Von R404A zu R407F/R407A – der praktikable Weg
Optionen für ortsfeste, gewerbliche Kälteanlagen
Durch die novellierte F-Gas-Verordnung muss man sich mittelfristig von lieb gewonnenen Kältemitteln wie R404A oder R507 verabschieden. Alternativen gibt es mittlerweile eine ganze Reihe. Auch die Kältemittel R407F und R407A lassen sich in gewerblichen Kälteanlagen verwenden, da ihr GWP unter 2500 liegt. Doch was gilt es bei der Verwendung dieser Kältemittel zu beachten?
R404A und R507 sind Kältemittel, die dem gewerblichen Kälteanlagenbau mit den Jahren ans Herz gewachsen sind. Welches der Kälteanlagenbauer davon favorisierte, war eher eine „Glaubensfrage“. Doch eines dieser beiden Kältemittel stand regelmäßig auf Angeboten und fand in hohem Maße Verwendung. Das einzige (FKW-)Kältemittel, welches noch mehr verwendet wurde, ist R134a. Nimmt man hier allerdings die Mengen für KFZ-Klimaanlagen heraus, so landet man wieder bei R404A als mengenmäßig stärkstes Kältemittel. Aus dieser Tatsache lässt sich ableiten, dass das dieses Jahr in Kraft getretene Verbot für R404A und R507 (Kältemittel mit GWP (Treibhauspotential) größer als 2500) in ortfesten, gewerblichen Kälteanlagen zum Januar 2020 keine unwichtige Randnotiz für den Kälteanlagenbau darstellt, sondern eine Maßnahme ist, die weitreichende technische und wirtschaftliche Konsequenzen nach sich zieht. Aber welches Kältemittel lässt sich nun verwenden, ohne allzu große Änderungen bei der Arbeitsweise zu haben und Mehrkosten für den Kunden zu vermeiden? Die beiden Kältemittel R407F (GWP 1824) und R407A (GWP 2107) sind hier allemal eine Alternative.
Verträglichkeit mit klassischen Komponenten
Für den Kältepraktiker stellt sich die erste Frage bei der Evaluierung eines neuen Kältemittels, ob er die klassischen Kältekomponenten wie Magnetventile, Filtertrockner, Schauglas und Druckregler, die er bisher für R404A, R507, R134a und R407C verwendet hat, weiterhin einsetzen kann. Die Antwort hierzu lässt sich direkt aus der Nomenklatur der Kältemittel R407F / R407A ableiten. Danfoss-Magnetventile „EVR“, Filtertrockner „DML“, Schaugläser „SGP“ und „KV“-Druckregler sind für R407C freigegeben. Kältemittel mit gleicher Ordnungszahl unterscheiden sich nicht in der chemischen Zusammensetzung. 400er- und 500e-Kältemittel sind Gemische. Sie bestehen aus mehreren Kältemitteln. Der große Buchstabe zeigt an, in welchem Anteil die Bestandteile des Gemisches bei diesem Kältemittel vorliegen. Das bedeutet, dass R407C, R407F und A die gleiche chemische Zusammensetzung haben, nur das Mischungsverhältnis voneinander abweicht. Somit kann man ableiten, dass Komponenten, deren Materialien mit R407C verträglich sind, auch für R407F und A geeignet sind. Ein genauer Blick auf die Zusammensetzung bestätigt die Theorie: R407C besteht aus 52 % R134a, 25 % R125 und 23 % R32. Bei R407A ändert sich nur die prozentuale Zusammensetzung zu 40 % R134a, 40 % R125 und 20 % R32. R407F ähnelt R407A mit 40 % R134a, 30 % R125 und 30 % R32. Somit können auch weiterhin Standardkomponenten, Kupferrohre und die üblichen Lote und Verbindungstechniken ohne Einschränkung verwendet werden.
Expansionsorgan
Etwas komplexer wird es bei der Frage nach dem geeigneten Expansionsorgan für R407F und A. Die Eignung der Materialien gemäß der bisherigen Betrachtung ist gegeben. Fragt sich nur, welches Expansionsventil lässt sich bezüglich Druck-Temperatureigenschaften und Gleit verwenden. Der einfachste Weg ist, dedizierte thermostatische Expansionsventile für die beiden Kältemittel vorzusehen. So gibt es inzwischen sowohl für den kleinen und mittleren, als auch für den großen Leistungsbereich Expansionsventile, die für R407F und A geeignet sind und bei denen dies auch auf dem Ventil selbst zu lesen ist. Ein und dasselbe Expansionsventil ist für R407F und A geeignet, da sich die Druck- und Temperaturkurven beider Kältemittel sehr stark ähneln. Sollte einmal kein speziell für diese beiden Kältemittel hergestelltes Ventil greifbar sein, oder sollte es sich um eine Umstellung einer R22 Anlage handeln, so ist auch ein Betrieb mit einem R22-Ventil mit einstellbarer und nachjustierter Überhitzung denkbar. R407F ist sehr leistungsstark – somit sind nach einer Umstellung von R22 auf R407F keine Leistungseinbußen zu erwarten. R407A liegt in der Regel – abhängig von den genauen Anlagenbedingungen – maximal 5 % niedriger.
