Natürlich und nachhaltig kühlen mit R723

Laut einer Analyse des Umweltbundesamts aus dem Jahr 2014 hat die Kältetechnik alleine in Deutschland einen Anteil von 14 % am Gesamtenergiebedarf und ist zudem für etwa 5 % der direkten und indirekten Treib­hausgasemissionen verantwortlich. Daher gilt es in Anbetracht nationaler und internationaler Klimaschutzziele, die Klimafreundlichkeit im Bereich der Kältebereitstellung zu erhöhen. Einen Beitrag hierzu kann der Einsatz von natürlichen Kältemitteln wie etwa Ammoniak-Dimethylether (R723) leisten, das mit einem Ozonzerstörungs (ODP)- und Treibhauspotenzial (GWP) von 0 bzw. 8 besonders umweltfreundlich ist. Zudem bietet es Betreibern von Kältetechnik eine große Investitionssicherheit, da es nicht von den Kältemittelverboten im Rahmen der F-Gase-Verordnung betroffen ist.

Effizient für den kleinen Kälteleistungsbereich

Das Kältemittel Ammoniak-Dimethylether besteht zu 60 Masseprozent aus Ammoniak (R717) und zu 40 Masseprozent aus Dimethyl­ether (RE170) – einem Treibmittel, das als Kältemittel dem Isobutan ähnlich ist. Dank seines azeotropen Siedeverhaltens lässt sich das Gemisch wie ein Einstoffkältemittel handhaben, das heißt bei der Verdampfung und Kondensation tritt keine Konzentrationsverschiebung auf. Besonders effektiv lässt sich R723 im kleinen Leistungsbereich bis zu 300 kW anwenden. Denn im Vergleich zu Ammoniak beträgt der umlaufende Volumenstrom der Dampfphase etwa 150 %, wodurch man auch bei kleinen Kälteleistungen zu akzeptablen Rohrleitungsquerschnitten und Strömungsgeschwindigkeiten kommt. Darüber hinaus verfügt Ammoniak-Dimethylether im Vergleich zu Ammoniak über eine größere volumetrische Kälteleistung, sodass sich bei gleicher Füllmenge mit R723 wesentlich größere Kälteleistungen realisieren lassen. So konnte in Kälteanlagen, die zunächst mit Ammoniak und anschließend mit R723 betrieben wurden, eine Verbesserung des COP-Wertes (Coefficient of Performance) von 7 % erzielt werden. „Grundsätzlich können Ammoniak-Kälteanlagen mit R723 gefüllt und betrieben werden. Es ist jedoch immer auf die einzelnen Anwendungen Rücksicht zu nehmen – die Umrüstung sollte daher immer mit den einzelnen Komponentenherstellern abgeklärt werden“, erklärt Bernd Kaltenbrunner, eurammon-Mitglied und Geschäftsführer der KWN Engineering GmbH. Die Energieeffizienz des azeotropen Gemischs wird ergänzt durch eine hohe Leistungszahl und eine hohe Öllöslichkeit. Ein großer Vorteil ergibt sich auch durch die um ca. 15 K niedrigere Verdichtungsendtemperatur. Dadurch können Kolbenverdichter sinnvoll einen größeren Temperaturhub erreichen, wodurch ein Einsatz mit luftgekühlten Verflüssigern ermöglicht wird.

Zudem ist R723 umweltfreundlich, preisgünstig und steht in ausreichender Menge zur Verfügung. „R723-Anlagen sind seit Jahren in Betrieb. Alle Komponenten sind verfügbar und werden als steckerfertige Verflüssigungsätze bzw. Chiller vertrieben. Ein weiterer Vorteil: R723-Kälteanlagen werden von den Behörden wie R717-Anlagen behandelt und erfordern somit keinen höheren sicherheitstechnischen Aufwand“, so Kaltenbrunner. Damit punktet das natürliche Kältemittel bei Planern und Betreibern von Kälteanlagen sowohl mit niedrigen Beschaffungskosten als auch mit Planungs- und Zukunftssicherheit.

