Ersatzkältemittel für R 404A

Wie bereits mehrfach an dieser Stelle beschrieben, ist der Hintergrund der derzeitigen „Verknappung“ von R404A die Tatsache, dass der Phase-Down laut Verordnung (EU) Nr. 517/2014 für das Jahr 2018 eine Reduktion der GWP-gewichteten Kältemittelmengen auf 63 % des Wertes von 2015 vorsieht. Damit kann der Hersteller/Importeur nur noch eine begrenzte Menge an Kältemitteln auf den Markt bringen. Ein „Ersatzkältemittel“ für bestehende R 404A-Tiefkühlanlagen sollte aus unserer Sicht unter anderem folgende Kriterien erfüllen:

• Das Kältemittel sollte einen möglichst niedrigen „GWP“ haben.
• Es zur Sicherheitsgruppe A1 gehören („keine Flammenausbreitung“, „geringe Toxizität“).
• Die Kälteleistung der Anlage sollte möglichst gleich bleiben.
• Die bestehenden Komponenten sollten möglichst nicht ausgetauscht werden müssen.
• Es sollte kein Ölwechsel erforderlich sein.
• Die Kältezahl (Effizienz) sollte sich nicht verschlechtern.
• Die Dampfdrucklage sollte ähnlich sein.

Unter diesen Aspekten können als Ersatzstoff für R404A unter anderem folgende Kältemittel diskutiert werden:

Kältemittel	GWP (AR4)	Kälteleistung[1]	Kältezahl1
		im Vergleich zu R 404A
R 407F	1825	etwa gleich	ca. +10%
R 448A	1387	etwa gleich	ca. +11%
R 449A	1397	geringfügig niedriger	ca. +9%

Bei allen Kältemitteln handelt es sich um Gemische mit markant hohem Temperaturgleit. Auf die Auswirkungen des Temperaturgleits wird später hingewiesen. R 448A und R 449A haben die erkennbar niedrigsten GWP-Werte und sind unter diesem Aspekt bevorzugt zu wählen. R 407F hat zwar ähnliche Leistungswerte, hier wirkt sich der höhere GWP-Wert und die höhere Verdichtungsendtemperatur gegenüber R 448A und R 449A allerdings nachteilig aus. R 448A und R 449A haben etwa gleiche Kälteleistungen wie R 404A und können daher gut als Austauschkältemittel verwendet werden. Beide Kältemittel haben markant höhere Verdichtungsendtemperaturen als R 404A. Daher ist es erforderlich, die Eignung des vorhandenen Verdichters zu prüfen. Sowohl die grundsätzliche Freigabe (gegebenenfalls auch bezüglich des Kältemaschinenöls), als auch die oft erforderliche Zusatzkühlung des Verdichters sind mit dem Hersteller zu klären. Unter Umständen kann bei eingeschränkter Saugdampfüberhitzung der Verdichter ohne Zusatzkühlung betrieben werden. Aufgrund der etwas höheren Kältezahl kann das Kältemittel R 448A für die beispielhaft genannten Bedingungen empfohlen werden. Da die Kälteleistung des Verdichters gegenüber R 404A praktisch gleich ist, kann der Verdampfer – sofern dieser auf die Leistung abgestimmt war – übernommen werden. Bei gleicher mittlerer Verdampfungstemperatur im Verdampfer wird sich durch den Temperaturgleit im Verdampfer tendenziell ein etwas größeres Überhitzungsverhältnis einstellen. Die Wärmeübertragungseigenschaften von R 448A sind geringfügig ungünstiger als bei R 404A. Dadurch reduziert sich die Leistungsfähigkeit des Verdampfers. Der Verdampfungsdruck wird sich daher etwas absenken, was zur Folge hat, dass sich die Kälteleistung von Verdichter und Verdampfer ebenfalls reduziert. Die erkennbar höhere Kältezahl des Verdichters hat andererseits zur Folge, dass der Verflüssiger entlastet wird. Weiterhin wirkt sich der Temperaturgleit im Verflüssiger positiv aus, sodass sich der Verflüssigungsdruck wiederum etwas niedriger einstellen wird, als bei dem Betrieb mit R 404A. Die daraus resultierende Erhöhung der Verdichterkälteleistung wirkt dem vorher beschriebenen negativen Einfluss des Temperaturgleites im Verdampfer positiv entgegen. Zusammengefasst kann davon ausgegangen werden, dass sich die Leistung der Anlage nicht wesentlich verringert. Bei hinreichend dimensionierter Kälteleistung für den Betrieb mit R 404A kann also davon ausgegangen werden, dass mit R 448A das gleiche Kühlergebnis erzielt wird. Die geringfügig niedrigere Verdampfungstemperatur wirkt sich im Tiefkühlbereich nicht gravierend auf das Kühlgut aus. Durch die günstigere Kältezahl kann, je nach Aufbau der Kälteanlage, mit Betriebskosteneinsparungen gerechnet werden. Die Eignung des thermostatischen Expansionsventils (Düsengröße und Fühlerfüllung) muss mit dem Hersteller besprochen werden. Mit hoher Wahrscheinlichkeit ist das TEV zu wechseln. In Ausnahmefällen kann, je nach Fühlerfüllung und Verstellbereich des TEV, das Ventil belassen werden. „Gleitkältemittel“ dürfen nur aus der flüssigen Phase der Kältemittelflasche in die Kälteanlage gefüllt werden. Es ist daher ratsam, im Rahmen des Filtertrockner-Wechsels in der Flüssigkeitsleitung einen Füllstutzen (Ventil) nachzurüsten. Hierdurch besteht die Möglichkeit, die Kälteanlage komplett über die Flüssigkeitsleitung zu befüllen. Häufig werden von Komponenten- oder/und Kältemittelherstellern Checklisten zur Verfügung gestellt, die detaillierte Informationen zu Kältemittelumstellungen enthalten. Dabei sind die individuellen Gegebenheiten der Anlagen zu berücksichtigen.

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[1] Aus beispielhaften Mittelwerten von halbhermetischen Verdichtern bei: Verdampfungstemperatur: -26°C, Überhitzung im Verdampfer: 6,5K, Überhitzung in der Saugleitung 10K, Verflüssigungstemperatur: 45°C, Unterkühlung: 2K.