Fragen und Antworten - Natürliches Kältemittel R744
Im Jahr 2019 nahm COOLtec Systems an der sehr erfolgreichen Veranstaltungsreihe "Natürliche Kältemittel in der Praxis", der cci Dialog GmbH teil. In der cci Zeitung Ausgabe 10/2020 wurden von COOLtec zum Thema R744 (CO2) einige Fragen, die von den Teilnehmern der Veranstaltung gestellt wurden, beantwortet.
Welche Richtlinien und Normen sind im Umgang mit CO2 anzuwenden?
Die DIN EN 378 „Kälteanlagen und Wärmepumpen - Sicherheitstechnische und umweltrelevante Anforderungen“ gibt an, dass für Kälteanlagen mit R744 der praktische Grenzwert von CO2 in der Luft bei 0,1 kg/m³, rund 5,4 Vol-% oder 54.000ppm bei 1 bar Atmosphärendruck und 20 °C liegt. Weiterhin informiert das VDMA Einheitsblatt 24020 Blatt 4 "Kälteanlagen mit Kohlenstoffdioxid (CO2 - R744)“ welche Pflichten Betreiber beim Umgang mit CO2 haben.
Welche über die üblichen Inhalte hinausgehende Ausbildung benötigt man für den Umgang mit CO2 oder für den Bau einer Kälteanlage mit diesem Kältemittel?
Es wird keine zusätzliche Ausbildung benötigt. Eine Ausbildung im Bereich Kälte- und Klimatechnik, sowie das Einhalten von technischen Vorschriften (analog zu synthetischen Kältemitteln) sind ausreichend. Jedoch sind Schulungen bezüglich den hohen Betriebsdrücken empfehlenswert. Vorhandene Werkzeuge können weiterhin genutzt werden. Aufgrund der hohen volumetrischen Kälteleistung (5-8 Fach höher als mit vielen anderen synthetischen Kältemitteln) können somit auch sehr große Anlagen mit konventionellen Materialien und Werkzeugen realisiert werden.
Für welche Anwendungen eignet sich das Kältemittel CO2 besonders gut?
- Als Alternative zu den bekannten synthetischen Kältemitteln, kommt das natürliche Kältemittel CO2 immer häufiger zum Einsatz bei Kaltwassererzeugern und in der Serverrack Kühlung.
- Als Standardkältemittel hat es sich in der normal- und Tiefkühlung in Supermärkten seit einigen Jahren fest etabliert.
- In der Wärmepumpentechnik.
Für welche technischen Leistungsbereiche eignet sich CO2 besonders gut?
Aufgrund seiner von Natur aus guten chemischen und physikalischen Eigenschaften, kann CO2 auch bei höheren Verflüssigungstemperaturen effizient arbeiten. Die Grenzen liegen aktuell in der Verfügbarkeit der Komponenten, insbesondere der Wärmeüberträger. Jedoch entwickeln die Hersteller von CO2-Kälteanlagen ihre Komponenten stets weiter und dehnen somit den Einsatzbereich immer weiter aus.
Was sind die Vor- und Nachteile von CO2?
ist umweltfreundlich, denn es hat einen GWP-Wert (Global Warming Potential) gleich eins. Es besitzt alle Eigenschaften, um das Kältemittel der Zukunft zu werden, denn es ist nicht an die neuen Vorschriften (F-Gase-Verordnung) gebunden. Zudem handelt es sich um ein ungiftiges und vor allem nicht entflammbares Inertgas. Weitere Vorteile sind: vereinfachte Handhabung, keine Entsorgungskosten, Rückgewinnung entfällt, da es frei in die Umgebungsluft abgelassen werden kann. Nachteile sind: Einige Komponenten zum Beispiel Kompressoren sind noch nicht in allen Leistungsklassen verfügbar. Trotz Weiterentwicklung sind CO2-Kälteanlagen bei hohen Außentemperaturen vergleichsweise weniger effizient. Aufgrund der höheren Betriebsdrücke müssen zusätzliche Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, zum Beispiel Schulung des Personals.
Welche Einsparungen erreiche ich durch den Einsatz von CO2? 
Aufgrund der höheren volumetrischen Kälteleistung werden bei CO2 Anlagen erheblich geringere Füllmengen benötigt. Im subkritischen Betrieb (bis circa 26 °C Außentemperatur) sind die Füllmengen vergleichbar mit synthetischen Kältemitteln.
Welche technischen und/oder räumlichen, Sicherheitseinrichtungen werden benötigt?
Wie bei allen konventionellen Kältemitteln muss der Kältekreis abgesichert werden. Aufgrund der hohen Drucklage muss konzeptionell bereits in der Planungsphase eine Havariefall betrachtet werden (Geräuschentwicklung sowie Trockeneisentstehung bei Auslösen des Sicherheitsventils).
Welche Anforderungen werden an den Maschinenraum/Aufstellungsort gestellt?
Analog zu synthetischen Kältemitteln, muss eine Konzentrationsüberwachung installiert werden. Da CO2 nicht brennbar und nicht toxisch ist, sind bei einer Außenaufstellung keine weiteren Maßnahmen erforderlich. Maschinenräume müssen eine ausreichende Be- und Entlüftung haben. CO2 ist zwar ein natürlicher Bestandteil unserer Atemluft, es kann aber in erhöhter Konzentration gesundheitsgefährdend sein. Zudem ist R744 1,5-mal schwerer als Luft und lagert sich somit immer in Bodennähe ab.
Wie entwickelt sich der Preis für CO2 beziehungsweise wie entwickelt sich die Verfügbarkeit?
Kohlendioxid ist mit 0,04% ein natürlicher Bestandteil unserer Atmosphäre und somit unserer Luft. Bei der Luftverflüssigung ist CO2 oftmals ein Abfallprodukt und ist somit kostengünstig in der Herstellung.
Quelle: COOLtec Systems GmbH + cci Zeitung 10/2020 // Natürliche Kältemittel in der Praxis - Teil 4