Im Herzen eines jeden Chillers arbeitet eine unsichtbare, aber entscheidende Komponente, die das System kühlt: das Chiller-Kältemittel. Dieses auch umgangssprachlich als Chiller-Gas bezeichnete Medium verdampft im Verdampfer bei niedrigem Druck und entzieht dem Prozess dabei Wärme; im Verflüssiger kondensiert es unter hohem Druck und gibt diese Wärme nach außen ab. Kurz gesagt bestimmt das gewählte Kältemittel unmittelbar die Kälteleistung, die Effizienz und den Betriebstemperaturbereich des Geräts. In diesem Beitrag betrachten wir aus ingenieurtechnischer Sicht die Rolle gängiger Kältemittel wie R407C und R134a, das Konzept des GWP und die Frage, wie die F-Gas-Verordnung die Branche verändert.
Die Grundfunktion des Chiller-Kältemittels
Das Kältemittel ist die Arbeitsflüssigkeit, die im geschlossenen Kreislauf des Chillers durch Phasenwechsel Wärme von einem Punkt aufnimmt und zu einem anderen transportiert. Im Verdampfer nimmt es die Wärme des gekühlten Wassers oder des Prozesses auf und verdampft; vom Verdichter wird es komprimiert, wodurch Druck und Temperatur steigen; im Verflüssiger kondensiert es und gibt diese Wärme an die Luft oder das Verflüssigerwasser ab. Den Kreislauf selbst beschreiben wir hier nicht erneut im Detail; entscheidend ist, dass die thermodynamischen Eigenschaften des Kältemittels festlegen, bei welchen Verdampfungs- und Verflüssigungstemperaturen das Gerät effizient arbeitet.
Deshalb ist kein Kältemittel für jede Anwendung gleichermaßen ideal. Jedes Kältemittel weist aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung eine eigene Druck-Temperatur-Kurve, eigene Sättigungspunkte und eigene Grenzen der Verflüssigungstemperatur auf. Die richtige Kältemittelwahl ist somit ausschlaggebend für Leistung, Energieeffizienz (COP/EER) sowie für einen langlebigen und stabilen Betrieb des Geräts.
R407C: Das verbreitete Allzweck-Chiller-Gas
R407C ist ein seit vielen Jahren in der industriellen und gewerblichen Kältetechnik bevorzugtes Allzweck-Kältemittelgemisch. Weil es über einen weiten Leistungs- und Temperaturbereich hinweg eine ausgewogene Performance liefert, hat es sich sowohl in luft- als auch in wassergekühlten Chillern als weit verbreiteter Standard etabliert. In einem Großteil der Klima- und Prozesskühlungsanwendungen erfüllt es die erwarteten Betriebsbedingungen problemlos.
Da es sich bei R407C um ein zeotropes Gemisch handelt, zeigt es während des Phasenwechsels einen leichten Temperaturgleit (Glide). Dies ist ein praktisches Detail, das bei der Systemauslegung und insbesondere im Service berücksichtigt werden muss, weil das Kältemittel stets aus der Flüssigphase befüllt werden muss. Richtig angewendet ist es jedoch eine zuverlässige, berechenbare und leicht verfügbare Lösung.
Wo kommt R134a ins Spiel?
R134a ist ein einkomponentiges (reines) Kältemittel und kommt vor allem in Anwendungen zum Tragen, in denen hohe Verflüssigungstemperaturen auftreten oder bestimmte Verdichterbauarten eingesetzt werden. Sein stabiler Betrieb bei hohen Umgebungstemperaturen oder unter Warmwasser- bzw. Hochverflüssigungsbedingungen macht es zu einer geeigneten Option für bestimmte Chiller-Modelle.
In der Praxis hängt die Kältemittelwahl unmittelbar vom geforderten Temperaturregime der Anwendung, von der Verdichtertechnologie und vom Leistungsbereich ab. Selbst innerhalb derselben Gerätefamilie ist es üblich, je nach angestrebtem Betriebspunkt unterschiedliche Kältemittel zu wählen. Das Kältemittel sollte deshalb als Konstruktionsentscheidung gemeinsam mit dem Modell betrachtet werden.
