Systementwicklung

von R 404A auf alternative Kältemittel. Detaillierte Vergleiche zu Kältelei-stungen, Verdampfung und Verflüssi-gung sowie hilfreiche Tipps in der An-wendung.

Handbuch zur Kältemittelumstellung

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Inhaltsverzeichnis

Seite

Vorwort ..............................................................................................................................................................................4

Allgemeine Stoffdaten ..........................................................................................................................................................5

Daten von R 404A und R 407A ........................................................................................................................................ 6 - 9

Daten von R 404A und R 407F ..................................................................................................................................... 10 - 13

Daten von R 404A und R 449A (Opteon® XP40) .......................................................................................................... 14 - 17

Temperaturgleit und Expansionsventil ..................................................................................................................................18

Praktische Grenzwerte .......................................................................................................................................................19

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Vorwort

Dieses Dokument wurde sorgfältig erstellt. Die Firma TEKO GmbH übernimmt jedoch keine Haftung für Fehler oder Schäden, die direkt oder indirekt auf dieses Dokument zurückzuführen sind.

Die im Frühjahr 2014 verabschiedete überarbeitete F-Gase-Verordnung (EU 517 / 2014), beschreibt eine Begrenzung der GWP´s und ein mittelfristiges Verbot von R 404A. Nun stellt sich die Frage, welche Alternativen gibt es? Welche sind technisch und auch wirtschaftlich für Anlagenbauer und Betreiber in bestehenden Kältesystemen für Service und Wartung bzw. Neuanlagen umsetzbar?

In diesem Skript wird ein Kältemittelvergleich von R 407A, R 407F und R 449A (Opteon® XP40) zu R 404A dargestellt. Hierbei geht es primär um die Umrüstung und Gegenüberstellung einer R 404A Bestandsanlage gegen diese Ersatzkältemittel.

Handelt es sich um einen Neubau, so werden die Komponenten und die Rohrleitungsdimensionierung nach guter Ingenieurspraxis ausgelegt und projektiert. Dies erfolgt auf Basis von z.B. Herstellersoftware oder Herstellerinformationen der Komponenten.

Aufgrund der niedrigeren GWP‘s stellen die Ersatzkältemittel eine Alternative zu R 404A im Hinblick auf die aktuelle F-Gase-Verord-nung dar.

Da die Materialverträglichkeit ähnlich der von R 404A ist, können grundsätzlich alle wesentliche Komponenten wie Wärmeübertra-ger, Dichtungen, Verdichter, Rohrleitung etc. im System verbleiben, sofern der Hersteller der Komponenten diese freigegeben hat. Die Auslegung der Komponenten muss im Einzelnen geprüft werden. Ähnliches gilt für die Schmierstoffe.

Zu beachten ist, dass es sich bei diesen Kältemittelgemischen um keine „Drop In“-Kältemittel handelt. Das heisst, diese sind in keinem Fall mit R 404A mischbar. Bei einer Umstellung sollte somit unbedingt ein gewissenhaftes Evakuieren durchgeführt werden, um ausgasendes R 404A komplett aus dem System zu entfernen. Ein Wechseln des Öles im System und Flüssigkeits-, Saug- sowie Ölfilters wird in jedem Fall empfohlen.

Phase-Down-Szenario

Die in der EU in Umlauf gebrachte Menge in Tonnen CO2-Äquivalent von F-Gasen (gemäß F-Gase-VO) soll stufenweise bis 2030 auf 21% begrenzt werden. Als Basis gilt die verkaufte Menge aus den Jahren 2009 – 2012.

von 2015 bis 2017 bis 2020 bis 2023 bis 2026 bis 2029 bis 2030Reduzierung auf 93% 63% 45% 31% 24% 21%

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Allgemeine Stoffdaten

R 404A R 407A R 407F R 449A

Klassifikation H-FKW / Zeotrop H-FKW / Zeotrop H-FKW / Zeotrop H-FKW / Zeotrop

Bestandteile R 125, R 134a, R143a R 32, R 125, R134a R 32, R 125, R 134a R 32, R 125, R 134a, R 1234yf

Kältemittelgruppe A1 A1 A1 A1

GWP 3922 2107 1825 1397

Öl POE POE POE POE

Siedetemperatur 1013 mbar -46,23°C -45,01 °C -46,06 °C -45,99 °C

Abbildung 1: Druck- / Temperaturverlauf von R 404A, R 407A, R 407F und R 449A (Taulinie)

