Leitfaden für die Kältemittelauswahl.

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1 Infos für Praktiker (5) Wissen, das nutzt Leitfaden für die Kältemittelauswahl. Sammler Druck h7 Beispiel eines Kältekreislaufs. Wärme Verflüssiger h6 h5 h3 h4 h8 h1 h2 Wärme Verdampfer nthalpie Kompressor Das Kältemittel ist der Betriebsstoff einer Kälteanlage. In ihr zirkuliert es, wird verdampft, verdichtet, verflüssigt und entspannt. s übernimmt den Wärmetransport, indem es unterhalb der Umgebungstemperatur Wärme durch Verdampfen aufnimmt und oberhalb der Umgebungstemperatur durch Verflüssigen wieder abgibt. Die Wahl des richtigen Kältemittels hat wesentlichen influss auf Wirkung, Konstruktionsaufwand und nergieverbrauch einer Kälteanlage. Und sie bestimmt, inwieweit Sie in Bezug auf die zahlreichen Gesetze und Verordnungen langfristig auf der sicheren Seite sind. Dieser Leitfaden bietet Ihnen bei der Kältemittel-Auswahl wertvolle Unterstützung. Das ideale Kältemittel. Gleich vorweg: Das ideale Kältemittel für den Universaleinsatz gibt es nicht. Dafür sind die Anwendungsgebiete zu unterschiedlich. Trotzdem erfüllen sowohl Kältemittel modernster Prägung als auch einige alte Bekannte höchste Anforderungen. Für fast alle insatzfelder bieten sich somit intelligente, ökonomisch und ökologisch sinnvolle Lösungen. Kältemittel sollten weder brennbar noch giftig oder korrosiv sein. Darüber hinaus sind folgende grundsätzliche igenschaften gefragt: gute Mischbarkeit mit Öl, thermische und chemische Stabilität, hohe Kälte- und Wärmeleistung bei geringem nergieaufwand, günstiges Druckverhältnis, niedrige Verdichtungsendtemperatur, gutes Preis-Leistungs-Verhältnis. Besonders wichtig ist außerdem die Umweltverträglichkeit: Zahlreiche nationale und internationale Gesetze, Richtlinien und Verordnungen haben bereits in den vergangenen Jahren einen weitreichenden Veränderungsprozess eingeleitet, der Produktauswahl und -einsatz entscheidend beeinflusst. So muss berücksichtigt werden, ob ein Kältemittel über Ozonabbaupotenzial verfügt, wie lang seine Lebensdauer in der Atmosphäre ist und welchen influss es auf den Treibhauseffekt hat.

2 Passend zur Anlage: Bemessungsgrundlagen. Die Auswahl des richtigen Kältemittels richtet sich nach der Anwendung und dem Anlagentyp. Zu den Bemessungsgrundlagen für die konkrete Bewertung zählen: ignung für den erforderlichen Temperaturbereich, passende thermodynamische igenschaften wie Siedeverhalten und spezifische Wärmekapazität, geeignete Drucklagen, Kompatibilität mit Maschinen und sonstigen verwendeten Materialien, Verfügbarkeit passender Maschinenöle, Verfügbarkeit geeigneter Verbindungstechniken, hohe Wirtschaftlichkeit, nachhaltige inhaltung der gültigen Gesetze und Richtlinien (möglichst geringes Gefahrenpotenzial). Die Lebensdauer einer Kälte-, Klima- oder Wärmepumpenanlage ist hoch, überdauert oft mehrere Jahrzehnte. Während dieser Zeit beeinflusst das eingesetzte Kältemittel ganz wesentlich den nergieverbrauch: Hohe Kältemittel- ffizienz führt zu erheblichen Kosteneinsparungen. Die eventuell etwas höhere Investition amortisiert sich binnen Kurzem. Darüber hinaus sind Umweltaspekte und die damit verbundenen gesetzlichen Auflagen zu beachten: ine auf Nachhaltigkeit ausgelegte Kältemittel-Auswahl macht aufwändige Umrüstungen überflüssig. Zudem umgehen Sie juristische Fallstricke. Von... bis: Temperaturbereiche. Anwendungsbezogen müssen Kältemittel für verschiedene Temperaturbereiche geeignet sein. Die