige Informationen zur Zukunft der Kältemittel, noch nicht immer eindeutig, aber zum eigenen Nachdenken geeignet. Die Teilnehmer konnten zurück in die Unternehmen der Kältetechnik gehen und die mitgenommenen In­formationen verwerten. Die Anwender brauchen die Freiheit, das jeweils optimale Kältemittel zu wählen. U A -