Grün, nachhaltig, effizient
Magnetgelagerte Turboverdichter mit R1234ze
Für die meisten Kälteanwendungen werden teilfluorierte Gase (F-Gase) als Kältemittel eingesetzt. Diese Stoffe haben in der Erdatmosphäre schädliche Auswirkungen, denn sie tragen zum Treibhauseffekt und damit zur globalen Erwärmung bei. Mit der neuen F-Gase-Verordnung, die seit dem 1. Januar 2015 gültig ist, fordert die Europäische Union die gesamte Kälteindustrie zum Umdenken auf. Eine Antwort ist die Verwendung des Kältemittels R1234ze.
Ab dem 1. Januar 2017 ist der Einsatz von Kältemitteln mit einem GWP-Wert (Treibhauspotenzial, Global Warming Potential) von größer als 2500 für viele Anwendungen verboten. In den kommenden Jahren wird, neben diversen Verwendungsverboten, zusätzlich die in Verkehr gebrachte Menge von F-Gasen schrittweise reduziert. Im Jahre 2030 werden nur noch 21 % der Jahresdurchschnittsmengen von 2009 bis 2012 am Markt verfügbar sein. In Zukunft sind deshalb verstärkt Kältelösungen gefragt, die einen geringen GWP-Wert aufweisen.
Grüne Kälte mit der
„Quantum“-Technologie
Alle „Quantum“-Kältemaschinen von Cofely (www.cofely-refrigeration.de) zeichnen sich durch den Einsatz eines oder mehrerer magnetgelagerter Turboverdichter aus. Aufgrund der Magnetlagerung der Verdichterwelle kann auf den Einsatz von Öl im gesamten Kältemittelkreislauf verzichtet werden. Die Reibungs- und Verschleißeffekte werden so auf ein Minimum reduziert. Zusätzlich besitzt jeder Verdichter einen integrierten Frequenzumrichter, womit ein effizienter Teillastbetrieb ermöglicht wird.
Die neue „Quantum-G“-Serie ist Teil der Kältemaschinenbaureihe „Quantum“. Die besondere Eigenschaft der „G“-Serie ist die Verwendung des umweltfreundlichen Kältemittels R1234ze, welches zur neuesten Kältemittelgeneration zählt. Auch für die „G“-Serie wird ein magnetgelagerter Turboverdichter verwendet. Der Verdichter wurde speziell für den ölfreien Einsatz mit R1234ze entwickelt. Neben dem Verdichter sind auch Verdampfer und Verflüssiger auf höchste Effizienz ausgelegt. Die Rohrbündelwärmeübertrager sind mit Hochleistungsrippenrohren ausgestattet, was neben einer effizienten Wärmeübertragung zusätzlich eine sehr kompakte Bauweise der Kältemaschine ermöglicht. Die Stärken der Kältemaschinen zeigen sich insbesondere in den Anwendungsbereichen Klimatisierung, Prozesskühlung und bei der Kaltwassererzeugung. Der ESEER-Wert – eine Kenngröße für die Effizienz im Jahresverlauf – erreicht Werte von bis zu 9,7. Die „Quantum-G“-Serie kann weiterhin für die Wärmerückgewinnung bei höchsten EER-Werten (Energy Efficiency Ratio) und Verflüssigungstemperaturen von bis zu 57 °C eingesetzt werden.