Umweltfreundliche Ergänzung zu bestehenden Kälteanlagen

Diese Aspekte standen auch im Mittelpunkt des Projekts, das das eurammon-Mitgliedsunternehmen Th. WITT Kältemaschinenfabrik GmbH für den Lebensmittelhersteller Herrmannsdorfer Landwerkstätten umgesetzt hat. Der bayerische Familienbetrieb setzt nicht nur auf ökologische Landwirtschaft und Lebensmittelverarbeitung, sondern verfolgt eine ganzheitlich nachhaltige Wirtschaftsweise. Deshalb suchte das Unternehmen bei der Planung einer neuen Kälteanlage nach einer umweltfreundlichen Lösung, die neben Langlebigkeit und Energieeffizienz vor allem auf natürliche Kältemittel setzt. Die neue Kälteversorgung sollte die bisherige Anlage, eine mit Ammoniak betriebene Eiswasseranlage, leistungsmäßig ergänzen. Darüber hinaus legten die Herrmannsdorfer Landwerkstätten Wert auf Sicherheit und Wartungsfreundlichkeit im Betrieb.

Vor diesem Hintergrund installierte die Th. WITT Kältemaschinenfabrik GmbH einen auf die spezifischen Anforderungen zugeschnittenen Kaltsole-Kompakt-Kältesatz, der mit 20 kg des natürlichen Kältemittels Ammoniak-Dimethylether betrieben wird. Die Anlage mit zwei Hubkolbenverdichtern erbringt eine Kälteleistung von 64 kW und verfügt über einen Verdampfer sowie zwei Verflüssiger-Lüfter. Dank des Zusammenspiels von R723 als Kältemittel und luftgekühlter Kondensation mit EC-Ventilatoren erreicht der Kältesatz höchste Energieeffizienz sowohl bei Volllast- als auch in Teillastzuständen. Die komplett eingehauste Kälteanlage lässt sich dank demontierbarer Seitenteile bequem warten und reinigen. Zudem verfügt die Anlage über ein UMTS-Modem und eine W-LAN-Anbindung; so kann die gesamte Anlagentechnik über das Internet überwacht werden.

Optimale Kühlkomponenten für die Fleischproduktion

Auch bei einem Projekt des eurammon-Mitgliedsunternehmens HKT Huber-Kälte-Technik GmbH spielte das Kältemittel R723 die Hauptrolle. Die Kältetechnikexperten aus dem bayerischen Halfing unterstützen die Firma ABC Foodmachinery s.r.o. mit Sitz in Bratislava bei einem Projekt für einen Kunden aus der Fleischproduktion und steuerten zum Bau einer neuen externen Kälteanlage einen R723-Kältesatz bei. Die Kälteleistung des Kältesatzes liegt bei 135 kW. Zugleich ist der Kältesatz mit einer Wärmerückgewinnung als Vollkondensation ausgestattet, die Heizleistung beträgt damit maximal 180 kW. Die Leistung wird erreicht mit einer Füllmenge von nur 7,5 kg R723. Die Verdichter werden mit dem vollsynthetischen Alkylbenzolöl betrieben.

Bei der Konzeption der neuen Anlage waren dem Kunden besonders die Aspekte Energieeffizienz und geringe Betriebskosten wichtig. Außerdem sollte die neue Lösung mit natürlichen Kältemitteln betrieben werden, langlebig sein und dabei helfen, CO₂-Emissionen einzusparen. Eine besondere Herausforderung lag für die Planer und Monteure darin, die Anlageninstallation auf dem Flachdach des Betriebsgebäudes vorzunehmen, da diese zusätzliche Maßnahmen beim Aufbau und der Aufstellung notwendig machten. Mit der neu installierten Kälteversorgung verfügt der Kunde nun über die bisher größte mit R723 betriebene Anlage, die in der Hühnerfleischproduktion der Region in Betrieb ist.

Fazit

Mit dem natürlichen Kältemittel R723 lassen sich vor allem Kältelösungen im kleinen und mittleren Kälteleistungsbereich effektiv realisieren – für unterschiedlichste Anforderungen. „R723-Kälteanlagen sind eine gute Möglichkeit, Gewerbekälteanlagen mit einem natürlichen Kältemittel zu betreiben. Zusammen mit R744 und den Kohlenwasserstoffen besteht somit eine weitere Möglichkeit, in diesem Bereich umweltfreundliche und klimaschonende Anlagentechnik einzusetzen“, resümiert Kaltenbrunner.