daraus resultierenden Verdampfungstemperaturen führen zu unterschiedlichen Verdampfungsdrücken, die während des Anlagenbetriebs nicht unter Atmosphärendruck liegen sollten. Schon bei kleinsten Undichtigkeiten könnten dann Luft und Feuchtigkeit in den Kältekreislauf eindringen. Generell gilt: Je geringer der Verdampfungsdruck ist, umso niedriger fällt die volumetrische Kälteleistung aus. ntsprechend groß muss demzufolge der Kompressor dimensioniert sein, um die geforderten Kälteleistungen erzielen zu können. in niedriger Verdampfungsdruck führt allerdings auch zu einem niedrigen Verflüssigungsdruck. Das erhöht die Anlagensicherheit, verringert den erforderlichen Grad der Druckabsicherung, erlaubt die Verwendung geringerer Wandstärken bei Rohren und Behältern, vermindert das Risiko von Undichtigkeiten und führt eventuell sogar zu einer niedrigeren instufung nach Druckgeräterichtlinie und Betriebssicherheitsverordnung. Temperaturbereiche für den insatz gängiger Kältemittel. R-134a/R-1234yf/R-1234ze() R-407C R-32 R-407A R-407F R-410A R-404A/R507 R-23 R C insatzbereiche bezogen auf Raumtemperatur; die aufgeführten Produkte sind die in der gewerblichen Kältetechnik am häufigsten eingesetzten Kältemittel sie erheben jedoch keinen Anspruch auf Vollständigkeit. 2

3 Im inzelnen: Die wichtigsten Kältemittel. R-134a R-134a ist innerhalb des Verdampfungsbereichs von minus 40 bis plus 10 Grad Celsius das einzige Reinmolekül-Kältemittel. Deswegen ist es hervorragend geeignet für Anlagen mit sogenannten gefluteten Verdampfern. Weil das Gasvolumen am Verdichtereintritt vergleichsweise hoch ist, müssen Systeme mit großen Fördervolumenströmen eingesetzt werden zum Beispiel Schraubenverdichter und Turbinen. Die spezifische Kälteleistung von R-134a ist höher als die von R-404A/R-507, jedoch geringer als die von R-407C und R-410A. Bei Verdampfungstemperaturen unterhalb von minus 10 Grad Celsius ist das Kältemittel nur noch eingeschränkt verwendbar. Hauptsächlich eingesetzt wird R-134a in Transport- und sonstigen gewerblichen Kälteanlagen. R-1234yf R-1234yf ist ein Reinmolekül-Kältemittel mit dem GWP-Wert < 1 (GWP = Global Warming Potential). ntwickelt wurde R-1234yf zur Umsetzung der Richtlinie 2006/40/G des uropäischen Parlaments und des Rates vom 17. Mai 2006 über missionen aus Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen. Hier soll es R-134a ersetzen, ist jedoch trotz geringer Brennbarkeit (ASH- RA-Brennbarkeitsklasse 2L) umstritten. Die thermodynamischen igenschaften von R-1234yf wie Siedepunkt, kritische Temperatur sowie Flüssigkeits- und Dampfdichte sind mit denen von R-134a vergleichbar. Angedacht ist auch der insatz als Gemisch-Komponente zur Herstellung zukünftiger sogenannter Low-GWP- Kältemittel. R-1234ze() Das Reinmolekül-Kältemittel R-1234ze() wird bereits in industriellen Anwendungen z. B. in der Schaumindustrie eingesetzt. Vorteil ist das sehr niedrige Treibhauspotenzial (GWP) von 6, das diesen Stoff vor allem für die Herstellung neuer Kältemittel-Gemische interessant macht. Aufgrund der vergleichsweise hohen Siedetemperatur (-19 C bei 1 bar) und der daraus resultierenden geringen volumetrischen Kälteleistung (ca. 30 % weniger als R-134a) liegt ein mögliches zukünftiges Anwendungsfeld im insatz von Kaltwasserund Kaltsoleerzeugern mit großvolumigen Kompressoren wie Schrauben- oder Turboverdichtern. Allerdings sind durch die Brennbarkeit (ASHRA-Brennbarkeitsklasse 2L) höhere Sicherheitsanforderungen bei der Aufstellung von