Eine neue Generation Kältemittel
R1234ze hat einen GWP-Wert unter 1 und ist damit deutlich umweltfreundlicher als teilfluorierte Kältemittel, die GWP-Werte von bis zu 4000 aufweisen. Der GWP-Wert <1 bezieht sich auf den aktuellen IPCC-Report AR5 von 2013. Die F-Gase-Verordnung bezieht sich auf Werte des IPCC-Reports AR4, in dem für R1234ze ein GWP-Wert von 7 ausgewiesen ist. In der Erdatmosphäre zerfällt R1234ze nach ca. 18 Tagen und trägt damit nicht zum Treibhauseffekt bei. Aufgrund dieses geringen GWP-Werts sind gemäß der F-Gase-Verordnung der EU am „Quantum G“ keine regelmäßigen Dichtheitskontrollen vorgeschrieben. R1234ze ist nicht toxisch und gilt als sehr schwer entflammbar, während die meisten teilfluorierten Kältemittel nicht entflammbar sind. Bezüglich der Entflammbarkeit verhält sich R1234ze höchst ungewöhnlich: Unterhalb von 30 °C ist der Stoff nicht brennbar. Oberhalb von 30 °C kann das Kältemittel hingegen in einem sehr engen Mischungsbereich mit Luft (ca. 6 bis 12 % Kältemittel in Luft) zum Brennen gebracht werden, wenn eine hohe Zündenergie hinzukommt. Die erforderliche Mindestzündenergie von R1234ze bei über 30 °C Umgebungstemperatur beträgt ca. 61 000 mJ und ist damit sehr hoch. Andere, ebenfalls als schwer entzündlich eingestufte Stoffe wie Ammoniak, benötigen bei gleichen Bedingungen ca. 640 mJ, leicht brennbare Kältemittel wie Propan lediglich ca. 0,25 mJ.
Untersuchungen am Verdichter des „Quantum G“ mit einer speziell installierten Zündquelle zeigten keine zusätzlichen Gefahren. In einem Versuch wurde festgestellt, dass sich die Flamme nicht ausbreitet, sondern lokal über der Zündquelle bleibt. Wird die Zündenergie entzogen, erlischt die Flamme sofort.
Bei der Bewertung und Risikoabschätzung von Kältemaschinen mit schwer brennbaren Kältemitteln wird in der Regel davon ausgegangen, dass sich neben dem Kältemittel auch gelöstes, brennbares Öl im Kältekreislauf befindet. Da der „Quantum G“ ölfrei arbeitet, besteht ein sehr geringes Brandrisiko.
Effizient und leistungsstark
R1234ze besteht aus den gleichen chemischen Elementen wie R134a, was sich gut als Vergleichsbasis anbietet. Die thermodynamischen Stoffeigenschaften von R1234ze haben zur Folge, dass sich, im Vergleich zu R134a, ein Rückgang der Kälteleistung um 25 % einstellt. Daraus folgt, dass die Maschinen für R1234ze bei gleicher Leistung etwas mehr Bauraum einnehmen, weil größere Verdampfer und Verflüssiger benötigt werden. Da aber mit der Kälteleistung auch die Stromaufnahme des Verdichters sinkt, verringert sich die Effizienz der Maschine nicht. Es können die gleichen EER-Werte wie für R134a erzielt werden.
Cofely Refrigeration hat den „Quantum G“ intensiv getestet und für das neue Kältemittel optimiert. Es zeigte sich, dass der EER durch den Einsatz eines Open-Flash-Economizers noch gesteigert werden kann. Der Economizer im „Quantum G“ wird als Open-Flash-Economizer (auch Mitteldruckbehälter) ausgeführt und ist die effizienteste Bauform eines Economizers, da er direkt an der Phasengrenze arbeitet. Im Kälteprozess wird das Kältemittel aus dem Verflüssiger in den Economizer-Behälter geführt, der ein mittleres Druckniveau besitzt, welches zwischen Verflüssigungs- und Verdampfungsdruck liegt. In dem Behälter verdampft Kältemittel und sorgt für eine zusätzliche Unterkühlung des flüssigen Kältemittels. Der Kältemitteldampf wird über den Mitteldruckanschluss des Verdichters abgesaugt und muss nur noch vom Mitteldruckniveau auf den Verflüssigungsdruck zurück verdichtet werden. Gleichzeitig kann das flüssige Kältemittel im Verdampfer mit einer höheren Verdampfungsenthalpie verdampft werden. Dies führt zu einer Steigerung des EER um bis zu 0,5. Der „Quantum G“ in wassergekühlter Ausführung ist mit zwölf Modellen in einem Kälteleistungsbereich zwischen 300 bis 2000 kW als Standardmaschine sowohl mit als auch ohne Open-Flash-Economizer verfügbar.
