Das sind die Vorteile von A2L-Kältemitteln

In den letzten zehn Jahren war die Kältebranche bereits beim schrittweisen Abbau der Nutzung von Kältemitteln mit hohem Treibhauspotenzial erfolgreich, wodurch HFKW mit hohem GWP (GWP – global warming potential) in der Praxis immer weniger Anwendung fanden. Der Kältemittel-Phase-Down hat den Weg für natürliche Kältemittel mit vernachlässigbar niedrigen GWP-Werten geebnet - wie R 290 (Propan) in kleinen hermetischen Systemen und R 744 (CO₂) für die Supermarktkälte. Aber trotz ihrer GWP-Vorteile - sowohl R290 als auch R 744 - erfordern sie eine spezifische System-Architektur und mehr Hardware als herkömmliche HFKW Kältemittel. A2L-Kältemittel – wie R 1234yf, R 454C und R 455A – sind gering brennbare Alternativen, die ein ultra-niedriges GWP mit größerer Benutzerfreundlichkeit kombinieren. Aus diesem Grund sind sie eine zunehmend praktikable Option für Kälteanlagenbauer, die ein konventionelles Systemsetup bei gleichzeitiger Minimierung des GWP beibehalten möchten.

Vorteile von A2L-Kältemitteln

Der Hauptvorteil liegt auf der GWP-Ebene. Ein A2L-Kältemittel, wie R 454C oder R 455A bietet eine 90 prozentige Reduzierung des GWP gegenüber Optionen wie R 448A oder R 449A, was es zu einer attraktiven Alternative macht, da Umweltvorschriften, wie die EU F-Gase Verordnung, die derzeit überarbeitet wird, immer stärker greifen.

Obwohl A2L-Kältemittel als „gering brennbar“ eingestuft sind, sind sie recht leicht zu handhaben und können von Kältetechnikern ohne zusätzliche Systemkomplexität oder langwierige Fortbildung verwendet werden. Aufgrund ihrer Einstufung benötigen jedoch einige Punkte der Beachtung, die für eine sichere Aufstellung notwendig sind. Der Kältefachmann muss diese Kältemittel richtig handhaben können und wissen, welche Regularien und Normen zu beachten sind.

Ohne Toxizität – im Gegensatz zu Kältemitteln wie Ammoniak – und geringerer Brennbarkeit als Kohlenwasserstoffe, sind A2L-Kältemittel einfacher in der Handhabung, wenn sie erst einmal installiert sind. Diese Benutzerfreundlichkeit bietet dem Kältepraktiker eine einfache Möglichkeit, den CO₂-Fußabdruck seiner Anlagen zu reduzieren.

Auch wenn A2L-Kältemittel einiger zusätzlicher Vorschriften unterliegen, sind sie für die meisten Kälte-, Klima- und Wärmepumpenanwendungen eine sehr sichere Option, beachtet man bei der Anwendung einige grundlegende Vorsichtsmaßnahmen.

Sicherheit bei A2L-Kältemitteln

A2L-Kältemittel sind nur eine Stufe höher als nicht brennbare A1-Kältemittel und damit eine praktische Alternative für gewerbliche Anwendungen.

Das „gering“ in der Einstufung ist bezeichnend. In der Tat, A2L-Kältemittel benötigen mindestens tausend Mal mehr Energie zum Zünden als A3 Kältemittel. Auch die Konzentration eines A2L-Kältemittels kann mehr als zehnmal größer sein als das A3-Äquivalent, bevor es eine brennbare Mischung ergibt. Ein A2L-Kältemittel benötigt eine Konzentration von ca. 300 g/m³ (oder mehr) zum Brennen – und es ist unwahrscheinlich, dass es sich an einer Zigarette oder einem Heizgerät entzündet (Quelle: Maryland University). Dennoch wird dringend empfohlen, Zündquelle in der Nähe zu vermeiden.