Kältemaschinen zu berücksichtigen. R-404A/R-507 Die Kältemittelgemische R-404A und R-507 verfügen über nahezu identische igenschaften. Während sich R-507 aus zwei Komponenten zusammensetzt ist R-404A jedoch ein Dreistoffgemisch. Die thermodynamischen Kennwerte beider Produkte unterscheiden sich kaum. Genutzt werden R-404A und R-507 vornehmlich in Tiefkühlanlagen und Schockfrostern. Zunehmend finden sich beide Kältemittel auch in Wärmepumpen und Normalkühlanlagen. Dadurch können zwar kleinere Kompressoren verwendet werden, zugleich sinkt allerdings die ffizienz erheblich. Da zudem das direkte Treibhauspotenzial beider Gemische sehr hoch ist, raten wir von einer Verwendung in der Normalkühlung dringend ab. R-404A und R-507 können nach entsprechender Umrüstung auch als rsatz für R-22 eingesetzt werden. R-407A/R-407F R-407A ist als rsatz vor allem für R-502 in Tiefkühlanwendungen, R-407F insbesondere als Austauschprodukt für R-22 entwickelt worden. Beide Stoffe haben im Vergleich zu anderen, in ähnlichen Anwendungsbereichen eingesetzten Kältemitteln einen relativ geringen GWP-Wert, erreichen hohe ffizienz und gute volumetrische Leistungszahlen. R-407A und R-407F können sowohl in Neuanlagen als auch bei Umrüstungen bestehender R-502- oder R-22-Anlagen im Normal- und Tiefkühlbereich eingesetzt werden. Der Temperaturgleit ist nur minimal kleiner als bei dem in Deutschland bekannteren Kältemittel R-407C. R-407C R-407C wurde als rsatzkältemittel für R-22 in Klimaanlagen und Wärmepumpen entwickelt. Auch in bestehenden Systemen kann R-407C nach entsprechender Umrüstung eingesetzt werden. Die Drucklagen beider Produkte sind vergleichbar, allerdings ist die Verdichtungsendtemperatur von R-22 etwas höher. R-407C setzt sich aus drei Komponenten mit sehr unterschiedlichen Siedetemperaturen bei gleichem Druck zusammen. Daraus resultiert 3

4 ein hoher Temperaturgleit beim Phasenwechsel. In Wärmepumpenanlagen wirkt sich das bei konsequenter Anwendung des Gleiteffekts positiv aus. Das zeotrope Kältemittel kann auch in der Normalkühlung eingesetzt werden. R-410A Die zwei Komponenten des Gemischs R-410A verfügen über fast identische Siedetemperaturen. Der Temperaturgleit ist daher mit < 0,2 K unerheblich. Besonders vorteilhaft sind jedoch die exzellenten igenschaften beim Wärmeübergang in Verdampfer und Verflüssiger. Bei einer optimal darauf abgestimmten Auslegung lässt sich eine sehr hohe Anlageneffizienz erzielen. Nachteilig ist das hohe Druckniveau (bei 0 C ca. 7 bar, bei +43 C bereits 25 bar Überdruck). Das erschwert das Anschließen von Monteurhilfen und die Durchführung von Reparaturen. Bei größeren Rohrquerschnitten ist zudem die Druckfestigkeit hartgelöteter Fittings nicht mehr gegeben. R-410A wird bevorzugt in Wärmepumpen- und Klimaanlagen im unteren Leistungsbereich verwendet. R-32 R-32 ist ein Reinmolekül-Kältemittel und verfügt über ausgezeichnete thermodynamische igenschaften. Deshalb wird es in Gemischen wie R-407 und R-410 eingesetzt. Da Dampfdrücke und Verdichtungsendtemperaturen sehr hoch sind, ist es in der Vergangenheit in Reinform nicht zum insatz gekommen. Aufgrund der zunehmenden Regulierung von Kältemitteln mit hohem Treibhauspotenzial wird R-32 (GWP-Wert 675) vor allem in der Klima- und Wärmepumpentechnik im kleineren Leistungsbereich an Bedeutung gewinnen. R-32 ist im Gemisch mit Luft (12,7 bis 33,4 Vol.-% in Luft) explosiv und deshalb als hochentzündlich zu kennzeichnen. Beim insatz von R-32 sind einschlägige Sicherheitsvorschriften zu beachten. Die wichtigsten Kältemittel und ihre Zusammensetzung. R-23 R-32 R-125 R-134a R-143a R-116 R-218 R-600 R % R % R-134a 100 % R-404A 44 % 4 % 52 % R-407A 20 % 40 % 40 % R-407C 23 % 25 % 52 % R-407F 30 % 30 % 40 % R-410A 50 % 50 % R-417A 46,6 % 50 % 3,4 % R-422A 85,1 % 11,5 % R-422D 65,1 % 31,5 % R-427A 15 % 25 % 50 % 10 % R-437A 19,5 % 78,5 % 1,4 % R % 50 % R-508A 39 % 61 % R-508B 46 % 54 % R-744 R-1234yf R-1234ze() M = Mineralöl; A = Alkylbenzolöl; = steröl 4

