{"id":77061,"date":"2020-01-10T14:00:45","date_gmt":"2020-01-10T12:00:45","guid":{"rendered":"https:\/\/www.intarcon.com\/refrigeracion-con-co2\/"},"modified":"2023-09-06T16:52:48","modified_gmt":"2023-09-06T14:52:48","slug":"co2-kuhlung","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.intarcon.com\/de\/co2-kuhlung\/","title":{"rendered":"CO2-K\u00fchlung"},"content":{"rendered":"

Aufgrund wachsender Bef\u00fcrchtungen \u00fcber die sch\u00e4dlichen Auswirkungen fluorierter K\u00e4ltemittel auf die Umwelt<\/strong> haben nat\u00fcrliche K\u00e4ltemittel eine neue Renaissance erlebt, insbesondere CO2<\/a>– und NH3-K\u00e4lte, die f\u00fcr industrielle Zwecke bei niedrigen Temperaturen eingesetzt werden.<\/p>\n

Kohlendioxid (CO2) ist als K\u00e4ltemittel unter der Bezeichnung R-744<\/strong> bekannt und hat sich in j\u00fcngster Zeit zu einem der beliebtesten nat\u00fcrlichen K\u00e4ltemittel entwickelt, obwohl die Technologie nicht neu ist, da sie bereits vor mehr als einem Jahrhundert verwendet wurde.
\nSeine j\u00fcngste Beliebtheit als K\u00e4ltemittel ist auf seine sehr geringen Auswirkungen auf die Umwelt<\/strong> im Vergleich zu den HFCs (Fluorkohlenwasserstoffen) zur\u00fcckzuf\u00fchren, die durch die derzeitigen Vorschriften stark bedroht sind (F-Gas).<\/p>\n

CO2 sch\u00e4digt die Ozonschicht nicht (Ozonabbaupotenzial ODP = 0) und hat einen geringen Einfluss auf die globale Erw\u00e4rmung<\/strong> (Treibhauspotenzial GWP = 1), wobei der letztgenannte Wert als Referenz f\u00fcr die Bestimmung des GWP anderer Gase gilt. Dar\u00fcber hinaus tr\u00e4gt dieses Gas aufgrund seines hohen Wirkungsgrades auch indirekt weniger zur globalen Erw\u00e4rmung bei.<\/p>\n

Was ist CO2?<\/h2>\n

CO2 ist eine geruchlose, farblose Fl\u00fcssigkeit, die schwerer als Luft ist. Obwohl es f\u00fcr das Leben auf der Erde notwendig ist, ist es auch ein Treibhausgas (THG), das die Umwelt ver\u00e4ndern kann, wenn seine Konzentration in der Atmosph\u00e4re deutlich zunimmt. Es ist ein “hochsicheres<\/strong>” K\u00e4ltemittel (Gruppe L1 nach RSIF), d. h. “nicht entflammbar<\/strong>” und “wenig toxisch<\/strong>“.<\/p>\n

CO2 wurde bereits vor dem Aufkommen der Freone als K\u00e4ltemittel verwendet, kam aber aufgrund seiner gr\u00f6\u00dferen technologischen Komplexit\u00e4t schnell au\u00dfer Gebrauch. Es hat hervorragende thermophysikalische Eigenschaften<\/strong>, obwohl es aufgrund seiner niedrigen kritischen Temperatur (30,978 \u00b0C) und der hohen Dr\u00fccke Schwierigkeiten bereitet. Es hat eine viel h\u00f6here volumetrische Kapazit\u00e4t als herk\u00f6mmliche K\u00e4ltemittel.<\/p>\n

Dieses Gas hat eine hohe W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit und eine hohe Dichte in der Gasphase, was zu einer guten W\u00e4rme\u00fcbertragung in Verdampfern, Kondensatoren und Gask\u00fchlern f\u00fchrt; diese Eigenschaften erm\u00f6glichen die Auswahl kleinerer Ger\u00e4te im Vergleich zu denen, die FCKW, HFCKW und HFKW verwenden. Da es einen geringen Druckabfall hat, kann der Durchmesser der Rohrleitungen verringert werden.<\/p>\n

