Umweltverträgliche Kühlung

Der Einsatz natürlicher Kältemittel bringt neue Herausforderungen für die Auslegung von Kühlsystemen mit sich. Laut William Bentley von Sensata Technologies können Entwickler von HLK-Systemen Sicherheit und Effizienz optimieren, wenn sie die Auswirkungen dieses Trends auf die Auslegung und Auswahl von Komponenten verstehen.

Weltweit werden an Anlagenhersteller immer höhere Anforderungen im Hinblick auf die Verwendung von umweltverträglichen Chemikalien gestellt. In der Kälte- und Klimakältetechnikbranche bedeutet dies, ältere Kältechemikalien durch weniger schädliche Kältemittel zu ersetzen.

Diese Alternativen sind natürlich vorkommende, nichtsynthetische Stoffe, die als Kältemittel in Kühlgeräten und Klimaanlagen eingesetzt werden können. Dazu zählen Kohlenwasserstoffe (Propan, Butan und Cyclopentan), CO₂, Ammoniak, Wasser und Luft.

Für OEMs, die Kühl- und Klimaanlagen herstellen, bringen neue Vorschriften Herausforderungen mit sich. Welche Optionen gibt es und wie treffen Sie Ihre Auswahl?

Optionen für Kältemittel

Es gibt zwei wichtige Kriterien, um zu bewerten, ob ein Kältemittel umweltverträglich ist: das Ozonabbaupotenzial (ODP, Ozone Depletion Potential) und das Treibhauspotenzial (GWP, Global Warming Potential).

Das ODP ist eine Maßzahl für den relativen Effekt des Abbaus der Ozonschicht, der durch einen Stoff ausgelöst werden kann. Natürliche Kältemittel haben einen ODP von Null.

Das GWP ist eine Maßzahl für den relativen Beitrag eines Gases zum Treibhauseffekt. Je niedriger das GWP, desto umweltverträglicher ist ein Stoff.

Die Mehrzahl der heute eingesetzten Kältemittel hat ein GWP von 1,400 bis 4,000.

Kohlenwasserstoffe

Viele der natürlichen Kältemittel der neuen Generation basieren statt auf Kohlenfluorwasserstoff (HFC) auf Kohlenwasserstoff (HC). Zu den kohlenwasserstoffbasierten Kältemitteln zählen Propan (R290), Isobutan (R600a) und R32, bei dem es sich um ein Gemisch aus Propan R290 und einem anderen Kältemittel handelt.

Die thermodynamischen Eigenschaften von Propan R290 sind den beiden alten FCKW-Kältemitteln R134a und R404a überlegen. Zusätzlich ist seine Wärmeleistung um 90 % höher als die von R134a und um 140 % höher als die von R404a.

Kohlenwasserstoffe greifen die Ozonschicht nicht an und haben ein niedriges GWP. Diese neuen kohlenwasserstoffbasierten Kältemittel sind allerdings hoch entzündlich und erfordern spezielle Sicherheitstechnologien.

Unabhängig vom verwendeten Kältemittel weist jede Option eigene Herausforderungen auf.

Hohe Betriebsdrücke

In heutigen Anlagen werden alle Komponenten für bestimmte Betriebsbedingungen und -drücke spezifiziert. CO₂ ist zwar nicht wie Kohlenwasserstoffe entzündlich, schafft jedoch aufgrund seines hohen Betriebsdrucks Probleme. Das erfordert die Entwicklung von spezialisierten Komponenten wie Druckschaltern.

Die in CO₂-Kühlsystemen erforderlichen Druckschalter schützen das System vor Hochdruckspitzen und Überdrücken, die die Kühlschlangen beschädigen könnten. Da Schalter elektromechanische Vorrichtungen sind, können sie beim Öffnen oder Schließen der Kontakte Funken erzeugen. Welche Lösung gibt es dafür?

Sichere Kapselung

Um eine Entzündung des natürlichen Kältemittels durch Funken zu verhindern, haben Komponentenentwickler wie Sensata ihre Druckschalter zusätzlich durch eine Kapselung gesichert, die das spezifische Druckmedium (Propan R290) von der elektrischen Baugruppe isoliert.

Prüfung/Zertifizierungen

Um die Auswirkungen von natürlichen Kältemitteln auf ihre Systeme zu beurteilen, müssen OEMs wissen, ob der Druckschalter mit dem spezifischen Kältemittel getestet wurde, das sie einzusetzen beabsichtigen.

Bei CO₂-Systemen, die mit einem doppelt so hohen Druck wie konventionelle Systeme arbeiten, ist das größte Problem der Berstdruck. Welchem Druck kann das System standhalten? Wie lange arbeitet es im Dauerbetrieb unter Hochdruck zuverlässig?

Bei der Auswahl von Schaltern für Ihr System sollten Sie stets sicherstellen, dass sie durch eine zugelassene unabhängige Stelle auf Beständigkeit gegenüber den jeweiligen Umgebungsbedingungen und den im System verwendeten Kältemitteln geprüft wurden.

Drucksensoren

In Umgebungen, in denen Informationen zum Systemdruck benötigt werden, muss anstelle eines Schalters ein Drucksensor verwendet werden. Ein Druckschalter dient ausschließlich der Sicherheit, während ein Drucksensor Sicherheitsinformationen in Form von Daten liefert, die zur Verbesserung der Energieeffizienz im System genutzt werden können.