Elektrische Expansionsventile mit den korrespondierenden Reglern mit vorprogrammiertem R407A – und immer mehr für R407F – sind außerdem heute bereits in großer Zahl verfügbar. Der Anlagenbauer sollte sich bei einem Kältemittel-Update immer die Frage stellen, ob man die Betriebskosten des Anlagenbetreibers – z.B. durch die Vorzüge von elektronischen Einspritzsystemen – nicht noch weiter senken kann. Moderne Einspritzsysteme arbeiten immer besser und werden preislich immer attraktiver.
Verflüssigungssätze (Verdichter)
Die Frage der Kältekomponenten für die beiden neuen Kältemittel ist somit gelöst. Fragt sich noch, sind denn bereits Verdichter und Verflüssigungssätze verfügbar? Die Antwort ist ein klares Ja. „MLZ“-Scroll- und „MTZ“-Hubkolbenverdichter sind bereits heute für R407F/A freigegeben. Somit sind alle Komplett- und Standardverflüssigungssätze von Danfoss, bei denen diese Verdichter aufgebaut sind, im MBP-Bereich (MBP = Medium Back Pressure) mit diesen beiden Kältemitteln einsetzbar. Man ist damit nicht gezwungen, nur aufgrund der Kältemittelwahl eine bestimmte Ausstattungsvariante zu wählen, sondern kann je nach Wunsch des Kunden und spezifischem Anwendungsfall aus dem Vollen schöpfen. Mit oder ohne Wetterschutzgehäuse, mit oder ohne elektrischen Schaltkomponenten, Microchannel-Verflüssiger ja oder nein oder mit integriertem Verflüssigungssatzregler oder ohne – es gibt keine Einschränkungen. Verglichen mit den Leistungsdaten von R407C, liegt besonders R407F bei der gleichen Leistungsgröße (Verflüssigungssatz) immer 5 bis 10 % höher. Selbst verglichen mit R404A ist R407F in der Regel gleichauf, R407A liegt maximal 5 % niedriger.
Unterschiede zu R404A
Zwei Unterschiede zu R404A sollte man bei der täglichen Arbeit mit R407F und A immer im Hinterkopf behalten. Während sich R404A mit seinem minimalen Gleit praktisch wie ein Einstoffkältemittel behandeln ließ, so sind die beiden „neuen“ 407er in Bezug auf den Gleit eher wie R407C zu behandeln. Somit steigt die Temperatur im Verdampfer bereits vor der Überhitzungsstrecke stetig an. Gleichermaßen sinkt die Temperatur im Verflüssiger auch nach der Enthitzung und vor der Unterkühlung weiter kontinuierlich. Wer häufig R407C verwendet, für den ist dieses Verhalten bestens vertraut. Der zweite Unterschied ist die vergleichsweise hohe Verdichtungsendtemperatur. Diese kann schnell einmal die Marke von 100 °C überschreiten. Dies ist aber kein wirkliches Problem, da die üblicherweise verwendeten Schmiermittel („Kältemaschinenöle“) bis mindestens 135 °C (meist noch weit darüber hinaus) thermisch stabil sind und erst recht spät verkoken. R407A hat bezüglich der Verdichtungsendtemperatur etwas niedrigere Werte als R407F. Das bedeutet, es ist besser für niedrige Verdampfungstemperaturen geeignet. Dabei ist die hohe Verdichtungsendtemperatur nicht als nur negativ anzusehen. In solchen Anlagen ist die Amortisationszeit einer Wärmerückgewinnung meist kürzer als bei Anlagen mit Kältemitteln mit niederen Verdichtungsendtemperaturen.
Fazit
Für R404A und R507 – zumindest im MBP- und HBP-Bereich (HBP = High Back Pressure) – gibt es heute schon leicht beherrschbare Alternativen. Scheut der Kunde den Investitionsmehraufwand einer R134a-Anlage und besteht die Gefahr, dass eine neue R404A/ R507-Anlage aufgrund der reglementierten Zukunftsaussichten zu einem Streitfall werden könnte, so ist der Einsatz von R407F oder R407A eine gute Lösung. Komponenten für diese Anlagen sind umfassend verfügbar und auch die Leistungsausbeute von R407A und besonders R407F ist beachtlich.
Kalkulierbar – leistungsstark und traditionelle Technik – R407A und R407F sind Optionen für ortsfeste, gewerbliche Kälteanlagen bis über das Jahr 2020 hinaus.
