R32 – Für umweltfreundlichere Klimaanlagen und Wärmepumpen

R32 Danfoss

Die Kälte- und Klimatechnik hat in den vergangenen zwei Jahrzehnten bedeutende Fortschritte bei der Einsatzverringerung der ozonabbauenden Kältemittel gemacht. Die ursprünglichen Ziele des Montrealer Protokolls zur Reduzierung der Emissionen ozonabbauender Stoffe aus dem Jahr 1987 werden seither nicht nur erfüllt, sondern sogar übertroffen. Diese Initiativen führten auch dazu, dass in den 1990er-Jahren und Anfang dieses Jahrhunderts eine erhebliche Ungewissheit hinsichtlich der künftigen Kältemitteloptionen herrschte. Jetzt zeichnet sich jedoch allmählich ein neuer Weg ab, der von den globalen Programmen zum Klimawandel und der globalen Erwärmung vorgegeben wird. 

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Unser Umgang mit der Umwelt muss sich ändern. Regierungen auf der ganzen Welt führen daher neue Vorschriften zur Begrenzung der negativen Auswirkungen auf die Umwelt ein. 

Weltweit ist die Tendenz zu beobachten, dass die Branche – sofern technisch machbar – zunehmend auf natürliche Kältemittel umsteigt. Synthetische Kältemittel werden wahrscheinlich auch weiterhin eine wichtige Rolle in der Kälte- und Klimatechnikbranche spielen. Allerdings betrifft das vorwiegend Anlagen mit minimalen Füllmengen und mit neuen Kältemitteln, die ein niedriges Treibhauspotenzial aufweisen. 

Die Kältemittelhersteller reagieren mit der Entwicklung neuer Produkte und die Gerätehersteller konstruieren effizientere Technologien und Anlagen, die die Kältemittelfüllmenge minimieren. Außerdem arbeiten sie an der Prüfung, Auswahl und Qualifizierung neuer Kältemittel. 

Die Weiterentwicklung und Verwendung von Kältemitteln mit niedrigem GWP ist der Schlüssel, um die Erderwärmung zu verlangsamen und letztendlich zu stoppen. Gleichzeitig trägt Danfoss auch weiterhin dazu bei, das Wohlergehen der Weltbevölkerung, die wirtschaftliche Entwicklung sowie das Überleben unserer Branche sicherzustellen. Wir werden es unseren Kunden ermöglichen, diese Kältemittelziele zu erreichen und werden zudem die Energieeffizienz der Kälte- und Klimatechnik noch weiter optimieren. 

 
Die Liste der geeigneten Stoffe ist sehr kurz, aber sie wächst weiter
Eine neue Klasse leicht brennbarer Kältemittel namens A2L ist eines der Themen dieser Diskussion. Kunden testen speziell die Kältemittel R32, R1234yf und R1234ze, da diese über ein geringes Treibhauspotenzial (GWP), ein Ozonabbaupotenzial (ODP) von null und eine relativ niedrige Entflammbarkeit verfügen. 

Die bisher durchgeführten Tests mit R32 waren zufriedenstellend und es erscheint möglich, dass sich dieser Stoff am Markt hält. Die HLK-Branche in China konzentriert sich auf dieses Kältemittel. In Tabelle 1 sind die ODP- und GWP-Daten angegeben. Das Treibhauspotenzial von R32 ist moderat, doch der GWP-Wert von R32 beträgt nur ein Drittel im Vergleich zu R410A.

 

Entflammbarkeit und Giftigkeit sind die beiden Parameter für die Bewertung der Sicherheit. Die Regel lautet: je niedriger die Entflammbarkeit eines Kältemittels, desto höher das Treibhauspotenzial. R32 ist mit 2 klassifiziert, das heißt, es handelt sich um ein schwer entflammbares Kältemittel, während R290 mit 3 klassifiziert und somit leichter entflammbar ist.

Die Toxizitätsklasse von R32 entspricht der aktueller Kältemittel wie R410A und R22 und wird als „A“ klassifiziert – niedrige Toxizität.

Die thermodynamische Eigenschaft hat großen Einfluss auf die Anlage und die Verdichterleistung. Abbildung 1 gibt eine kurze Zusammenfassung des Vergleichs von R32 und R410A.