In Abbildung 1 ist der Dampfdruck in Abhängigkeit der Temperatur von R 404A (rot), R 407A (blau) und R 407F (grün) und R 449A (schwarz) dargestellt. Hier ist zu erkennen, dass die Ersatzkältemittel im Vergleich zu R 404A bei einer tiefen Temperatur, eine nahe zu identische Druckdifferenz besitzen. Mit steigendem t0 verlaufen die Kurven von R 407A und R 449A parallel bzw. identisch. Die Kurve von R 407F nähert sich der Kurve des R 404A an.

Nachstehende Tabelle zeigt Temperatur- und Druckdifferenzen der Ersatzkältemittel.

Temperatur / Druck von R 404A -32 °C -2 °C 10 °C 45 °C 1,86 bar 5,23 bar 8,16 bar 20,44 bar

Temperaturdifferenz (∆T) in K Druckdifferenz (∆p) in bar

R 407A 6,5 5,6 5,1 3,6 0,5 1,05 1,3 1,8

R 407F 5,4 4,2 3,6 1,8 0,4 0,8 0,9 0,9

R 449A 5,4 4,8 4,5 3,4 0,4 0,9 1,1 1,7

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Kälteleistung, Enthalpie und Dichte R 404A und R 407A

Enthalpiedifferenz, Dichte und Volumenstrom sind die Faktoren, die sich wohl am stärksten auf die Kälteleistung und somit auch auf den Betrieb der Anlage auswirken.

Nachfolgend werden genau diese Faktoren näher beleuchtet und der Unterschied zu R 404A dargestellt.

Abbildung 4: Log p, h - Diagramm von R 404A und R 407A

In Abbildung 4 wurde, für einen ersten Vergleich die thermodynamischen Eigenschaften beider Kältemittel, das log p, h - Diagramm von R 404A über das von R 407A gelegt. Die Zunahme der Enthalpiedifferenzen des R 407A betragen 32...41 %.

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Vergleich der Verdichterkälteleistung R 404A und R 407A

Abbildung 5: Vergleich der Kälteleistung mit R 404A und R 407A

Abbildung 5 basiert theoretisch auf einem realen Verdichter, einmal im Betrieb mit R 404A (rot) zum anderen mit R 407A (blau). Da es sich jeweils um denselben Verdichtertyp handelt, besteht keine Veränderung des geometrischen Hubvolumenstromes. Der Kälte-mittelmassenstrom hingegen ist dabei eine Variable, die abhängig von der Dichte des Kältemittels im Ansaugpunkt des Verdichters ist. Die Ansaugdichte von R 404A ist bei gleichen Bedingungen höher als die von R 407A, was einen geringeren Kältemittelmassen-strom über den Verdichter zur Folge hat.

Zugrunde gelegt wurde hierbei ein tC von 10, 25 und 45 °C bei 20 K Gesamtüberhitzung und 2 K Unterkühlung. Die Kälteleistung steht in direkter Abhängigkeit der Verdampfungstemperatur. Erkennbar ist, dass bei tiefem t0 und einem tC von 10 bzw. 25 °C mit Kälteleistungsverlusten von 13...17 % zu rechnen ist. Mit steigendem t0 und dem jeweiligen tC ist mit Leistungsverlusten von 6...9% zu rechnen. Bei einer Verflüssigungstemperatur von 45 °C verlaufen die Kurven eng beieinander und weisen nur kleine Kältelei-stungsverluste von 0,1...3,7 % auf, welche einer Minderung von 0,02...0,2 kW entsprechen.Zu beachten sind zusätzlich die steigenden Verdichtungsendtemperaturen, die je nach Anwendungsfall 3...16 K betragen können.

Es ist unbedingt auf die vom Hersteller angegebenen Einsatzgrenzen zu achten und gegebenenfalls zum Beispiel eine Zylinder- Kopfkühlung nachzurüsten.

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Vergleich der Verflüssigung zwischen R 404A und R 407A

Die erhöhte Flüssigkeitsdichte von R 407A kann bei gleichbleibendem Rohrnetz zu einer erhöhten Füllmenge führen. Diese sollte allerdings +9 % der Ursprungsfüllung (Füllmenge mit R 404A) nicht überschreiten.Anhand eines Rechenbeispiels im Fall einer NK-/TK-Anwendung sollen die sich ändernden Leistungen dargestellt werden.