5 R-23/R-508A/R-508B R-23, R-508A und R-508B fungieren als Hochdruckkältemittel bei Tieftemperaturanwendungen. Alle drei können aufgrund ihrer hohen Drücke jedoch ausschließlich in den unteren Stufen von Kaskaden-Kälteanlagen verwendet werden. Haupteinsatzgebiete sind die Medizin- und Labortechnik sowie spezielle Anwendungen in Forschung und ntwicklung. R-600a R-600a auch Isobutan ist ein hochentzündlicher Kohlenwasserstoff. Bei atmosphärischem Druck beträgt seine Siedetemperatur minus 11 Grad Celsius. Anwendungen unterhalb dieser Temperatur erfordern die besonders sorgfältige Abdichtung der Anlage, um das indringen von Luftgasen in den Kältekreislauf zu vermeiden. Das Hubvolumen der Verdichter ist größer, die erzielbare Kälteleistung geringfügig besser als bei R-134a. R-600a wird vor allem für Haushaltskühlmöbel, die nur geringe Füllmengen benötigen, genutzt. R-290/R-1270 Auch R-290 und R-1270 sind hochentzündliche Kohlenwasserstoffe. R-290 (Propan) hat im Vergleich zu R-22 ein geringeres Druckverhältnis, eine deutlich höhere spezifische Kälteleistung und niedrigere Verdichtungsendtemperaturen allerdings auch ein größeres spezifisches Volumen. Die Kälteleistungszahlen sind indes annähernd gleich. In der Wärmepumpentechnik können mit R-290 aber höhere Wassertemperaturen erzielt werden. Auch R-1270 (Propen) verfügt über ähnliche igenschaften wie R-22, erreicht jedoch niedrigere Verdampfungstemperaturen. Deshalb wird Propen vor allem in Tiefkühlanlagen bei verschiedenen industriellen Anwendungen eingesetzt. R-600a R-601 R-744 R-1234yf R-1234ze() Austausch für Ölsorte R-12 R-22/R-502 R-22/R-502 R-22 (Klima, NK) R-22/R-502 R-22 (Klima ) M/A/ 3,4 % R-502, R-22 (TK) M/A/ 3,4 % R-22 (Klima, NK) M/A/ R-22 0,6 % R-12 M/A/ R-22/R % 100 % 100 % 5

6 R-717 In der Industriekältetechnik zum Beispiel in Kühlhäusern, Brauereien und Schlachthöfen wird seit über 100 Jahren vorrangig das natürliche Kältemittel R-717 (Ammoniak/ NH 3 ) eingesetzt. Zunehmend findet R-717 darüber hinaus in kompakten Kaltwassersätzen Anwendung. Ammoniak ist toxisch und unter bestimmten Voraussetzungen auch brennbar. Die hohe spezifische Verdampfungsenergie und die in Kälteanlagen auftretenden Drücke ermöglichen die vorteilhaft kleine Dimensionierung der Verdichter und Wärmeüberträger. Die umlaufenden Kältemittelmassen sind gering, was sich vor allem bei hoher Leistung auszahlt. In den niedrigen Leistungsbereichen sind die Anwendungsmöglichkeiten für Ammoniak jedoch eingeschränkt. Die Verdichtungsendtemperaturen sind schon bei geringem Druck sehr hoch in einigen Fällen sind deshalb wassergekühlte Zylinderköpfe und Verflüssiger erforderlich. R-744 R-744 (Kohlendioxid) war im frühen 20. Jahrhundert vor allem in der Schiffskältetechnik verbreitet. Mit der ntwicklung fluorierter Kältemittel verlor der Klassiker jedoch an Bedeutung. Die sehr hohen Drücke sowie der ungünstige Tripelpunkt schränken die Anwendungsvielfalt zwar immer noch ein. Dennoch ist Kohlendioxid aufgrund der Umweltbelastung