Und selbst im Falle einer tatsächlichen Zündung stellen A2Ls nur ein begrenztes Risiko dar. Das „L“ bedeutet, dass die Brenngeschwindigkeit langsam ist und nur eine geringe Verbrennungswärme entsteht. In vielen Fällen brennt die Flamme langsam und erlischt von selbst. Es ist wichtig zu beachten, dass A2L-Kältemittel immer noch brennbar sind, so dass, obwohl das Risiko gering ist, dennoch einige Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden müssen. Qualifizierte Komponenten sind von entscheidender Bedeutung, und es gibt auch einige Aufstellungsbeschränkungen. Je nach Standort oder Raumgröße können bis zu 11 kg A2L-Kältemittel in gewerblichen Kälteanlagen unter Beachtung grundlegender Sicherheitsmaßnahmen verwendet werden (Quelle EN378-1).

Es ist alles bereit

Mit dem neusten HFKW-Phasedown, einer Reduzierung um 55 Prozent gegenüber der Referenz, beginnt der Trend zu Kältemitteln mit sehr niedrigem GWP in der gewerblichen Kältetechnik immer mehr Fuß zu fassen. Viele Kältefachfirmen wechseln nun zu A2L-kompatiblen Systemen, um den aktuellen Vorgaben der F-Gas-Verordnung gerecht zu werden. Deshalb hat Danfoss die Optyma Plus und Optyma Slim Pack Multi-Kältemittel Verflüssigungssätze entwickelt, die mit A2L-Kältemitteln kompatibel sind. Wir haben dabei eine ganze Reihe von Sicherheitsmaßnahmen eingebaut, um mögliche Zündrisiken für A2L-Kältemittel zu eliminieren. All das sorgt selbst im Falle einer Leckage für einen zuverlässigen Betrieb.

Eine Leckage muss erheblich sein, um bei der geringeren Brennbarkeit eines A2L-Kältemittels eine brennbare Mischung aus Luft/Sauerstoff und Kältemittel zu erreichen. Um die Wahrscheinlichkeit einer Leckage zu minimieren, wurden gründliche FEM-Simulationen (Finite-Elemente-Methode) und Tests durchgeführt. Daraus resultiert eine zuverlässige Dichtheit der Komponenten und deren Verbindungen.

Darüber hinaus wurde bei den neuen Verflüssigungssätzen eine computergestützte Strömungssimulation (CFD - Computational Flow Dynamics) durchgeführt. Dabei werden Leckagen simuliert und Sicherheitsfaktoren angewendet, um unvorhersehbare Umstände zu berücksichtigen und zu überprüfen, dass das A2L-Konzentrationsniveau in der Nähe der elektrischen Komponenten stets niedriger ist als die untere Zündgrenze.

Aber noch weitere Vorsichtsmaßnahmen zur Risikominderung wurden vorgesehen. Verflüssigungssätze können durch äußere mechanische Einwirkungen beschädigt werden. Daher sind die neuen Optyma-Verflüssigungssätze für den Worst-Case vorbereitet. Sie bieten einen dichten Schaltkasten, haben Luftschlitze im Maschinenfach und mit der Vorentlüftung vor dem Einschalten des Verdichters wird auch der letzte Hauch einer Zündgefahr gebannt.

IEC-Standardberechnungen belegen, dass die induktive Schaltleistung eines Optyma A2L-Geräts niedriger ist, als die Energie, die zum Zünden eines A2L-Kältemittels benötigt wird. Zusätzlich zur theoretischen Berechnung wurde in der Praxis intensiv unter realistischen Betriebsbedingungen in einem akkreditiertes unabhängiges Brandschutzlabor getestet.

Siehe auch: www.danfoss.de

Über die Autoren:

Gaël Renevier ist Head of R&D System Solutions bei Danfoss. Stephan Bachmann ist Manager für Technical Sales Support, ebenso bei Danfoss.