NK-Anwendung:Verdichter: Frascold / Q 5 24.1Y t0 -2 °C / tC 45 °C

Kältemittel Q0 [kW] QC [kW] tV2 [°C] COP

R 404A 18,12 25,11 68,30 3,72

R 407A 18,07 23,75 76,11 4,04

--- -0,28 % -5,73 % +7,81 K +7,9 %

TK-Anwendung:Verdichter: Frascold / Q 5 24.1Y t0 -32 °C / tC 45 °C

Kältemittel Q0 [kW] QC [kW] tV2 [°C] COP

R 404A 5,19 9,09 75,15 1,64

R 407A 5,06 8,16 88,62 1,88

--- -2,6 % -11,4 % +13,47 K +12,8 %

Die prozentualen Abweichungen sind auf R 404A (100 %) bezogen.

Betrachtet man die Verdampfer-/Verflüssigungsleistung, so wird deutlich, dass in beiden Anwendungsfällen, nach der Umstellung, Minderungen zu vermerken sind. Diese haben jedoch eine positive Auswirkung auf die Kälteleistungszahl (COP) der Anlage. Hierfür sorgt zum einen die niedrigere Drucklage des R 407A, zum anderen die größeren Enthalpiedifferenzen. Der Verdichter bewältigt eine geringere Druckdifferenz, jedoch ein größeres Druckverhältnis.

In der Tiefkühlanwendung bei einem tC 45 °C sind Steigerungen der Leistungszahl von 13 % möglich, die Normalkühlanwendung zeigt Steigerungen von 8 % auf.

Die in diesem Fallbeispiel dargestellten Prozentzahlen sind keine allgemein geltenden Korrekturfaktoren. Sie gelten nur für die oben genannten beispielhaften Bedingungen.

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Vergleich der Verdampfung zwischen R 404A und R 407A

Anhand des nächsten Rechenbeispiels soll deutlich gemacht werden, welche Auswirkungen eine Kältemittelumstellung mit R 407A bei einer Kaskadenanwendung hat. Zugrunde gelegt ist auch hier der Frascold Verdichter Q 5 24.1Y und jeweils ein NK- und ein TK-Kreislauf bei denen R 404A die Basis darstellt.

NK-Kreislauf: t0 -2 °C / tC 47 °C / tÜH 7 K

Kältemittel ṁ [kg/h] ∆h kJ/kg Q0 Verdampfer [kW]

R 404A 18,17 103,68 18,84

R 407A 13,38 140,76 18,84

--- -35,8 % +26,34 % 0 %

TK-Kreislauf: t0 -32 °C / tC 10 °C / tÜH 7 K

Kältemittel ṁ [kg/h] ∆h kJ/kg Q0 Verdampfer [kW]

R 404A 6,23 143,54 8,95

R 407A 4,22 181,25 7,64

--- - 48 % +20,81 % -17,15 %

Anhand dieses Rechenbeispiels wird ersichtlich, dass in der Normalkühlanwendung mit geringen Kälteleistungssteigerungen und in der Tiefkühlanwendung bei niedrigem tC größere Leistungsverluste von 10 % zu rechnen ist. Die Kälteleistungszahlen sind bei einer Verflüssigung von tC 10 °C nahezu identisch. Es sind Steigerungen von 0,1...1,7 % zu erkennen.

Die in diesem Fallbeispiel dargestellten Prozentzahlen sind keine allgemein geltenden Korrekturfaktoren. Sie gelten nur für die oben genannten beispielhaften Bedingungen.

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Kälteleistung, Enthalpie und Dichte R 404A und R 407F

Enthalpiedifferenz, Dichte und Volumenstrom sind die Faktoren, die sich wohl am stärksten auf die Kälteleistung und somit auch auf den Betrieb der Anlage auswirken.

Nachfolgend werden genau diese Faktoren näher beleuchtet und der Unterschied zu R 404A dargestellt.

Abbildung 6: Log p, h - Diagramm von R 404A und R 407F

In Abbildung 6 wurde, für einen ersten Vergleich die thermodynamischen Eigenschaften beider Kältemittel, das log p, h - Diagramm von R 404A über das von R 407F gelegt. Die Zunahme der Enthalpiedifferenzen des R 407F betragen 47...59 %.