Vergleich von R32 zu R410 [%]

• Sättigungsdruck: R32 hat einen ähnlichen Druck wie R410A. Dadurch kann die Entwicklung einer R32-Anlage auf Grundlage einer R410A-Plattform erleichtert werden. 
• Kritische Temperatur: R32 verfügt über eine höhere kritische Temperatur, was zu einem höheren COP führt. 
• Latente Verdampfungswärme: Die Wärme, die zum Verdampfen von R32 erforderlich ist, übersteigt die von R410A, sodass der benötigte Massenstrom pro Einheit Kälteleistung kleiner ist und der COP größer ausfällt. 
• Isentropenexponent: Dieser kann das Druckverhältnis und die Heißgastemperatur der Anlage beeinflussen. Das Druckverhältnis von R32 ist also etwas höher als das von R410A.
• Volumetrische Kälteleistung: R32 verfügt über eine deutlich höhere volumetrische Kälteleistung als R410A, was zur Reduktion der Rohrgrößen in der Anlage führen und somit zu einem besseren Wirkungsgrad beitragen kann. 
• Dichte: Die Dichte von R32 ist viel kleiner als die von R410A, sodass die Füllmenge auch kleiner ausfällt. Da das Treibhauspotenzial (GWP) in Kilogramm gemessen wird, sind die Auswirkungen des Kältemittels in der Anlage auf die Umwelt insgesamt viel kleiner, als der GWP-Wert nahelegt. 

 
 
Aus den oben genannten Gründen wird ersichtlich, dass R32 im Vergleich zu R410A eine bessere Anlageneffizienz und eine kleinere Kältemittelfüllmenge ermöglicht. Das entscheidende Problem ist nur, dass R32 über eine hohe Heißgastemperatur verfügt. Die direkte Auswirkung davon ist ein Zersetzen des Öls, was wiederum verschiedene Verdichterstörungen verursachen kann, wie zum Beispiel das Festfressen der Lager oder eine geringe Anlagen- und Verdichtereffizienz. Deshalb sollte die Heißgastemperatur auf ein akzeptables Niveau begrenzt werden, um so sicherzustellen, dass die Anlage und der Verdichter problemlos arbeiten können. Für gewöhnlich wird die Heißgastemperatur mit Kältemittel reguliert. Eine Flüssigkeitseinspritzung könnte eine gute Lösung für eine hohe Heißgastemperatur darstellen. Wie in Abbildung 2 dargestellt, wird ein Teil der kondensierten Flüssigkeit über ein elektronisches Einspritzventil in den Scrollverdichter gespritzt. Diese Flüssigkeit nimmt die Wärme des halbverdichteten Gases auf und verdampft. So kann die Heißgastemperatur wirksam reduziert werden. Und der eingespritzte Massenstrom lässt sich leicht durch ein Einspritzventil modulieren.

Flüssigkeitseinspritzung

Wenn man die bereits genannten Gründe zusammen betrachtet, könnte R32 als umweltfreundliches Kältemittel für den Einsatz in Klimaanlagen und Wärmepumpen Anwendung finden.

Danfoss arbeitet proaktiv an der Entwicklung von Kältemitteln mit niedrigem GWP wie z. B. R32.
Danfoss hat auf der Chillventa 2018 eine neue Reihe von R32-Scrollverdichtern vorgestellt. Die Verdichter wurden von Kunden in China getestet und stehen jetzt auch für Tests in Europa zur Verfügung.

Unsere MCHE- und MPHE-Wärmeübertrager wurden eigens für eine minimale Kältemittelfüllmenge konstruiert, wodurch sie sich ideal für die Verwendung mit R32 eignen. Unsere Kunden testen derzeit unsere Produkte in ihren eigenen Anwendungen.

Danfoss hat mit Erfolg Rohrleitungskomponenten und thermostatische Expansionselemente getestet. Darüber hinaus stehen unseren Kunden jetzt auch Regler und elektronische Expansionselemente für Tests zur Verfügung.

Wenden Sie sich bitte für weitere Informationen zu den Tests von Verdichtern an Danfoss.