Während die Diskussion um Ersatzkältemittel für R12 inzwischen weitgehend abgeschlossen ist, gibt es für die Substitution von R22 und R502 noch eine Vielzahl von Alternativkältemitteln, die jeweils spezifische Vor- und Nachteile aufweisen. Das liegt vor allem daran, daß kein reiner Stoff verfügbar ist, der im Vergleich zu den Substituenten ähnliche oder bessere thermodynamische Eigenschaften aufweist sowie weder toxisch noch brennbar ist.
In Tabelle 1 sind die bisher kommerziell verfügbaren Kältemittel für den Bereich der gewerblichen Kältetechnik aufgelistet. In Anlagen mit großen Füllmengen, oder weitverzweigten Versorgungsnetzen sieht man derzeit vom Einsatz brennbarer Kältemittel ab (Ausnahme Ammoniak). Deshalb werden diese Komponenten mit nichtbrennbaren Stoffen (R125, R134a) gemischt.
Diese Mischungen können nach dem Abstand der Normalsiedepunkte zu eng- und weitsiedenden Gemischen charakterisiert werden. Engsiedende bzw. azeotrope Gemische verhalten sich quasi wie Reinstoffe, d.h. der isobare Phasenwechsel (Verdampfung / Kondensation) erfolgt isotherm. Diese sind daher besonders dort einzusetzen, wo die Wärmeübertragung gegen ein Medium mit konstanter Temperatur (z.B. Luftgekühlter Verflüssiger, im Kreuzstrom) stattfindet.
Weitsiedende Gemische R407A,B,C können bevorzugt dort eingesetzt werden, wo die Wärmeübertragung gegen ein Medium mit variabler Temperatur (z.B. Kälteträger im Gegenstrom) stattfindet.
Name |
Komponenten | Gew.% | brennbar | GWP/kg CO2 | Tb,n / °C | Td,n / °C | Td,26 / °C |
---|---|---|---|---|---|---|---|
R744 |
CO2 |
. |
- |
1 |
-56.6 |
-56.6 |
|
R410A |
R32-R125 |
50-50 |
- |
1890 |
-51.8 |
-51.8 |
43.1 |
R32 |
Difluormethan |
. |
ja |
580 |
-51.4 |
-51.4 |
41.6 |
R125 |
Pentafluorethan |
. |
- |
3200 |
-48.3 |
-48.3 |
50.9 |
R1270 |
Propen |
. |
ja |
3 |
-47.8 |
-47.8 |
61.2 |
R143a |
Tetrafluorethan |
. |
ja |
4400 |
-47.2 |
-47.2 |
54.9 |
R507 |
R125-R143a |
50-50 |
- |
3800 |
-47.2 |
-47.2 |
56.8 |
R407B |
R32-R125-R134a |
10-70-20 |
- |
2560 |
-47.0 |
-42.5 |
55.1 |
R404A |
R125-R143a-R134a |
44-52-4 |
- |
3750 |
-46.7 |
-45.8 |
55.0 |
R407A |
R32-R125-R134a |
20-40-40 |
- |
1920 |
-45.4 |
-38.7 |
58.8 |
R290 |
Propan |
. |
ja |
3 |
-42.1 |
-42.1 |
70.1 |
R407C |
R32-R125-R134a |
23-25-52 |
- |
1610 |
-43.9 |
-36.7 |
61.3 |
R717 |
NH3 |
. |
ja |
0 |
-33.3 |
-33.3 |
59.5 |
RC270 |
Cyclopropan |
. |
ja |
3 |
-32.9 |
-32.9 |
81.3 |
R134a |
Tetrafluorethan |
. |
- |
1300 |
-26.5 |
-26.5 |
79.1 |
R152a |
Difluorethan |
. |
ja |
140 |
-24.2 |
-24.2 |
84.6 |
R227ea |
Heptafluorpropan |
. |
- |
3300 |
-16.5 |
-16.5 |
95.8 |
R600a |
Isobutan |
. |
ja |
3 |
-11.8 |
-11.8 |
115.0 |
Tb,n = Siedepunkt bei 101.3kPa
Td,n = Taupunkt bei 101.3 kPa
Td26 = Taupunkt bei 2600 kPa
Berechnet mit Karlsruher-Berliner-Prozess-Berechnungs-Paket (K-BP²)
(mit Zustandsgleichnung nach Peng-Robinson, angepasßt für Kältemittel)
Einsatzbereich der Ersatzstoffe
Im nästen Bild sind die Einsatzgrenzen einiger Ersatzstoffe für R22 und R502 dargestellt.a) Limitierung der Verflüssigungstemperatur durch die Druckstufe PN25
b) Limitierung der Verdampfertemperatur durch den Umgebungsdruck.
Theoretische Untersuchungen
Derzeit werden am Institut systematische theoretische Untersuchungen an Gemischen aus den chlorfreien Komponenten R32 (Difluormethan), R134a (1,1,1,2-Tetrafluorethan), R125 (Pentafluorethan) und R143a (1,1,1-Trifluorethan) durchgeführt. Aus den theoretischen Kreisprozeßberechnungen werden Empfehlungen für den Einsatz von Kältemittelgemischen erarbeitet.
Bild 1: COP/qov-Chart zur Ermittelung der Leistungsfähigkeit eines ternären Gemisches (am Beispiel R32-R125-R134a)
Siehe auch Veröffentlichungen ITTK/ Bereich Kältetechnik
Experimentelle Untersuchungen
Zur Zeit werden am Kompressionskältemaschinenprüfstand (Bild2) des Institutes die folgenden chlorfreien Kältemittel untersucht:
- R507
- R410A
- HX4
- R1270 (s. Natural Refrigerants Page )
Messungen mit anderen Kältemitteln, verschiedenen Kompressoren sowie Stabilität von Dichtungsmaterialien und Maschinenölen können auf Anfrage durchgeführt werden.
Bild 2: Anlagenschema des Prüfstandes