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Vergleich der Verdichterkälteleistung R 404A und R 407F

Abbildung 7: Vergleich der Kälteleistung mit R 404A und R 407F

Abbildung 7 basiert theoretisch auf einem realen Verdichter, einmal im Betrieb mit R 404A (rot) zum anderen mit R 407F (grün). Da es sich jeweils um denselben Verdichtertyp handelt, besteht keine Veränderung des geometrischen Hubvolumenstromes. Der Kälte-mittelmassenstrom hingegen ist dabei eine Variable, die abhängig von der Dichte des Kältemittels im Ansaugpunkt des Verdichters ist. Die Ansaugdichte von R 404A ist bei gleichen Bedingungen höher als die von R 407F, was einen geringeren Kältemittelmassen-strom über den Verdichter zur Folge hat.

Zugrunde gelegt wurde hierbei ein tC von 10, 25 und 45 °C bei 20 K Gesamtüberhitzung und 2 K Unterkühlung. Die Kälteleistung steht in direkter Abhängigkeit der Verdampfungstemperatur. Erkennbar ist, dass bei tiefem t0 und einem tC von 10 bzw. 25 °C mit Kälteleistungsverlusten von 5...10 % zu rechnen ist. Mit steigendem t0 und dem jeweiligen tC ist mit Leistungsverlusten von 1...4 % zu rechnen. Bei einer Verflüssigungstemperatur von 45 °C verlaufen die Kurven bei einem tiefen t0 eng beieinander und trennen sich mit steigendem t0. Hier ergeben sich Kälteleistungssteigerungen von 4...6 %.Zu beachten sind zusätzlich die steigenden Verdichtungsendtemperaturen, die je nach Anwendungsfall 4...27 K betragen können.

Es ist unbedingt auf die vom Hersteller angegebenen Einsatzgrenzen zu achten und gegebenenfalls zum Beispiel eine Zylinder- Kopfkühlung nachzurüsten.

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Vergleich der Verflüssigung zwischen R 404A und R 407F

Die erhöhte Flüssigkeitsdichte von R 407F kann bei gleichbleibendem Rohrnetz zu einer erhöhten Füllmenge führen. Diese sollte allerdings +7 % der Ursprungsfüllung (Füllmenge mit R 404A) nicht überschreiten.Anhand eines Rechenbeispiels im Fall einer NK-/TK-Anwendung sollen die sich ändernden Leistungen dargestellt werden.

NK-Anwendung:Verdichter: Frascold / Q 5 24.1Y t0 -2 °C / tC 45 °C

Kältemittel Q0 [kW] QC [kW] tV2 [°C] COP

R 404A 18,12 25,11 68,30 3,72

R 407F 19,22 25,41 80,42 4,06

--- +5,7 % +1,2 % +12,12 K +8,4 %

TK-Anwendung:Verdichter: Frascold / Q 5 24.1Y t0 -32 °C / tC 45 °C

Kältemittel Q0 [kW] QC [kW] tV2 [°C] COP

R 404A 5,19 9,09 75,15 1,64

R 407F 5,49 8,77 96,68 1,91

--- +5,5 % -3,7 % +21,53 K +14,14 %

Die prozentualen Abweichungen sind auf R 404A (100 %) bezogen.

Betrachtet man die Verdampfer-/Verflüssigungsleistung, so wird deutlich, dass in beiden Anwendungsfällen nach der Umstellung sowohl Steigerungen, als auch Minderungen zu vermerken sind. Diese haben jedoch eine positive Auswirkung auf die Kältelei-stungszahl (COP) der Anlage. Hierfür sorgt zum einen die niedrigere Drucklage des R 407F, zum anderen die größeren Enthalpiedif-ferenzen. Der Verdichter bewältigt eine geringere Druckdifferenz, jedoch ein größeres Druckverhältnis.

In der Tiefkühlanwendung bei einem tC 45 °C sind Steigerungen der Leistungszahl von 14 % möglich, die Normalkühlanwendung zeigt Steigerungen von 9 % auf.

Die in diesem Fallbeispiel dargestellten Prozentzahlen sind keine allgemein geltenden Korrekturfaktoren. Sie gelten nur für die oben genannten beispielhaften Bedingungen.

