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Kältemittel - Einführung - Das richtige Kältemittel BILB/EIBT Kältemittel - Einführung - Das richtige Kältemittel ttz–BILB/EIBT – www.ttz-bremerhaven.de Kontakt: Prof. Dr. Lösche – Head of Institute- Baking and Cereal Technology Tel: +49-471-972-97 12 e-mail: loesche@ttz-bremerhaven.de

Kältetechnik Begriffsklärungen “Kälte”: abgeführte Wärmemenge Q0 „Kälteerzeugung oder Kälteleistung“: Wärmeentzug von einem Körper, dessen Temperatur tiefer liegt als die Umgebungstemperatur (mittels KM) Enthalpie H: Wärmeeinheit eines Stoffes (bei bestimmter Temperatur) Entropie S: Arbeitsfähigkeit einer Wärmemenge Irreversibilität eines Prozesses (Energieentwertung, max. bei Gleichgewicht) Aggregatzustandsänderung eines Stoffes

Kältetechnik

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Kältetechnik Kältemittel Definition DIN 8960 Wärmeübertragungsmedium in KM-Kreis-Prozess Wärmeaufnahme bei niedriger Temperatur, niedrigem Druck (Verdampfer) Wärmeabgabe bei höherer Temperatur, höherem Druck (Kondensator) R12 (ODP) R134a (GWP)  CO2

Kältetechnik Kältemittel Anforderungen Physikalische Eigenschaften Chemische Eigenschaften Physiologische Eigenschaften Umwelterträglichkeit

Kältetechnik Kältemittel Physikalische Anforderungen Verdampfungsdruck > 1 bar im Arbeitsbereich (keine Luft/Wasser  kk) Verflüssigungsdruck möglichst niedrig (geringe Wandstärken, leichte Bauweise) Druckdifferenz möglichst klein (Dim. Verdichter) Druckverhältnis möglichst klein /flache Dampfdruckkurve (Förderleistung des Verdichters) Verdichtungsendtemperatur (Ventilplatten < 160°C, sonst Ölverkokung)

Kältetechnik Kältemittel Physikalische Anforderungen Wasserlöslichkeit möglichst hoch; niedriger Wassergehalt Verdampfungsenthalpie möglichst groß (Dim. Verdichter); große volumetrische Kälteleistung Mischbarkeit / Löslichkeit (Schmierstoffe) möglichst gut (Ölrückführung) sonst (z. B. Ammoniak) spez. Maßn. zur Ölrückführung Stichwort: Mischungslücke ( Ölhersteller)

Kältetechnik Kältemittel Chemische Anforderungen Keine chem. Reaktion mit Werk- und Schmierstoffen (v. a. Öl/KM-Gemisch) unter allen Betriebsbedingungen nicht brennbar / explosiv Physiologische Anforderungen Nicht toxisch (MAK R 134a bei 1000 ppm)

Kältetechnik Kältemittel Umweltverträglichkeit  Kennzahlen ODP (Ozone Depletion Potential)  Cl R12 = 1 GWP (Global Warming Potential) R12 = 8500; R134a = 1300; R744=1/ (O) (bez. auf 100a) TEWI (Total Equivalent Warming Impact) Def. EN 378 (Füllmenge, Leckrate, Energieverbrauch, nicht Herstellung!)

Kältetechnik Kältemittel Kennzeichnung R (Refrigerant) + dreistellige Zahlenkombination Ziffer: Zahl der C-Atome – 1 (0 nicht geschrieben  R12) Ziffer: Zahl der H-Atome + 1 Ziffer: Zahl der F-Atome Zahl der Cl-Atome aus Bilanz Kleinbuchstaben  Isomere

Kältetechnik Kältemittel Kennzeichnung 200er Gruppe Basis Propan (C3H8) R290 (Propan)

Kältetechnik Kältemittel Kennzeichnung 400er Gruppe Festlegung der Nummernfolge durch ASHRAE zeotope Gemische Temperaturgleit bei Verdampfung / Verflüssigung Problem: unterschiedliche Partialdrücke der Komponenten (Undichtheiten) bis zum FCKW-Verbot bedeutungslos

Kältetechnik Kältemittel Kennzeichnung 500er Gruppe azeotope Gemische Verhaltne sich in der Flüssigkeit- und Dampfphase wie reine Kältemittel

Kältetechnik Kältemittel Kennzeichnung 700er Gruppe 7 + Molmasse des Stoffes anorganische Kältemittel R717 (Ammoniak) R744 (Kohlendioxid)

Kältetechnik Kältemittel Kennzeichnung Handelsnamen FCKW, z. B. R12 Freon 12 (Du Pont / USA) Genetron 12 (Allied Chemical / USA) Ersatzkältemittel (keine genormte R-Bez.!), z. B. R407C SUVA 9000 (Du Pont /USA) KLEA 66 (ICI)

Das richtige Kältemittel Die Wahl des Kältemittels entscheidet über Energieeffizienz und Umweltverträglichkeit

Stoffeigenschaften von LN2 und CO2 Siedetemperatur bei 1013 mbar Sublimationstemperatur bei 1013 mbar Verdampfungswärme bei 1013 mbar Sublimationswärme bei 1013 mbar spezifische Wärme –gasförmig Enthalpiedifferenz bis -20°C -195 °C - 199 kJ/kg - 1,038 kJ/kg 380 kJ/kg - -78,5°C - 571,1 kJ/kg 0,79 kJ/kg 342 kJ/kg Lagerung bei -30°C 323 kJ/kg Lagerung bei -30°C Reinheit MAK-Werte relative Dichte bezogen auf Luft bei 0°C, 1013 mbar 99,995 % - 0,9675 kg/m3 99,5 % 5000 vpm 1,5291 kg/m3

Verdampfen von Stickstoff 1 Kg N2 flüssig -196°C 1 Kg N2 gasförmig -196°C 1 Kg N2 gasförmig -20°C 47,6 kcal 42,2kcal

Sublimation von Kohlensäure 0,5 kg CO2 fest -78°C 0,5 kg CO2 gasförmig -20°C 0,5 kg CO2 gasförmig -78°C 68 kcal 16 kcal Entspannen von Kohlensäure 1 Kg CO2 flüssig -20°C 20 bar 0,5 Kg CO2 gasförmig -78°C / 1 bar 0,5 kg CO2 gasförmig -78°C / 1 bar

Kalkulationsbeispiel Mit dieser Kalkulation wirbt Koma für den TurboRunner Bandfroster, um die Wirtschaftlichkeit konventioneller Kältetechnik gegenüber Stickstoff darzustellen: Produktmenge 2,2 Mio kg / Jahr ( Angaben in € ) TurboRunner Stickstoff Invest 112.000 6.500 Miete 3.250 AfA 45.000 1.450 Strom 6.000 250 --------------------------------------------------------------------------------------------------- 61.000 4.950 193.600 Stickstoff ( 800 kg / kg Produkt) ---------------------------------------------------------------------------------------------------- Summe 61.000 198.550 Kosten je kg ca. 0.03 ca. 0,10 €

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