Der Eismeister
Kälte-Anlagen
Direkte oder indirekte Kühlung
Bei Kühlsystemen unterscheidet man zwischen direkter und indirekter Kühlung:
Direkte Kühlung: Bei dieser Methode wird das Kältemittel direkt durch das System oder den Bereich geleitet, der gekühlt werden soll. Das Kältemittel nimmt dabei die Wärme direkt auf und wird in einem Kältekreislauf verdampft und dann wieder verflüssigt.
Indirekte Kühlung: Hier wird ein Kälteträgermedium (z.B. eine Kühlflüssigkeit) verwendet. Das Kältemittel kühlt zuerst dieses Medium in einem Wärmetauscher. Anschließend wird das gekühlte Medium durch das zu kühlende System oder den Bereich geleitet. Die Wärme wird also indirekt über das Kälteträgermedium abgeführt.
Es gibt verschiedene Anwendungen und Gründe, warum man sich für die eine oder andere Methode entscheidet, abhängig von den spezifischen Anforderungen des zu kühlenden Systems und anderen technischen und wirtschaftlichen Faktoren.
Kälteträger bei indirekter Kühlung
Kälteträger (auch Sekundärkältemittel genannt) sind Flüssigkeiten oder Gase, die in indirekten Kühlsystemen Wärme transportieren. Sie nehmen Wärme aus dem zu kühlenden Bereich oder Produkt auf und geben diese Wärme an das primäre Kältemittel in einem Wärmetauscher ab. Hier sind einige gängige Kälteträger für indirekte Kühlung:
Wasser: Aufgrund seiner hohen spezifischen Wärmekapazität und Verfügbarkeit ist Wasser ein häufig verwendetes Kälteträgermedium.
Ethylenglykol und Propylenglykol: Oft in einer Mischung mit Wasser verwendet, um den Gefrierpunkt der Lösung zu senken und Korrosion zu verhindern.
Kalziumchlorid- und Natriumchlorid-Lösungen: Werden oft in Kühlsystemen verwendet, die bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts von Wasser arbeiten.
Salzsole: Eine Mischung aus Wasser und Salz, die den Gefrierpunkt der Lösung senkt.
Alkohole: Wie Methanol oder Ethanol können in bestimmten Anwendungen als Kälteträger verwendet werden.
Öle: In speziellen Anwendungen, in denen die chemische Beständigkeit wichtig ist.
Silikonflüssigkeiten: Werden in sehr tiefen Temperaturanwendungen eingesetzt.
Kohlendioxid (CO2): In überkritischen oder flüssigen Zuständen kann es als Sekundärkältemittel verwendet werden, insbesondere in Lebensmittelanwendungen.
Die Auswahl des Kälteträgers hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie z.B. der gewünschten Kühltemperatur, der chemischen Verträglichkeit mit dem Systemmaterial, der Umweltverträglichkeit und den Kosten. Es ist wichtig, einen Kälteträger auszuwählen, der den spezifischen Anforderungen der Anwendung entspricht und sicher und effizient arbeitet.
Kältemittel
Man unterscheidet zwischen den natürlichen und unnatürlichen (synthetische) Kältemittel.
Die Tendenz geht zu den natürlichen Kältemittel, denn die natürlichen Kältemittel tragen nicht zum Abbau der Ozonschicht bei und haben keinen bzw. nur einen sehr geringen Einfluss auf den Treibhauseffekt.
Natürliche Kältemittel
Diese Kältemittel haben in der Regel kein Ozonabbaupotenzial (ODP) und ein niedriges bis null Treibhauspotenzial (GWP). Sie sind aus ökologischer Sicht vorteilhaft, können aber je nach Anwendung technische Herausforderungen oder Sicherheitsbedenken mit sich bringen.