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Vergleich der Verdampfung zwischen R 404A und R 407F

Anhand des nächsten Rechenbeispiels soll deutlich gemacht werden, welche Auswirkungen eine Kältemittelumstellung mit R 407F bei einer Kaskadenanwendung hat. Zugrunde gelegt ist auch hier der Frascold Verdichter Q 5 24.1Y und jeweils ein NK- und ein TK-Kreislauf bei denen R 404A die Basis darstellt.

NK-Kreislauf: t0 -2 °C / tC 47 °C / tÜH 7 K

Kältemittel ṁ [kg/h] ∆h kJ/kg Q0 Verdampfer [kW]

R 404A 18,17 103,68 18,84

R 407F 12,79 156,91 20,08

--- -42,1 % +33,9 % +6,2 %

TK-Kreislauf: t0 -32 °C / tC 10 °C / tÜH 7 K

Kältemittel ṁ [kg/h] ∆h kJ/kg Q0 Verdampfer [kW]

R 404A 6,23 143,54 8,95

R 407F 4,22 181,25 7,64

--- -48 % +20,81 % -17,15 %

Anhand dieses Rechenbeispiels wird ersichtlich, dass in der Normalkühlanwendung mit größeren Kälteleistungen und in der Tief-kühlanwendung bei niedrigem tC mit Leistungsverluste von 10 % zu rechnen ist. Die Kälteleistungszahlen sind bei einer Verflüssi-gung von tC 10 °C nahezu identisch. Es sind Steigerungen von 0,1...1,5 % zu erkennen.

Die in diesem Fallbeispiel dargestellten Prozentzahlen sind keine allgemein geltenden Korrekturfaktoren. Sie gelten nur für die oben genannten beispielhaften Bedingungen.

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Kälteleistung, Enthalpie und Dichte R 404A und R 449A (Opteon® XP40)

Abbildung 2: Log p, h - Diagramm von R 404A und R 449A

In Abbildung 2 wurde, für einen ersten Vergleich die thermodynamischen Eigenschaften beider Kältemittel, das log p, h - Diagramm von R 404A über das von R 449A gelegt. Die Zunahme der Enthalpiedifferenzen des R 449A betragen 35...45 %.

Enthalpiedifferenz, Dichte und Volumenstrom sind die Faktoren, die sich wohl am stärksten auf die Kälteleistung und somit auch auf den Betrieb der Anlage auswirken.

Nachfolgend werden genau diese Faktoren näher beleuchtet und der Unterschied zu R 404A dargestellt.

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Vergleich der Verdichterkälteleistung R 404A und R 449A (Opteon® XP40)

Abbildung 3: Vergleich der Kälteleistung mit R 404A und R 449A

Abbildung 3 basiert theoretisch auf einem realen Verdichter, einmal im Betrieb mit R 404A (rot) zum anderen mit R 449A (schwarz). Da es sich jeweils um denselben Verdichtertyp handelt, besteht keine Veränderung des geometrischen Hubvolumen-stromes.

Der Kältemittelmassenstrom hingegen ist dabei eine Variable, die abhängig von der Dichte des Kältemittels im Ansaugpunkt des Verdichters ist. Die Ansaugdichte von R 404A ist bei gleichen Bedingungen höher als die von R 449A, was einen geringeren Kälte-mittelmassenstrom über den Verdichter zur Folge hat.

Zugrunde gelegt wurde hierbei ein tC von 10, 25 und 45 °C bei 20 K Gesamtüberhitzung und 2 K Unterkühlung. Die Kälteleistung steht in direkter Abhängigkeit der Verdampfungstemperatur. Erkennbar ist, dass bei tiefem t0 und einem tC von 10 bzw. 25 °C mit Kälteleistungsverlusten von 10...14 % zu rechnen ist. Mit steigendem t0 und dem jeweiligen tC ist mit Leistungsverlusten von 6...9 % zu rechnen. Bei einer Verflüssigungstemperatur von 45 °C ergeben sich nahezu identische Kälteleistungen. Die Abweichungen betragen 1...3 %, welche Leistungsminderungen von 0,7...1,7 kW entsprechen.

Zu beachten sind zusätzlich die steigenden Verdichtungsendtemperaturen, die je nach Anwendungsfall 2...17 K betragen können.

