Klimafreundliches Kältemittel CO₂ (R744)

Das Kältemittel CO₂, in der Klimabranche auch als R744 bekannt, war schon vor 1900 bekannt. Aufgrund der umweltschädigenden Eigenschaften synthetischer Kältemittel erlebt es seit einigen Jahren eine Renaissance. Auch Memmert hat sich dem Einsatz natürlicher, umweltfreundlicher Kältemittel verschrieben. Für die eco-Versionen der Konstantklimaschränke ICH sowie der Kühlbrutschränke ICP wurde daher eine moderne CO₂-Kältemaschine entwickelt. Dank der intelligenten Kältesystemsteuerung sind der Konstantklimaschrank ICHeco und der Kühlbrutschrank ICPeco ebenso effizient wie Anlagen mit synthetischen Kältemitteln. Darüber hinaus können sie ihre klaren Vorteile in puncto Kälteleistung sowie Klimafreundlichkeit voll ausspielen. Das Grundprinzip: Die Anlage regelt die Temperaturen im Arbeitsraum ausschließlich über die Kältemaschine  – ohne energieintensives Gegenheizen.

Kältemittel CO₂ mit Bestnoten bei der Klimafreundlichkeit

Der GWP-Wert (Global Warming Potential) dient dazu, die Auswirkungen von Stoffen auf die Erwärmung bodennaher Luftschichten und somit zum Treibhauseffekt vergleichen zu können. Das in Memmert ICHeco/ICPeco-Geräten verwendete Kältemittel mit der Kurzbezeichnung R744 und der chemischen Summenformel CO₂ hat einen GWP-Wert von 1 und ist somit nahezu klimaneutral. Hingegen trägt das in vielen vergleichbaren Temperiergeräten verwendete Kältemittel R134a mit einem GWP von 1430 nach der Freisetzung 1430 Mal so stark zum Treibhauseffekt bei.

R744 enthält kein Chlor und ist weder brennbar noch toxisch. Es führt nicht zum Abbau von Ozon in der Atmosphäre und muss nicht entsorgt oder recycliert werden. Bei Leckagen geht es einfach wieder in den natürlichen Kreislauf zurück. CO₂ fällt als Nebenprodukt vieler industrieller Prozesse an und ist praktisch unbegrenzt verfügbar. Für die Herstellung muss daher weit weniger Energie aufgewendet werden als für synthetische, fluorierte Kältemittel.

Verbesserte Kälteleistung dank CO₂ Kältemittel

Die hohe volumetrische Kälteleistung von CO₂ (R744) ermöglicht eine platzsparende Auslegung von Kompressor, Wärmetauschern und Rohren. Dank der ausgezeichneten Wärmeübertragung von CO₂ punkten die Memmert eco-Geräte mit schnelleren Abkühlgeschwindigkeiten im Vergleich zu Geräten mit synthetischen Kältemitteln. Interne Messungen mit einem ICH750eco ergaben beispielsweise bei einer Umgebungstemperatur von 22 °C eine 20 % schnellere Temperaturwechselgeschwindigkeit beim Abkühlen. Weitere Pluspunkt für die Energiebilanz: eine verringerte Wärmeabgabe reduziert den Energieverbrauch für die Klimatisierung des Raums und nicht zuletzt sind die eco-Geräte nahezu wartungsfrei.

F-Gas-Verordnung gibt Anreize für Umstellung 

Mit der neuen F-Gas-Verordnung der Europäischen Union sollen die Emissionen durch fluorierte Treibhausgase bis zum Jahr 2050 um rund 90 % gegenüber 1990 verringert werden. Als Maßnahmen sind unter anderem schrittweise Mengenabsenkungen sowie Verbote für das Inverkehrbringen vorgesehen. So dürfen neue gewerbliche Kühlgeräte mit einem GWP größer 150 ab dem 1. Januar 2022 nicht mehr verkauft werden. Das Kühlmittel R744 ist jedoch nicht von dieser Verordnung betroffen.

Der Kühlkreislauf in der Kompressionskälteanlage

Unabhängig vom Kältemittel, ist das Funktionsprinzip eines Temperierschranks mit Kompressionskälteanlage im Wesentlichen gleich. Um das Beschickungsgut zu kühlen, entzieht die Kühlflüssigkeit dem Innenraum eines Klimaschranks oder Kühlbrutschranks Wärme und gibt diese an die Umgebung ab. Dabei macht sich die Kältetechnik die verschiedenen Aggregatszustände von Kühlflüssigkeiten zunutze. Flüssigkeiten, die verdampfen, entziehen der Umgebung Wärme und umgekehrt. Auch die Phasen des Kühlkreislaufs Verdichten/Druckanhebung (Kompressor), Verflüssigen/Wärmeabgabe, Drosseln/Druckabsenken und Verdampfen/Wärmeaufnahme, bei denen sich jeweils der Aggregatszustand des Kältemittels ändert, sind identisch (siehe Abb. 1). 

Besonderheit transkritische CO₂-Kälteanlagen

Temperatur und Druck von Gasen und damit auch Kältemitteln sind unterhalb des so genannten kritischen Punktes proportional zueinander. Je höher der Druck bei gleichem Volumen, desto höher die Temperatur (und umgekehrt), daher erwärmt sich das Gas bei erhöhtem Druck im Kompressor. Bei der CO₂-Kühlung gibt es nun eine Besonderheit: der kritische Punkt von R744 ist mit + 31 ℃ (bei 73,6 bar) sehr niedrig.

Im transkritischen Betrieb jenseits des kritischen Punktes kann Gas nicht mehr durch Druck verflüssigt werden und auch der Zusammenhang zwischen Temperatur und Druck besteht nicht mehr. Das Kältemittel verharrt im Zustand zwischen flüssig und gasförmig. Daher ersetzt ein Gaskühler für die kontinuierliche Abkühlung des Gases den Verflüssiger. Aufgrund der für eine Wärmeübertragung notwendigen Temperaturdifferenz liegt die Grenze für die Wärmeabgabe an die Umgebung durch Verflüssigung des Kältemittels in der Praxis bei rund 25 °C. In den meisten Fällen wird eine Kälteanlage in einer Laborumgebung mit üblichen Raumtemperaturen daher oberhalb des kritischen Punktes – also mit hohen Drücken – betrieben.