Klimafreundliche Schaltschrankkühlung
Wirksame Kältemittel gegen den Treibhauseffekt
Anstelle der die Ozonschicht zersetzenden Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) haben sich Fluorkohlenwasserstoffe wie Tetrafluorethan als Kältemittel auch für die Schaltschrankklimatisierung etabliert. Weil das bis dato verwendete Kältemittel R134a aufgrund der F-Gas-Verordnung jedoch stufenweise ersetzt werden soll, arbeiten Klimatisierungsspezialisten wie Seifert Systems bereits seit längerem intensiv an alternativen Lösungen für ein sicheres und umweltverträgliches Thermal Management.
Bild: Taken/pixabay 3048157Gegenwärtig wird in den meisten Kompressionskühlgeräten zur Schaltschrankklimatisierung noch das unter der ASHRAE-Kennung R134a firmierende 1,1,1,2 Tetrafluorethan eingesetzt. Dieses vor gut 25 Jahren eingeführte FCKW-freie Gas der Sicherheitsklasse A1 weist sehr gute Kühleigenschaften auf und ist weder brennbar noch sonderlich toxisch. Dennoch neigt sich auch seine Nutzungszeit dem Ende entgegen. Bereits seit Januar 2011 soll R134a EU-weit nicht mehr in neu eingeführten Modellreihen zur Fahrzeug-Klimatisierung eingesetzt werden. Ursächlich dafür ist sein hohes Global Warming Potential. Das Kältemittel überschreitet mit einem GWP-Wert von 1430 massiv den in der MAC-Direktive festgelegten Grenzwert von 150 für in Fahrzeugen installierte Klimaanlagen. Bei Austritt aus dem Kühlkreislauf trägt R134a so um das 1430-fache stärker zum Treibhauseffekt bei als dieselbe Menge an Kohlendioxid. Laut Umweltbundesamt gelangten 2016 in Deutschland über 2.400 Tonnen des Kältemittels in die Atmosphäre, was Treibhausgasemissionen in Höhe von 3,5Mio. t CO2 und damit der im Abgas freigesetzten Jahresmenge von 1,6 Mio. Pkw entspricht.
Drastische Reduzierung beschlossen
In der novellierten, Anfang 2015 in Kraft getretenen F-Gas-Verordnung verpflichten sich die EU-Mitgliedsstaaten, die Emissionen fluorierter Treibhausgase bis zum Jahr 2030 stufenweise um rund 80 Prozent auf etwa 35Mio. t CO2-Äquivalent zu senken. Vorgesehen sind eine drastische Reduzierung der Verkaufsmengen von teilhalogenierten Fluorkohlenwasserstoffen (H-FKW) sowie konkrete Verbote zum Einsatz oder Inverkehrbringen von F-Gasen sowie F-Gas-haltigen Erzeugnissen. Darüber hinaus wurde 2016 im Kigali-Abkommen eine weltweite Reduzierung der klimaschädlichen Fluorkohlenwasserstoffe beschlossen. Die führenden Industrienationen verständigten sich darauf, die Produktion und Verwendung von F-Gasen bis 2036 um 85 Prozent zurückzufahren. "Die Beschlüsse zum Klimaschutz betreffen zwar nicht unmittelbar die Kühlgeräteherstellung, zeigen aber jetzt schon Wirkung, weil die Verfügbarkeit der gängigen Kältemittel abnimmt und so die Preise in die Höhe schießen. Allein im vergangenen Jahr hat sich der Preis für R134a fast verdoppelt", erklärt Kai Kroll, Geschäftsführer der Seifert Systems GmbH in Gevelsberg. "Um dieser Entwicklung frühzeitig Rechnung zu tragen, haben wir mit der Erprobung von Alternativen begonnen, um unseren Kunden auch weiterhin leistungsstarke, zukunftssichere Klimatisierungstechnik zu wirtschaftlichen Konditionen anzubieten."
Bild: gii die Presse-Agentur GmbHUmstieg erforderlich
Eine effiziente Schaltschrankkühlung trägt maßgeblich zum ausfallsicheren Betrieb von Maschinen und Anlagen bei. Bei einem durchschnittlichen Anstieg der Verlustleistung um bis zu 60 Prozent können mangelnde Kühlung und Luftzirkulation zur Bildung gefährlicher Wärmestaus und Wärmenester führen und somit die Leistung und Lebensdauer der verbauten Schaltelemente beträchtlich vermindern. Statt des kostenträchtigen Ausweichens auf sicherheitshalber überdimensionierte Systeme sollte sich die Kühlleistung der abzuführenden Verlustwärme anpassen, um eine dauerhaft konstante Schaltschrankinnentemperatur zu gewährleisten. "Das macht den Umstieg auf andere Kältemedien zu einer Herausforderung, weil die aktuellen Kompressionskühlgeräte in der Regel für den Betrieb mit R134a ausgelegt sind", verdeutlicht Kai Kroll. "Neben der Bestimmung möglicher Alternativen, die mit ihren thermodynamischen Eigenschaften als Substitute für Tetrafluorethan in Frage kommen, müssen auch spezielle konstruktive Adaptionen des gesamten Systems berücksichtigt werden. Denn nach derzeitigem Stand sind kaum alternative Kältemittel verfügbar, die sich für einen Eins-zu-eins-Ersatz ohne Modifikationen der Kühlgerätekonstruktion eignen."