Es ist unbedingt auf die vom Hersteller angegebenen Einsatzgrenzen zu achten und gegebenenfalls zum Beispiel eine Zylinder- Kopfkühlung nachzurüsten.

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Die erhöhte Flüssigkeitsdichte von R 449A kann bei gleichbleibendem Rohrnetz zu einer erhöhten Füllmenge führen. Diese sollte allerdings +5 % der Ursprungsfüllung (Füllmenge mit R 404A) nicht überschreiten.Anhand eines Rechenbeispiels im Fall einer NK-/TK-Anwendung sollen die sich ändernden Leistungen dargestellt werden.

NK-Anwendung:Verdichter: Frascold / Q 5 24.1Y t0 -2 °C / tC 45 °C

Kältemittel Q0 [kW] QC [kW] tV2 [°C] COP

R 404A 18,12 25,11 68,30 3,72

R 449A 17,89 23,94 75,73 3,95

--- -1,3 % - 4,9 % +7,43 K +5,8 %

TK-Anwendung:Verdichter: Frascold / Q 5 24.1Y t0 -32 °C / tC 45 °C

Kältemittel Q0 [kW] QC [kW] tV2 [°C] COP

R 404A 5,19 9,09 75,15 1,64

R 449A 5,11 8,32 87,73 1,84

--- -1,6 % - 9,3 % +12,58 K +10,9 %

Die prozentualen Abweichungen sind auf R 404A (100 %) bezogen.

Betrachtet man die Verdampfer-/Verflüssigungsleistung, so wird deutlich, dass in beiden Anwendungsfällen nach der Umstellung Minderungen zu vermerken sind. Diese haben jedoch eine positive Auswirkung auf die Kälteleistungszahl (COP) der Anlage. Hierfür sorgt zum einen die niedrigere Drucklage des R 449A, zum anderen die größeren Enthalpiedifferenzen. Der Verdichter bewältigt eine geringere Druckdifferenz, jedoch ein größeres Druckverhältnis.

In der Tiefkühlanwendung bei einem tC 45 °C sind Steigerungen der Leistungszahl von 11 % möglich, die Normalkühlanwendung zeigt Steigerungen von 6 % auf.

Die in diesem Fallbeispiel dargestellten Prozentzahlen sind keine allgemein geltenden Korrekturfaktoren. Sie gelten nur für die oben genannten beispielhaften Bedingungen.

Vergleich der Verflüssigung zwischen R 404A und R 449A (Opteon® XP40)

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Vergleich der Verdampfung zwischen R 404A und R 449A (Opteon® XP40)

Anhand des nächsten Rechenbeispiels soll deutlich gemacht werden, welche Auswirkungen eine Kältemittelumstellung mit R 449A bei einer Kaskadenanwendung hat. Zugrunde gelegt ist auch hier der Frascold Verdichter Q 5 24.1Y und jeweils ein NK- und ein TK-Kreislauf bei denen R 404A die Basis darstellt.

NK-Kreislauf: t0 -2 °C / tC 47 °C / tÜH 7 K

Kältemittel ṁ [kg/h] ∆h kJ/kg Q0 Verdampfer [kW]

R 404A 18,17 103,68 18,84

R 449A 13,41 138,97 18,64

--- -35,5 % +25,39 % -1,07 %

TK-Kreislauf: t0 -32 °C / tC 10 °C / tÜH 7 K

Kältemittel ṁ [kg/h] ∆h kJ/kg Q0 Verdampfer [kW]

R 404A 6,23 143,54 8,95

R 449A 4,32 180,32 7,80

--- -44 % +20,40 % -14,75 %

Anhand dieses Rechenbeispiels wird ersichtlich, dass in der Normalkühlanwendung mit Kälteleistungsverlusten von 1 % und in der Tiefkühlanwendung bei niedrigem tC größere Leistungsverluste von 15 % zu vermerken sind. Die Kälteleistungszahlen sind bei einer Verflüssigung von tC 10 °C nahezu identisch. Es sind nur geringe Steigerungen und Verluste von unter 1 % zu erkennen.

Die in diesem Fallbeispiel dargestellten Prozentzahlen sind keine allgemein geltenden Korrekturfaktoren. Sie gelten nur für die oben genannten beispielhaften Bedingungen.