CO2, eine gute Alternative f\u00fcr die K\u00fchlung<\/h2>\n

CO2 ist sowohl f\u00fcr die gewerbliche als auch f\u00fcr die industrielle K\u00fchlung eine gute Alternative,<\/a> wobei jedoch bestimmte Sicherheitsvorkehrungen zu beachten sind. Es ist zu bedenken, dass CO2 geruchlich nicht wahrnehmbar ist und, da es dichter als Luft ist, den Sauerstoff in einem gesundheitssch\u00e4dlichen Ausma\u00df verdr\u00e4ngen kann. Da es keinen Geruch abgibt, kann es dazu f\u00fchren, dass der Techniker ein eventuelles Leck nicht entdecken kann. Diese Eigenschaften zwingen uns, der Lecksuche besondere Aufmerksamkeit zu widmen, ein Alarmsystem zu haben, das das Vorhandensein von CO2 rechtzeitig erkennt und warnt, und ein Notl\u00fcftungssystem zu haben.<\/p>\n

Andererseits f\u00fchrt der hohe Druck des Gases beim Entweichen zu einem Ausbruch von spritzendem K\u00e4ltemittel mit festen R\u00fcckst\u00e4nden bei sehr niedriger Temperatur und Schallgeschwindigkeit. Es ist wichtig zu wissen, dass CO2 niemals in fl\u00fcssigem Zustand eingef\u00fcllt werden sollte, wenn das System unter dem Tripelpunktsdruck (5,2 bar) liegt, da sonst die in das System eintretende Fl\u00fcssigkeit pl\u00f6tzlich ihren Zustand in Trockeneis \u00e4ndert und in diesem Zustand im System verbleibt.<\/p>\n

Im Gegensatz zu anderen nat\u00fcrlichen K\u00e4ltemitteln kann CO2 nicht in alte oder neue Anlagen nachger\u00fcstet werden.<\/strong> Die Anlagen m\u00fcssen f\u00fcr die Eigenschaften dieses Gases und f\u00fcr die hohen Dr\u00fccke, denen es standhalten muss, ausgelegt sein. Schlie\u00dflich hat CO2 gegen\u00fcber den Kohlenwasserstoffen den Vorteil, dass es in Anlagen ohne Lastbegrenzung eingesetzt werden kann.<\/p>\n

\"Die<\/a><\/p>\n

Was ist die Geschichte von CO2 als K\u00e4ltemittel?<\/h2>\n

CO2 ist seit Anbeginn der Menschheit bekannt und existiert in der Atmosph\u00e4re in einer Konzentration von 0,04 Volumenprozent.
\nAls K\u00e4ltemittel wurde es bereits im 19. Jahrhundert in der mechanischen K\u00e4ltetechnik eingesetzt. Im Jahr 1881 baute Carl Linde die erste Maschine, die CO2 verwendete. In der Folge wurden Kompressoren entwickelt, die mit CO2 arbeiten, und es wurden zweistufige Systeme entwickelt. Die Verwendung von CO2 wurde immer weiter verbreitet.
\nNach dem Ersten Weltkrieg wurden synthetische Gase entwickelt, die den Einsatz von weniger robusten und effizienteren Elementen erm\u00f6glichten. Damit begann der Niedergang von CO2 als K\u00e4ltemittel, und die FCKW-Gase gewannen den Kampf. 50 Jahre lang beherrschten FCKW-K\u00e4ltemittel den Weltmarkt, bis 1974 entdeckt wurde, dass die Verwendung dieser Stoffe ein Ozonloch verursachte. Dies war die Geburtsstunde der FKW-K\u00e4ltemittel, die bis heute verwendet werden, die aber die globale Erw\u00e4rmung beeintr\u00e4chtigen und deren Verwendung daher eingeschr\u00e4nkt ist.<\/p>\n