GWP und der von der F-Gas-Verordnung vorgegebene Trend
Die Umweltwirkung von Kältemitteln wird über den GWP-Wert (Global Warming Potential, Treibhauspotenzial) gemessen. Entweicht ein fluoriertes Gas mit hohem GWP in die Atmosphäre, trägt es weitaus stärker zur Erderwärmung bei als Kohlendioxid. Genau aus diesem Grund zielt die F-Gas-Verordnung der Europäischen Union auf eine schrittweise Reduzierung (Phase-down) von Kältemitteln mit hohem GWP und auf den Umstieg auf Alternativen mit niedrigem GWP ab. In vielen Märkten, auch in der Türkei, richtet sich die Branche entsprechend diesem regulatorischen Druck neu aus.
Im Rahmen dieses Trends fassen wir einige in der Branche genannte Alternativen mit niedrigem und mittlerem GWP nachfolgend zusammen — ausdrücklich nur als allgemeine Branchenentwicklung:
- R513A — wird als Alternative mit niedrigerem GWP gehandelt, deren Verhalten dem von R134a nahekommt.
- R1234ze — ein Kältemittel aus der HFO-Klasse mit sehr niedrigem GWP, das für bestimmte Chiller-Anwendungen in Betracht gezogen wird.
- R32 — eine vor allem im Klimabereich verbreitete Option, die im Vergleich zu R410A ein niedrigeres GWP bietet.
Da ein Teil dieser Kältemittel in die Klasse der leicht brennbaren Stoffe (A2L) fällt, gehen damit auch besondere Anforderungen an Auslegung, Belüftung und Sicherheit einher. Diese Bezeichnungen sind hier ausschließlich als Beleg für die Branchenentwicklung angeführt; sie bedeuten nicht, dass sie in einem bestimmten Produkt eingesetzt werden.
Praktische Konsequenzen: Leckagekontrolle und Service
Unabhängig davon, welches Kältemittel eingesetzt wird, zeigt sich die konkreteste Auswirkung der F-Gas-Vorschriften in der Praxis vor Ort. Bei Systemen mit Kältemitteln hohen GWP-Werts gewinnen die regelmäßige Leckagekontrolle, die Dokumentation und der Service durch qualifiziertes Personal zunehmend an Bedeutung. Eine Leckage ist nicht nur eine Umweltbelastung, sondern bedeutet zugleich Kapazitätsverlust, Effizienzeinbußen und ein erhöhtes Ausfallrisiko.
Aus diesem Grund sind vor Ort die folgenden Punkte entscheidend:
- Bei Inbetriebnahme und Wartung die korrekte Füllmenge sowie das Befüllen des Kältemittels aus der Flüssigphase.
- Regelmäßige Leckagekontrolle an Verbindungs-, Löt- und Dichtungsstellen.
- Überprüfung der Eignung des Kältemittels für die Anwendung und die Betriebstemperatur.
- Das Absaugen (Recovery) des Kältemittels im Service sowie eine vorschriftsgemäße Entsorgung bzw. Rückgewinnung.
Auch der Zusammenhang zwischen Kältemittel und Anwendung darf nicht außer Acht gelassen werden: Während Niedertemperaturprozesse eine Glykolmischung und ein abweichendes Kältemittelverhalten erfordern können, belasten hohe Umgebungstemperaturen die Verflüssigerseite. Die richtige Abstimmung von Kältemittel und Anwendung sichert sowohl die Effizienz als auch die Betriebssicherheit.
In Planer-Chillern eingesetzte Kältemittel
In Planer-Chillern kommt überwiegend R407C zum Einsatz; in bestimmten Modellen wird abhängig von den Anforderungen der Anwendung R134a bevorzugt. Diese Wahl erfolgt so, dass sie mit dem angestrebten Leistungsbereich, dem Temperaturregime und den Betriebsbedingungen des Geräts in Einklang steht. In einer Zeit, in der sich die Branche zu Kältemitteln mit niedrigem GWP hin entwickelt, bestimmen neben der Kältemittelwahl auch ein korrektes Leckagemanagement und eine disziplinierte Wartung die Effizienz über die gesamte Produktlebensdauer.
Welches Kältemittel für Ihre Anwendung am besten geeignet ist, hängt von Ihren Betriebstemperaturen und Prozessbedingungen ab. Für die richtige Kältemittelwahl, die Leckagekontrolle und die Serviceplanung können Sie sich an das Engineering- und Serviceteam von Planer wenden, um gemeinsam die für Ihren Bedarf passende Lösung zu bestimmen.