Das richtige Kältemittel

Präsentation zum Thema: "Das richtige Kältemittel"—  Präsentation transkript:

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

2 Kältemittel Grundlagen für die Auswahl des Kältemittels , das zur Erzeugung der Kälte eingesetzt werden soll, sind vor allem die geforderten Temperaturbereiche und die gewünschte Kälteleistung der anlagen. Die im Bäckereibereich wichtigsten Kältemittel sind: Fluor-Kohlenwasserstoffe ( FKW) R-404A und Ammoniak , chemisch NH3 oder kältetechnisch R-717. Grüne Kältemittel : Ammoniak wird als Kältemittel seit über 100 Jahren erfolgreich in Industriekälteanlagen eingesetzt. Ammoniak war das erste Kältemittel und ist auch heute aufgrund seiner sehr hohen spezifischen Kälteleistung und der damit zusammenhängenden hohen energetischen Effizienz in vielen industriellen Kälteanlagen im Einsatz. Ammoniak ist ein farbloses, unter Druck verflüssigtes Gas mit stechendem Geruch. Als Kältemittel ist Ammoniak unter der kältetechnischen Bezeichnung R 717 ( R= Refrigerant) bekannt. Und wird für die Verwendung in der Kältetechnik synthetisch hergestellt. Die Bezeichnung „grünes Kältemittel“ hat R 717 , da es kein Ozonabbaupotential ( ODP=0) und keinen direkten Treibhauseffekt (GWP=0) aufweist. Aufgrund der hohen Energieeffizienz ist auch der Beitrag zum direkten Treibhauseffekt vergleichsweise gering.

3 Kältemittel Ammoniak ist bedingt brennbar. Die erforderliche Zündenergie ist jedoch 50 – mal höher als die von Erdgas und ohne Stützflamme brennt es nicht weiter. In Verbindung mit der hohen Affinität des Ammoniaks zur Luftfeuchte hat das zur Einstufung als schwer entzündlich geführt. Dennoch sind Anlagen, die mit Ammoniak betrieben werden mit besonderen Schutzmassnahmen zu versehen und müssen ab einer gewissen Mindestgröße in einigen Ländern auch behördlich genehmigt werden. Ein weitere Nachteil : R 717 ist giftig, ätzend und führt beim Einatmen zum Aussetzen des Atemreflexes, was direkt zum Tode führen kann. Der Stoff besitzt aber einen charakteristischen, stechenden Geruch mit hoher Warnwirkung und ist bereits ab einer Konzentration von 3mg / m³ Luft wahrnehmbar, was bedeutet, dass die Warnwirkung lange vor einer gesundheitlichen Schädigung ( > mg / m³ ) eintritt. Ammoniak ist des Weiteren leichter als Luft und steigt deshalb schnell auf.

4 Kältemittel Kriterien für die Auswahl eines speziellen Kältemittels
Physikalische Eigenschaften des Kältemittels : Die spezifische Kälteleistung des Kältemittels, d.h. wie viel Wärme in kJ / kg Kältemittel aus einem zu kühlenden Raum mit einem speziellen Kältemittel abtransportiert werden kann. Dieser Wert hat Einfluss auf die Menge des benötigten Kältemittels und auf die Größe der zu installierenden Verdichter. Isotropen-Exponent : Der Isotropenexponent des Kältemittels macht eine Aussage über die zur Verdichtung eines Kältemittels benötigte Arbeit bzw. Leistung. Er hat somit einen direkten Einfluss auf die Größe der zu installierenden Elektromotoren zum Antrieb der Verdichter und auf den Energieverbrauch der Anlage.

5 Kältemittel Umweltverträglichkeit des Kältemittels
Bei der Beurteilung der Umweltverträglichkeit eines Kältemittels muss hinsichtlich der globalen und der lokalen Umweltverträglichkeit unterschieden werden. Die globale Umweltverträglichkeit beurteilt ein Kältemittel im Hinblick auf die möglichen Auswirkungen auf die Atmosphäre wie z.B. den Abbau der Ozonschicht oder den Einfluss des Kältemittels auf den weltweiten Treibhauseffekt. Die lokale Umweltverträglichkeit beurteilt ein Kältemittel hinsichtlich seiner möglichen Auswirkung direkt am Einsatzort. Zu diesen Beurteilungskriterien gehören z.B. : Toxizität gegenüber dem Menschen, chemische Reaktivität mit anderen Stoffen wie z.B. Wasser, Öl usw., Brennbarkeit , Explosivität uvm.

6 Kältemittel Sonstige Eigenschaften des Kältemittels
Die Verfügbarkeit des Kältemittels über ggf. mehrere Jahrzehnte oder die Handhabbarkeit des Kältemittels beim Umgang ( z.B. hygroskopische Eigenschaften u.a.) . Letztlich spielt auch der Preis des Kältemittels eine Rolle , wenn man davon ausgeht, dass es auch heute noch keine hermetisch dichten Industriekälteanlagen gibt und Kältemittel daher, wenn auch in kleineren Mengen als früher , heute noch regelmäßig nachgefüllt werden müssen.

