HFO gewinnen für Kälte- und Klimatechniksysteme an Bedeutung


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Interview mit Dr Nacer Achaichia, Refrigerants Technical Leader EMEAI bei Honeywell, einem internationalen Produzenten von fluorhaltigen Erzeugnissen.
H. Achaichia, unsere Kunden machen sich Gedanken über die Zukunft der Kältemittel und ihrer Nutzung. Es werden neue Produkte auf dem Markt der Klima- und Kältetechniksysteme vorgestellt, und die oft widersprüchlich geführten Debatten machen es den Kunden unmöglich, eine klare Zukunftsvision zu entwickeln. Können Sie uns über den Stand der Dinge bei den Kohlenwasserstoffen, den so genannten natürlichen Kältemitteln, den HFO und anderen Ersatzmitteln aufklären und uns die Lösungen der Zukunftvorstellen?
 

N. A.: Die Entwicklung so genannter synthetischer Kältemittel wurde möglich, weil der Einsatz ‚natürlicher’ Kältemittel gefährlich, unwirksam und teuer war. Das Wiedererstarken dieser ‚natürlichen’ Kältemittel ist auf ihr niedriges Globalerwärmungspotential (GWP) zurückzuführen. Die neue Generation der HFO besitzt nicht nur Leistungs- und Sicherheitsmerkmale, die denen der HFKW ähneln, sondern vor allem auch gute Umwelteigenschaften, die durch das niedrige GWP gekennzeichnet sind. Bei der Auswahl des richtigen Kältemittels müssen mehrere Bedingungen berücksichtigt werden. Es gibt keine Einheitslösung für alle Anwendungsfälle, daher existiert auch ein breites Angebot an Kältemitteln für die verschiedenen Anforderungen. Auch die natürlichen Kältemittel haben dabei ihren Platz, so werden beispielsweise Kohlenwasserstoffe in der häuslichen Kühlung verwendet, dort, wo nur wenig Kältemittel nötig und diese Menge durch Sicherheitsnormen erlaubt ist. CO2 hat beispielsweise gute Eigenschaften für Niedrigtemperaturanwendungen und besonders in den nordischen Ländern wird es in gewerblichen Kälteanlagen für den Tiefkühlbereich eingesetzt. Um die technischen Grenzen, denen CO2 bei hohen Umgebungstemperaturen unterliegt, zu überwinden, wurden CO2/HFKW-Hybridsysteme entwickelt. Diese Lösung wird es mit CO2/HFO Systemen zur Verringerung des CO2-Fußabdrucks auch in Zukunft geben. Bei den meisten Anwendungen werden HFO-Kältemittel die bevorzugte Wahl der Zukunft sein. Schon heute gibt es HFO-Gemische, die die meisten aktuellen Kältemittel ersetzen können.

Was sind denn genau die Hauptmerkmale der Hydrofluoroolefine (HFO)? Warum empfehlen Sie diese Alternative?


N. A.: Die HFO (Hydrofluoroolefine) gehören zu einer Klasse nicht gesättigter Moleküle, die mindestens eine Kohlenstoff-Kohlenstoff- Doppelbindung aufweisen. Diese Moleküle sind äußerst reaktionsfreudig in der Atmosphäre und haben daher eine relativ kurze Lebensdauer. Diese kurze Lebensdauer trägt teilweise zum niedrigen GWP dieser neuen Kältemittel bei. Die HFO besitzen hervorragende Umwelteigenschaften, die langfristig gesehen, günstige Auswirkungen auf den Klimawandel haben können, und entsprechen dank ihres niedrigen GWP und ihrer Energieeffizienz geltenden und künftigen Gesetzen. Die Einsatzbedingungen der meisten HFO ähneln denen der HFKW. Die über die Jahre von den Ingenieuren entwickelten bewährten Praktiken gehen dadurch nicht verloren, und die bestehenden Ausrüstungen können ohne oder mit geringfügigen Änderungen weiterverwendet werden.

 

Die Kältemittel SolsticeTM mit niedrigem GWP von Honeywell

 

HFO Solstice™ , für Anwendungen mit niedrigem oder mittlerem Druck

 

Sind diese neuen Moleküle toxisch?

N.A.: Honeywell nimmt die Sicherheit sehr ernst. Diese neuen Moleküle werden gründlichen Toxizitätstests unterzogen. Ziel der Toxizitätstests ist es, die potenziellen Risiken einer Verbindung abzuschätzen und akzeptable Expositionspegel zu ermitteln, die keine ungünstigen, dauerhaften oder irreversiblen Schäden für Mensch und Umwelt zur Folge haben.

Es gibt Industrienormen, die sich mit dem Aspekt Sicherheit befassen, wie beispielsweise die Normen ISO 5149 und EN 378. Kältemittel werden in zwei Toxizitätsklassen unterteilt. Klasse A für Kältemittel mit geringer Toxizität und Klasse B für solche mit höherer Toxizität. Die beiden Hauptmoleküle HFO 1234yf und HFO1234ze gehören beide zur Klasse A; dasselbe gilt für Gemische, die diese Moleküle enthalten.

