Einsatz von alternativen Kältemitteln
zur Umstellung oder Neukonzeption von Kälteanlagen
Der in der aktuellen F-Gase Verordnung eingebettete Phase Down
für die CO2 Äquivalent Quote zeigt jetzt schon deutliche
Veränderungen bezüglich der Preise bzw. der Verfügbarkeit der
bisher verwendeten Kältemittel. Zudem rückt auch das
Serviceverbot für Anlagen mit Kältemitteln mit einem GWP > 2500
und einer Füllung mit einem CO2 Äquivalent über 40t und das
Einsatzverbot von Kältemitteln mit einem GWP > 2500 für
stationäre Neuanlagen immer näher (ab 01.01.2020). Hier einige
Hinweise zu möglichen Alternativen mit chemischen Low GWP
Kältemitteln in Bezug auf die Umstellung von Anlagen bzw. der
Neukonzeption.
Alternativen zu R404A/R507A
Neuanlagen Tiefkühlung
R448A/R449A bieten sich als Kältemittel für neue Anlagen im
Tiefkühlbereich an. Beide Stoffe haben höhere
Verdichtungsendtemperaturen und es ist deshalb bei der Auswahl
der Verdichter sorgfältig auf die Einsatzgrenzen zu achten.
Aufgrund der Bauform eignen sich halbhermetische
Hubkolbenverdichter oder geeignete Scrollverdichter je nach
Einsatz und Temperaturen, eventuell mit entsprechender
Zusatzkühlung.
Bei kleineren Anlagen mit vollhermetischen Verdichtern ist das
Kältemittel R452A eine mögliche Alternative. Dieses Kältemittel
hat deutlich geringere Verdichtungsendtemperaturen als
R448A/R449A und ermöglicht so einen Einsatz von vollhermetischen
Verdichtern. Für Normalkühlung sind diese Kältemittel zwar
grundsätzlich auch möglich, haben aber bedingt durch ihre
Zusammensetzung einen relativ großen Gleit, höhere Drücke und
das Problem der Entmischung im Falle einer Leckage.
Neuanlagen Normalkühlung
Für den Einsatz bei Normalkühlung in Neuanlagen empfehlen wir
diese Stoffe nicht unbedingt. Hier sollte man auf R134a und
dessen Ersatzstoffe zurückgreifen, die nachfolgend erwähnt
werden.
Bestandsanlagen – Reparaturen/Umstellungen
R448A/R449A sind als Ersatzstoffe für R404A/R507A zur Umstellung
vorhandener Normal- und Tiefkühlanlagen geeignet. Hier ist aber
genau zu prüfen, ob das Einsatzfenster des vorhandenen
Verdichters dies zulässt und ob noch eventuelle Maßnahmen zur
Zusatzkühlung nötig sind.
Weiter ist bei der Umstellung auf die beiden neuen Kältemittel
mit Leistungseinbußen im Vergleich zu R404A und R507A zu
rechnen. Die Leistungsverminderung nimmt mit fallender
Verdampfungstemperatur zu. Die Leistungszahlen der Anlagen
werden jedoch dagegen leicht besser. Der Massenstrom des
Kältemittels wird mit R448A/R449A kleiner und deshalb sind
speziell die Einspritzventile, Regelventile
und Magnetventile auf Ihre Größe und Funktionalität zu prüfen
und eventuell gegen kleinere Komponenten auszutauschen bzw. die
Einstellung anzupassen.
Für den Einsatz in Tiefkühlanlagen in Kombination mit
vorhandenen vollhermetischen Verdichtern (ausgenommen davon
geeignete Scroll Verdichter für den TK-Betrieb mit zusätzlicher
Kältemitteleinspritzung) sind diese beiden Ersatzkältemittel
aufgrund der höheren Verdichtungsendtemperaturen nicht geeignet.
R452A bietet sich speziell für Tiefkühlanlagen mit
vollhermetischen Verdichtern an. Die Verdichtungsendtemperatur
ist sehr ähnlich wie bei R404A/R507A. R452A hat einen praktisch
identischen Massenstrom und damit sind die erforderlichen
Anpassungen minimal. Auch bei diesem Kältemittel sind
Leistungsminderungen vorhanden und mit zu berücksichtigen.
Warum nicht grundsätzlich R452A?
R448A und R449A haben deutlich geringere GWP Werte als R452A und
sollten deshalb nach technischer Möglichkeit auf jeden Fall zum
Einsatz kommen.