7 Kältemittel Kohlendioxid ( Co2)
Ein weiteres , in der Bäckereikälte genutztes Kältemittel ist Kohlendioxid (kryogenes Gas). Es ist in der Kältetechnik unter der Bezeichnung R 744 bekannt. Es ist ein farbloses , unter Druck verflüssigtes Gas mit schwach säuerlichem Geruch bzw. Geschmack. Die Verdampfungstemperatur liegt etwa bei -79 °C. Co2 besitzt kein Ozonabbaupotential (ODP=0) und in der Verwendung als Kältemittel einen vernachlässigbaren direkten Treibhauseffekt ( GWP = 1). Es ist nicht brennbar, chemisch inaktiv und schwerer als Luft. Auf den Menschen wirkt Co2 erst bei hohen Konzentrationen narkotisierend und erstickend. Da die Energieeffizienz von C02 gegenüber anderen Kältemitteln geringer ist, wird in jüngster Zeit daran gearbeitet die Anlagentechnik für spezifische Anwendungen zu optimieren. Vorteil : Co2 ist in sehr großen Mengen natürlich vorhanden und deshalb sehr günstig.

8 Kältemittel Stickstoff
In Industrie- und Großbäckereien werden oft kontinuierliche Kältesysteme zum schnellen Tiefkühlen von Backwaren ( auch Teiglingen) verwendet ( Spirale, Bandfroster, automatischer Stikkentransport oder kryogener Tunnelfroster), die mit Stickstoff arbeiten. Die Wahl des Systems hängt im Wesentlichen vom vorhandenen Platz , Kosten, Produktionsmenge und der Integration in die vorhandene Produktion ab. Geht es allein nach dem Platz, würde der kryogene Tunnel klar nach Punkten gewinnen. Durch die sehr niedrige Temperatur des Kühlgases wird innerhalb kürzester Zeit die gewünschte Kerntemperatur erreicht und deshalb benötigt man bei einer vorgegebenen Bandgeschwindigkeit eine wesentlich kürzere Strecke als mit einem vergleichbaren konventionellen Froster ( egal ob Spirale- oder Bandfroster). Auch bei den Anschaffungskosten kann der kryogene Tunnel punkten, da er systembedingt deutlich einfacher konstruiert ist. Vergleicht man die Systeme aber in den bereichen laufende Betriebskosten und Gefriereigenschaften, wird schnell deutlich, warum sich in Bäckereien die konventionelle Kältetechnik durchgesetzt hat.

9 Kältemittel Stickstoff
Die Betriebskosten für eine kryogene Kälteinstallation ( Verbrauch des Kühlgases) liegen deutlich über dem Stromverbrauch einer Spirale oder eines Bandfrosters ( siehe Beispíelkalkulation). So ist bei einem Großbetrieb sehr schnell der Punkt erreicht , an dem sich eine solche Anlage nicht mehr rechnet. Ein weiterer Aspekt , der gegen kryogene Technik in Bäckereien spricht , ist die sehr hohe Temperaturdifferenz zwischen eingebrachten Teiglingen und Gas. Liegt die Temperatur in einem konventionellen Schockfroster bei rund bis – 40 °C , wird das Gefriergut in einer mit Stickstoff betriebenen Anlage einer Temperatur von rund – 196 °C ausgesetzt. Sehr schnell entsteht Gefrierbrand, begleitet von starker Austrocknung der Teiglinge etc.

10 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 Miete AfA Strom Stickstoff ( 800 kg / kg Produkt) Summe Kosten je kg ca ca. o,10 €

11 Kältemittel R-404A Das Kältemittel R-404A ist ein Fluor-Kohlenwasserstoff-Gemisch, das sich in den letzten zehn Jahren als Ersatzkältemittel für den bis dahin weit verbreiteten Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoff R-22 durchgesetzt hat. R-404A ist ein Sicherheitskältemittel, d.h. es ist so konzipiert, dass es beim direkten Umgang mit dem Kältemittel nicht zu körperlichen Schädigungen beim Benutzer führt. Es ist nicht brennbar und bildet mit der Umgebungsluft keine brennbaren oder explosiven Gemische. Aus diesem Grunde können Anlagen mit dem Kältemittel R-404A ohne besonderen Aufwand hinsichtlich der Sicherheitstechnik in Gebäuden installiert werden. Einen negativen Einfluss auf die Ozonschicht hat das Kältemittel im Gegensatz zu seinen Vorgängern R-502 und R22 zwar nicht mehr, ein Nachteil von R-404A besteht jedoch immer noch darin, dass in die Atmosphäre entwichenes R.-404A erheblich zur Verstärkung des weltweiten Treibhauseffektes beiträgt.