Alternativen im Test
Gerätemodifikationen sind hauptsächlich dem Umstand geschuldet, dass fast alle zur Kühlung geeigneten Gase mit niedrigem GWP-Wert brennbar sind. Das verlangt neben der Prüfung auf Materialverträglichkeit u.a. Anpassungen bei der Leitungsmontage und Ventilausstattung. Beispielsweise müssen die herkömmlichen Schraubverbindungen durch gelötete oder verschweißte Verbindungen ersetzt werden. Elektrische Bauteile sollten auf Zündgefahren geprüft werden, fern von in Leckage-Tests ermittelten Gefahrenbereichen installiert oder zündgeschützt gekapselt sein. Außerdem sind die Befüllung und Füllmenge auf die untere Entflammbarkeitsgrenze (LFL) des Kältemittels abzustimmen, damit sich unter den betriebsbedingten Temperatur- und Druckverhältnissen kein zündfähiges Gemisch ergeben kann. Einen besonders günstigen GWP-Wert von kleiner 2 weist das Tetrafluorpropen R1234yf auf, das viele Automobilhersteller mittlerweile anstelle von R134a für die Fahrzeug-Klimatisierung verwenden. Seifert Systems hat R1234yf auf seine Tauglichkeit für Kompressionskühlgeräte getestet. Probeläufe mit Geräten der neuen Baureihe SlimLine Pro ergaben, dass sich mit dem mäßig entflammbaren Gas unter Vermeidung von Zündgefahren, annähernd gleich gute Energieeffizienz-Verhältnisse wie mit R134a erzielen lassen.
Am Markt diskutierte
Übergangslösungen
Für ein Drop-in Replacement von R134a kommen Gasgemische wie R513A infrage. Bei R513A handelt es sich um eine binäre azeotrope Mischung, die zu 56 Prozent aus R1234yf und zu 44 Prozent aus R134a besteht. Als Kältemittel fällt es unter die Sicherheitsklasse A1 und besitzt eine mit R134a vergleichbare Kälteleistung und Energieeffizienz. Aufgrund seines hohen Global Warming Potentials von 573 stellt R513A jedoch allenfalls eine kurzfristige Übergangslösung dar. "Auf längere Sicht werden die steigenden Anforderungen an den Klimaschutz auch für die Schaltschrankklimatisierung neue Lösungen erfordern, deren Entwicklung wir als Vorreiter in der industriellen Kühltechnik schon heute vorantreiben", resümiert Kai Kroll von Seifert Systems.
Fazit
Im Kontext des Klimawandels unterliegt das Global Warming Potential von Kältemitteln verschärfter Beobachtung. Regelungen für die Automobilindustrie sowie internationale Abkommen zur Emissionsbegrenzung sind richtungsweisend für die Kältemitteltechnologie und wirken sich auch auf Systeme zur Schaltschrankklimatisierung aus. Deshalb erprobt und testet Seifert Systems als einer der führenden Hersteller moderner Kühlsysteme alternative Lösungen für die klimaverträgliche Schaltschrankkühlung.
Anstelle der die Ozonschicht zersetzenden Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) haben sich Fluorkohlenwasserstoffe wie Tetrafluorethan als Kältemittel auch für die Schaltschrankklimatisierung etabliert. Weil das bis dato verwendete Kältemittel R134a aufgrund der F-Gas-Verordnung jedoch stufenweise ersetzt werden soll, arbeiten Klimatisierungsspezialisten wie Seifert Systems bereits seit längerem intensiv an alternativen Lösungen für ein sicheres und umweltverträgliches Thermal Management.
Bild: Taken/pixabay 3048157Gegenwärtig wird in den meisten Kompressionskühlgeräten zur Schaltschrankklimatisierung noch das unter der ASHRAE-Kennung R134a firmierende 1,1,1,2 Tetrafluorethan eingesetzt. Dieses vor gut 25 Jahren eingeführte FCKW-freie Gas der Sicherheitsklasse A1 weist sehr gute Kühleigenschaften auf und ist weder brennbar noch sonderlich toxisch. Dennoch neigt sich auch seine Nutzungszeit dem Ende entgegen. Bereits seit Januar 2011 soll R134a EU-weit nicht mehr in neu eingeführten Modellreihen zur Fahrzeug-Klimatisierung eingesetzt werden. Ursächlich dafür ist sein hohes Global Warming Potential. Das Kältemittel überschreitet mit einem GWP-Wert von 1430 massiv den in der MAC-Direktive festgelegten Grenzwert von 150 für in Fahrzeugen installierte Klimaanlagen. Bei Austritt aus dem Kühlkreislauf trägt R134a so um das 1430-fache stärker zum Treibhauseffekt bei als dieselbe Menge an Kohlendioxid. Laut Umweltbundesamt gelangten 2016 in Deutschland über 2.400 Tonnen des Kältemittels in die Atmosphäre, was Treibhausgasemissionen in Höhe von 3,5Mio. t CO2 und damit der im Abgas freigesetzten Jahresmenge von 1,6 Mio. Pkw entspricht.
Seifert Systems Ltd.
Dieser Artikel erschien in SCHALTSCHRANKBAU 3 2018 - 30.05.18.Für weitere Artikel besuchen Sie www.schaltschrankbau-magazin.de