- NH3
- Kein Einfluss auf den Treibhauseffekt
- Fördert nicht den Abbau des Ozons
- geringe Entflammbarkeit
- Sehr giftig
- Günstig in der Anschaffung
- Meistbenutzte Kältemittel in Eislaufhallen
- CO2
- Nicht entflammbar
- Keine Auswirkung auf den Abbau von Ozon
- Kommt vorwiegend in Kühlhäusern vor, weniger in Eislaufhallen
- Die Rohre für CO2 müssen einen Druck von bis 50 bar aushalten
- Propan
- Kommt eher in kleinen Anlagen vor
Unnatürliche Kältemittel
Synthetische Kältemittel sind oft Fluorverbindungen, einschließlich der Gruppen der Chlorfluorkohlenwasserstoffe (CFCs), Hydrochlorfluorkohlenwasserstoffe (HCFCs) und Hydrofluorkohlenwasserstoffe (HFCs). Viele dieser Verbindungen haben ein hohes Ozonabbaupotenzial und/oder ein hohes Treibhauspotenzial. Aufgrund ihrer negativen Umweltauswirkungen werden einige dieser Kältemittel schrittweise auslaufen oder durch internationale Vereinbarungen eingeschränkt, wie das Montrealer Protokoll und das Kigali-Abkommen.
Fluorchlorkohlenwasserstoffe, besser bekannt als FCKWs (Fluorchlorkohlenwasserstoffe) oder auf Englisch als CFCs (Chlorofluorocarbons), sind eine Klasse von Kältemitteln, die sowohl Chlor- als auch Fluoratome enthalten. Sie waren die ersten kommerziell verwendeten Kältemittel und fanden Anwendung in vielen Bereichen, darunter Klimaanlagen, Kühlsysteme.
Einige Beispiele für FCKWs sind:
- R-11 (Trichlorfluormethan)
- R-12 (Dichlorodifluormethan)
- R-113 (Trichlorotrifluorethan)
Das Problem mit FCKWs war, dass sie, wenn sie in die Atmosphäre gelangen, zum Abbau der Ozonschicht beitragen. Dies führte zur Entdeckung des „Ozonlochs“ über der Antarktis in den 1980er Jahren. Das Montrealer Protokoll von 1987 legte schließlich einen Zeitplan für die schrittweise Ausmusterung von FCKWs und anderen ozonabbauenden Substanzen fest.
Nach den FCKWs wurden HCFCs (Hydrochlorfluorkohlenwasserstoffe) und später HFCs (Hydrofluorkohlenwasserstoffe) als Ersatz entwickelt. HCFCs haben immer noch ein Ozonabbaupotential, wenn auch viel geringer als FCKWs, während HFCs kein ODP haben, aber ein Treibhauspotenzial aufweisen können. Das Kigali-Abkommen, eine Ergänzung zum Montrealer Protokoll, zielt darauf ab, die Verwendung von HFCs mit hohem GWP zu reduzieren.
Chlorfluorkohlenwasserstoffe (CFCs):
- R-11 (Trichlorfluormethan)
- R-12 (Dichlorodifluormethan) Diese Kältemittel wurden aufgrund ihres hohen Ozonabbaupotenzials (ODP) und Treibhauspotenzials (GWP) weitgehend ausgemustert und durch das Montrealer Protokoll verboten.
Hydrochlorfluorkohlenwasserstoffe (HCFCs):
- R-22 (Chlorodifluormethan)
- R-123 (2,2-Dichlor-1,1,1-trifluorethan) HCFCs haben ein geringeres ODP als CFCs, aber sie tragen immer noch zum Ozonabbau bei und werden ebenfalls durch das Montrealer Protokoll schrittweise auslaufen.
Hydrofluorkohlenwasserstoffe (HFCs):
- R-134a (1,1,1,2-Tetrafluorethan)
- R-404A (Mischung aus R-125, R-143a und R-134a)
- R-410A (Mischung aus R-32 und R-125) HFCs haben kein ODP, können aber ein hohes GWP haben. Ihr Einsatz wird durch das Kigali-Abkommen zum Montrealer Protokoll eingeschränkt.
Hydrofluorolefine (HFOs):
- R-1234yf (2,3,3,3-Tetrafluorpropen) HFOs sind eine neuere Klasse von synthetischen Kältemitteln, die entwickelt wurden, um HFCs mit hohem GWP zu ersetzen. Sie haben ein sehr niedriges GWP und kein ODP.C