Cofely bietet für den „Quantum G“ zusätzlich eine Ausführung mit Econdenser an. Ein Econdenser ist ein spezieller Verflüssiger, der in zwei separate Wasserkreisläufe aufgeteilt ist. Dabei kann ein Wasserkreislauf für die Wärmerückgewinnung eingesetzt werden, während der andere Kreislauf an ein Rückkühlsystem angeschlossen ist. Dieses kommt zum Einsatz, wenn die Wärmerückgewinnung nicht benötigt wird. Die beiden Kreisläufe können mit unterschiedlichen Fluiden betrieben werden. Z.B. kann im Kreislauf für die Wärmerückgewinnung reines Wasser genutzt werden, während im Rückkühlkreislauf eine Frostschutzmischung zirkuliert.
Beratung empfohlen
Die Norm EN378 „Kälteanlagen und Wärmepumpen: Sicherheitstechnische und umweltrelevante Anforderungen“ regelt die Aufstellbedingungen von Kältemaschinen im Maschinenraum. Da das Kältemittel R1234ze sehr neu auf dem Markt ist, wird es in der Norm noch nicht berücksichtigt.
Zurzeit teilt die EN378 die Kältemittel lediglich in die zwei Kategorien „brennbar“ und „nicht brennbar“ ein. Eine Einordnung von R1234ze in die Kategorie der brennbaren Kältemittel, wie z.B. Propan, würde zu völlig übertriebenen Sicherheitsvorkehrungen führen. Jedoch ist eine Einteilung in die Kategorie „nicht brennbar“ nicht möglich. Die EN378 befindet sich derzeit in Überarbeitung. In der neuen Fassung wird es eine neue Klasse für schwer brennbare Kältemittel geben. Bis wann eine überarbeitete Fassung vorliegt, ist noch unklar. In Deutschland muss, gemäß der Betriebssicherheitsverordnung, der „Quantum G“ vor Inbetriebnahme von einer zugelassenen Überwachungsstelle abgenommen werden. Aufgrund der unklaren Einstufung des Kältemittels rät Cofely seinen Kunden, sich im Vorfeld von einer zugelassenen Überwachungsstelle über die individuellen Aufstellbedingungen im Maschinenraum beraten zu lassen. Die erforderlichen Sicherheitsmaßnahmen sind kundenspezifisch und können je nach Gestaltung und Ausstattung des Maschinenraums variieren.
Nachhaltige Kälteversorgung
Mit dem „Quantum G“ können Anlagenbetreiber und Planer die Kälteversorgung der Zukunft realisieren. Durch das Verdichterkonzept, die effizienten Wärmeübertrager und den Open-Flash-Economizer kann die Kälteerzeugung effizienter gestaltet werden. Dies führt zu einem reduzierten Strombedarf, welcher beträchtliche Betriebskosteneinsparungen ermöglicht. In Kombination mit einem Kältemittel, das einen GWP-Wert von kleiner 1 aufweist, kann der ökologische Fußabdruck auf ein Minimum reduziert werden. Mit dem „Quantum G“ werden damit alle derzeitigen Umweltauflagen erfüllt. Zusätzlich unterstützt die Kältemaschine Architekten und Planer bei der Einhaltung von Öko-Design-Richtlinien. Aufgrund ihrer Eigenschaften ermöglicht die Kältemaschine energieeffiziente Gebäudekonzepte sowie innovatives und nachhaltiges Bauen.
Cofely bietet mit seinem modularen Servicekonzept zusätzlich individuelle, auf den Kundenbedarf maßgeschneiderte Lösungen an. Diese umfassen Module zur Fernüberwachung, Wartung und Instandhaltung. Anlagenbetreiber können damit sicherstellen, dass ihre Kälteanlage ihre Leistungsstärke und Effizienzmerkmale dauerhaft bewahrt.