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Temperaturgleit

Die untersuchten Kältemittel sind zeotrope Kältemittel. Diese Kältemittel haben die Eigenschaft, dass die einzelnen Komponenten des Gemisches aufgrund unterschiedlicher Siedepunkte mit unterschiedlicher Geschwindigkeit verdampfen / verflüssigen. Es kann also während des Phasenwechsels zu einer Konzentrationsverschiebung in beiden Phasen kommen, sodass sich einem bestimm-ten Verdampfungsdruck keine eindeutige Verdampfungstemperatur zuordnen lässt. Die Verdampfung / Verflüssigung erfolgt in einem Temperaturband (Gleit).

Alle beleuchteten alternativen Kältemittel zeigen im Vergleich zu R 404A einen höheren Temperaturgleit (z. B. bei -2°C) auf:

R 404A = 0,5 K

R 407A = 5,7 K

R 407F = 5,7 K

R 449A = 5,6 K

Im Umgang mit zeotropen Kältemitteln ist zu beachten:Das Kältemittel ist flüssig aus der Kältemittelflasche zu entnehmen (Ausnahme: komplette Gebinde können auch gasförmig ent-leert werden). Durch die oben beschriebene Entmischung des Kältemittels entsteht eine Konzentrationsverschiebung, welche die Eigenschaft des Kältemittels ändert. Bei Undichtigkeiten im Bereich des Verdampfers oder Verflüssigers wird daher ein „einfaches“ Nachfüllen nicht empfohlen. Es ist ein kompletter Austausch des Kältemittels notwendig.Beim Ablesen der Verdampfungs- / Verflüssigungstemperatur bzw. des Verdampfungs- / Verflüssigungsdrucks mit Hilfe von Dampf-tafel, Kältemittelschieber oder Monteurshilfe ist zwingend auf den Aggregatszustand zu achten (Dew point = Taupunkt / Bubble point oder liquid = Siedepunkt / Flüssigkeit).

Expansionsventil

Aufgrund der Unterschiede durch Temperaturgleit, Druck und Temperatur ist bei Verwendung von thermostatischen R 404A-Expan-sionsventilen keine ausreichende Überhitzung in der Saugleitung gewährleistet. Der Austausch von thermostatischen Expansions-ventilen wird daher empfohlen.

Beim Einsatz von elektronischen Expansionsventilen ist mindestens das Regelsystem an das „neue“ Kältemittel anzupassen.

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Praktische Grenzwerte

Der praktische Grenzwert eines Kältemittels ist die höchste Konzentration in einem Personen-Aufenthaltsbereich, die noch keine beeinträchtigenden Auswirkungen hat. Dieser Wert wird für die Festlegung der maximalen Füllmenge des jeweiligen Kältemittels für einen bestimmten Anwendungsfall und ein bestimmtes Raumvolumen zugrunde gelegt. Die Werte für den praktischen Grenzwert sind je nach Art der Gefährlichkeit des Stoffes unterschiedlich definiert.

Nachstehende Tabelle zeigt die Grenzwerte der Kältemittel (siehe auch DIN EN 378) und die maximale Füllmenge (mmax) bei einem beispielhaften Raumvolumen von 200 m3. Der Volumenstrom der Be- und Entlüftung ist bei einer Ursprungsfüllung (R 404A) mit 40 kg angenommen und wurde den erhöhten Füllmengen der Ersatzkältemittel angepasst.

Kältemittel Praktischer Grenzwert in kg/m3

mmax in kg VRLT in m3/h

R 404A 0,48 96 584,80

R 407A 0,306 61,2 619,39

R 407F 0,32 64 611,79

R 449A 0,343 68,6 604,14

R 404A weist den höchsten praktischen Grenzwert und auch die höchste maximale Füllmenge einer Kälteanlage auf. Daher ist bei der Umstellung darauf zu achten, dass die maximale Füllmenge der jeweiligen Kältemittelgemische nicht überschritten wird. Ebenfalls ist darauf zu achten, dass der Volumenstrom der Be- und Entlüftung bei der Umstellung größer als der bei R 404A sein muss. Bei der Verwendung von Gaswarngeräten ist die Erkennung von H-FKW und deren Gemisch zu prüfen, um einen einwand-freien Betrieb zu gewährleisten.

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