\"CO2-K\u00fchlung<\/p>\n

Warum erw\u00e4gen wir den Einsatz von CO2 in K\u00fchlsystemen?<\/h2>\n

Das von der Klimarahmenkonvention der Vereinten Nationen vereinbarte Kyoto-Protokoll<\/strong> hat zum Ziel, die Emissionen von sechs Treibhausgasen (CO2, CH4, N2O, HFC, PFC und SF6) zu reduzieren.
\n\"\"\"CO2-K\u00fchlung
\nZu den Ma\u00dfnahmen und Verordnungen, die zur Erreichung dieser Ziele erlassen wurden, geh\u00f6rt die F-Gas-Verordnung, die 2006 eingef\u00fchrt und in der Folge immer wieder versch\u00e4rft wurde. Ihr Ziel ist es, die FKW-Gasemissionen bis 2030 um ein Drittel zu reduzieren.
\nUm diese Ziele zu erreichen, werden auf europ\u00e4ischer Ebene Verwendungsbeschr\u00e4nkungen und Verbote festgelegt. Gleichzeitig werden auf staatlicher Ebene Steuern auf die Verwendung von K\u00e4ltemitteln festgelegt, um die Verwendung anderer K\u00e4ltemittel mit geringeren Umweltauswirkungen zu f\u00f6rdern.
\n\"CO2-K\u00fchlung
\nWenn wir uns auf K\u00e4ltemittel mit GWP-Werten < 150 konzentrieren, sind die meisten von ihnen entflammbar (HFO), giftig (NH3) oder arbeiten mit hohen Dr\u00fccken (CO2).<\/p>\n

<\/h3>\n

\"CO2-K\u00fchlung<\/p>\n

Thermodynamische Eigenschaften von CO2<\/h3>\n

Der Hauptunterschied zwischen CO2<\/strong> und anderen K\u00e4ltemitteln ist der Betriebsdruck, bei dem es arbeitet. Dies macht es jedoch zu einem Gas mit hoher Dichte<\/strong>, wodurch eine h\u00f6here K\u00e4lteleistung<\/strong> bei geringer zirkulierender Masse erreicht wird.<\/p>\n

\"CO2-K\u00fchlung<\/p>\n

Die Verdampfungsenthalpie pro verdr\u00e4ngtem Kubikmeter (kJ\/m3)<\/strong> ist viel h\u00f6her als bei anderen Gasen. Dies bedeutet, dass der Verdr\u00e4ngungsraum des Kompressors und der Rohrdurchmesser kleiner sind.<\/p>\n

\"CO2-K\u00fchlung<\/p>\n

<\/h4>\n

Druck-Enthalpie-Diagramm (log P-h) (Mollier-Diagramm)<\/h4>\n

Bei der Arbeit mit CO2 f\u00fcr die K\u00e4lteerzeugung m\u00fcssen wir ein erweitertes P-h-Diagramm verwenden, d. h. zus\u00e4tzlich zu den \u00fcblichen Dampf-, Dampf-Fl\u00fcssigkeits- und Fl\u00fcssigkeitszonen, die im Mollier-Diagramm jedes herk\u00f6mmlichen K\u00e4ltemittels zu sehen sind, m\u00fcssen wir auch die Zone oberhalb des kritischen Punktes (\u00fcberkritische Phase) sowie die Zonen unterhalb des Tripelpunktes darstellen.<\/p>\n

Die folgende Grafik zeigt den physikalischen Zustand von CO2 in Abh\u00e4ngigkeit von Druck (P) und Enthalpie (h). Durch Ver\u00e4nderung dieser beiden Variablen erh\u00e4lt man vier klar differenzierte Phasen: fest, fl\u00fcssig, dampff\u00f6rmig und \u00fcberkritisches Fluid<\/strong>; dazu kommen drei weitere Zweiphasen-Mischzonen: fest-fl\u00fcssig, fest-dampff\u00f6rmig und fl\u00fcssig-dampff\u00f6rmig.<\/strong><\/p>\n

\"CO2-K\u00fchlung<\/p>\n

Im Vergleich zu anderen K\u00e4ltemitteln f\u00e4llt auf, dass schon bei sehr niedrigen Temperaturen hohe S\u00e4ttigungsdr\u00fccke erreicht werden (z. B. 0 \u00b0C \u27f9 35 bar). Die folgenden Punkte im Phasendiagramm sollten beachtet werden:<\/p>\n