Wichtig: Bei einem Kältemittelverlust an einer R404A oder R507A
Anlage darf keines dieser neuen Low GWP Kältemittel einfach
nachgefüllt werden. Das noch vorhandene R404A/R507A muss
vollständig abgesaugt und entsorgt bzw. recycelt werden. Erst
dann darf eine Befüllung mit dem alternativen Kältemittel
erfolgen!
In Bezug auf das vorhandene Kältemaschinenöl sollte es keine
Probleme geben, da hier normalerweise die vorhandenen
Polyolesteröle verwendet werden können. Trotzdem sollte der
Zustand des Öles überprüft und gegebenenfalls ein Ölwechsel
durchgeführt werden. Im Betrieb sind dann auch eventuell die
Intervalle für einen Ölwechsel kürzer, da das Öl bedingt durch
höhere Verdichtungsendtemperaturen einem höheren
Verschleiß unterliegt. Ein Trocknerwechsel ist bei jedem
Eingriff in den Kältekreislauf obligatorisch. Die Ersatzstoffe
haben zum Teil einen niedrigeren praktischen Grenzwert. Hier
muss überprüft werden, ob bei einer
Umstellung die maximal zulässige Füllmenge für die vorhandene
Aufstellung nicht überschritten wird, oder ob z.B. der Zu- und
Abluftstrom im Maschinenraum eventuell entsprechend erhöht
werden muss.
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Alternativen zu R134a
R134a ist für die nächste Zeit verfügbar (allerdings mit
steigenden Preisen) und unterliegt auch nicht der Problematik
Serviceverbot. Es stehen jedoch bereits Ersatzkältemittel wie
R513A und R450A zur Verfügung.
Neuanlagen
Im Normalkühlbereich liegen die Vorteile dieser beiden
Kältemittel gegenüber R448A, R449A und R452A klar auf der Hand:
Geringere Drücke, sehr kleiner Gleit und praktisch ein
halbierter GWP. Viele Komponentenhersteller haben die relevanten
Daten bereits veröffentlicht.
Bestandsanlagen-Reparaturen/Umstellungen
Es kann natürlich vorkommen, dass Anlagen von R134a auf R513A
oder R450A umgestellt werden sollen (zum Beispiel um die
Prüfzyklen der Anlage in Bezug auf die Dichtheitsprüfung zu
verlängern). Im Bezug auf die vorhandenen Verdichter sollte das
kein großes Problem sein, obwohl zum Teil die offiziellen
Freigaben der Hersteller noch fehlen. Auch hier ist von einer
Leistungsminderung mit den neuen Stoffen auszugehen und auch in
diesem Fall darf das neue Kältemittel nicht mit R134a gemischt
werden. Ebenso gilt an dieser Stelle die Qualität des vorhanden
Öles zu prüfen und
eventuell einen Ölwechsel vorzunehmen sowie die Trockner bei
einem Eingriff in das System zu erneuern. In Bezug auf Gleit
sind diese alternativen Kältemittel günstiger – sie haben keinen
oder einen zu vernachlässigbaren,
kleinen Gleit.
Der Massenstrom wird in diesem Fall etwas größer sein, sodass
ebenfalls die Größe und Einstellung von Einspritzventilen,
Regelventilen und Magnetventilen zu prüfen sind - ob diese groß
genug sind oder eventuell vergrößert werden müssen. Die
Problematik mit dem praktischen Grenzwert ergibt sich hier
nicht, da die Grenzwerte im Vergleich zu R134a etwas größer
sind.
Komponentenauswahl
Viele Auslegungsprogramme enthalten schon die genannten
Kältemittel und ermöglichen eine einfache Selektion der
benötigten Bauteile. In Bezug auf die Verträglichkeit mit
metallischen Werkstoffen und Dichtungsstoffen besteht
normalerweise keine Problematik im Vergleich zu R134a oder
R404A. Trotzdem sollte beachtet werden, ob der Hersteller der
Komponenten für die neuen Kältemittel eine Freigabe erteilt hat.
Bei den verwendeten Schmierstoffen kommen normalerweise
dieselben POE Öle zum Einsatz wie bisher bei den
Kältemitteln. Bei der Verdichter Auswahl ist besonders auf die
Einsatzgrenzen zu achten. Hier geben die Auswahlprogramme und
die entsprechenden Informationsbroschüren der Verdichter
Hersteller die nötigen Informationen. Bei der Auswahl der
Wärmetauscher sollte auf jeden Fall der Gleit mit einberechnet
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