 

Viele Fragen über die Entflammbarkeit dieser neuen Moleküle werden aufgeworfen. Wie steht es damit?

N.A.: Zur Information: Ammoniak entzündet sich zwischen 100 und 300 mJ und die minimale Zündenergie für Kohlenwasserstoffe liegt bei unter 1mJ. Somit werden diese Produkte als entzündlich eingestuft.
Die Zündeigenschaften der beiden ersten verfügbaren HFO-Moleküle wurden gemessen. Es ergab sich, dass HFO 1234ze (E) bei einer Umgebungstemperatur von unter 30°C überhaupt nicht entzündlich ist. Die minimale Zündenergie von HFO-1234yf liegt zwischen 5000 und 10000 mJ, also deutlich höher als bei R-32, das sich zwischen 30 und 100 mJ entzündet. Die Sicherheitseinstufung der Kältemittel gemäß den Normen ASHRAE 34 und ISO 817 wurde daher geändert, um dieser geringen Entflammbarkeit der neuen Moleküle Rechnung zu tragen. Für Kältemittel mit geringer Entflammbarkeit und einer Abbrandgeschwindigkeit von unter 10 cm/s wurde die neue Klasse 2L geschaffen. Das trifft beispielsweise auf HFO 1234yf zu, das mit seiner sehr instabilen Verbrennung und der Abbrandgeschwindigkeit von 1,5 cm/s von der Automobilindustrie als Ersatz für R-134a bestätigt wurde.

 
Müssen die Kältetechniker die bestehenden Systeme ändern, um die neuen Moleküle nutzen zu können?


N.A.
: Anders als CO2 sind die HFO so konzipiert, dass sie mit den aktuellen Eigenschaften der HFKW-Kältemittel vereinbar sind. Für jedes HFKW-Kältemittel konnten wir eine Alternative finden. Sie können ohne oder mit geringfügigen Änderungen in den bestehenden Anlagen verwendet werden.

 

Fallen für die Umrüstung der HFKW-Anlagen auf HFO große Investitionen an?

N.A.
: Wie bereits gesagt, wurden diese neuen Kältemittel für die Verwendung in existierenden Anlagen ohne oder mit nur geringfügigen Änderungen konzipiert. So entstehen nur minimale Investitionskosten.

 

Welche Moleküle sind heute konkret verfügbar und für welche Kälte- und Klimaanwendungen?

N.A.
: Momentan sind 3 neue reine Kältemittel und mehrere auf diesen Molekülen basierende Gemische erhältlich. Solstice™ yf mit ähnlichen Eigenschaften wie R-134a kann für die heutigen R-134a-Anwendungen eingesetzt werden, natürlich unter Beachtung der A2L-Klassifizierung. Es wird heute vorwiegend für Automobil-Klimaanlagen verwendet. Solstice™ ze ist ebenfalls ein HFO, mit dem sich R-134a ersetzen lässt; die momentane Kühlleistung ist zwar geringer, dafür aber die Effizienz höher. In mehreren Chiller wird dieses neue HFO SolsticeTM ze verwendet. Sogar für den Kompressor Turbocor wurde die Genehmigung zum Betrieb mit diesem Kältemittel erteilt.

Wann werden die HFO für die übrigen Anwendungen auf dem Markt sein?

N. A.
: Solstice™ yf und Solstice™ ze sind verfügbar. Solstice™ yf ist in begrenzter Menge für die Automobilindustrie verfügbar; Solstice™ ze hingegen ist uneingeschränkt erhältlich. Verschiedene Gemische auf HFO-Basis befinden sich in der Entwicklungsphase, sind aber für Partner, die Tests durchführen möchten, bereits verfügbar. Denn wir befinden uns derzeit mit mehreren OEM in der Erprobungsphase dieser Gemische, sowohl im Hinblick auf Kälte- als auch auf Klimaanwendungen. Diese Gemische werden 2013 erhältlich sein.

Welche Rückmeldungen haben Sie über die Nutzung dieser neuen Moleküle erhalten?

N.A
.: Das Feedback zu SolsticeTM ze in der Chiller-Anwendung ist sehr positiv. Die Messungen haben verglichen mit R-134a eine bessere Leistungszahl (COP) ergeben. Dieses Kältemittel wurde für mehrere Kompressortechnologien zugelassen. Auch die Turbocor-Zentrifuge von Danfoss kann mit diesen Anwendungen betrieben werden. Die Tendenz ist klar: Künftige Chiller werden mit 1234ze befüllt sein.

 

Die SolsticeTM Kältemittelgemische mit niedriegem GWP von Honeywell

Mélange HFO Solstice pour utilisation à moyenne ou haute pression