durch fluorierte Stoffe in den letzten Jahren wieder verstärkt in den Fokus gerückt. In Kaskadenkälteanlagen in der Industrie, in Sportstätten und in Lebensmittelmärkten wird CO 2 erfolgreich genutzt. In Skandinavien, aber auch zunehmend in Deutschland, werden in Supermärkten auch CO 2 -Kälteanlagen mit transkritischem Prozess installiert. Besonders vorteilhaft sind dabei die hohe volumetrische Kälteleistung und die guten Wärmeübertragungseigenschaften. R-744 ist weder brennbar noch toxisch und deshalb in die Sicherheitsgruppe A 1 eingestuft. Die Nachfrage nach Kohlendioxid als Kältemittel wird in den kommenden Jahren weiter zunehmen. Allerdings wird R-744 die fluorierten Stoffe nicht komplett ersetzen können. 6

7 Umstellung bestehender FCKW/H-FCKW-Anlagen. Die Verordnung G (Nr.) 1005/2009/G der uropäischen Union verbietet seit dem 1. Januar 2010 den insatz aller H-FCKW (teilhalogenierte Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe) als Neuware. Grund für das Verbot ist das ozonschädigende Verhalten dieser Kältemittel. Betroffen davon ist vor allem das Kältemittel R-22. Auch alle R-22-haltigen Gemische zum Beispiel R-401A, R-402A, R-408A und R-409A fallen unter das Verbot. Das bedeutet für den Anlagenbetreiber, dass die Kälteversorgung nach einer Havarie möglicherweise nicht mehr sichergestellt werden kann. Je nach Anlagenalter und -einsatz bieten sich verschiedene Möglichkeiten (siehe Tabelle). Die Umstellung umfasst im inzelnen: Überprüfung der Anlage auf einwandfreie Funktionsfähigkeit, sach- und umweltgerechte ntnahme des alten Kältemittels, Austausch aller Filter, eventuell Nachrüstung eines Saugfilters, Kontrolle der Dichtungen (vor allem lastomere), Durchführung eines Öltests, ggf. Ölwechsel, vakuierung der Anlage, Inbetriebnahme und Auffüllen des Austauschkältemittels, Kontrolle der Überhitzung bei thermostatischen xpansionsventilen. Gern unterstützen wir Sie bei der konkreten Auswahl und stellen Ihnen detaillierte Unterlagen zur Umstellung bereit. Sichern Sie Ihren Wissensvorsprung! Bei weiteren Fragen stehen wir Ihnen auch persönlich zur Verfügung oder senden Ihnen die bisher in der Reihe Infos für Praktiker erschienenen Informationsschriften zu: Infos für Praktiker (1): Umgang mit zeotropen Kältemitteln. Infos für Praktiker (2): Sachgemäßer Umgang mit synthetischen Kältemitteln. Infos für Praktiker (3): Auf einen Blick: Die Kältemittelflaschen. Infos für Praktiker (4): Rücknahme und Aufarbeitung gebrauchter Kältemittel. Infos für Praktiker (6): Die Bedeutung der Kältemittelkurzzeichen. Infos für Praktiker (7): Das Kältemittel R-744 Kohlendioxid. Wichtige Grundlagen über das Kältemittelsortiment der Westfalen Gruppe, die Kältemittel-Aufbereitung, Anwendungen und rechtliche Aspekte liefert darüber hinaus der Prospekt: Coole Konzepte: Zukunftsweisende Kältemittel. Umstellung auf eine ozonunschädliche Kältemittel-Alternative. Zu ersetzende Kältemittel Austauschkältemittel zur Umrüstung mit Ölwechsel und Komponentenanpassung Austauschkältemittel zur Umstellung, evtl. ohne Ölwechsel R-12, R-401A, R-409A, R-413A R-134a R-437A (ISCON MO 49 Plus) R-22 (Klima, Kaltwasser) R-407C R-417A (ISCON MO 59) [bis 15 kw] R-422D (ISCON MO 29) R-22 (Normalkühlung) R-404A, R-407A, R-407F, R-507 R-422D (ISCON MO 29) R-22 (Tiefkühlung), R-402A, R-403B, R-408A, R-502 R-404A, R-407A, R-407F, R-507 R-422A (ISCON MO 79) 7

8 Gase I nergieversorgung I Tankstellen Westfalen AG Industrieweg Münster Fon Fax info@westfalen-ag.de J T