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Novapress 850-Dichtungen sind auch bei niedrigen Flächenpressungen 10.000 bis 100.000 mal dichter als herkömmliche Faserstoffdichtungen. Bilder: Frenzelit

| von Michaela Wassenberg, freie Journalistin, für Frenzelit
  • Bei Kältemittelanwendungen gewinnt die Reduktion der Leckageraten klimaschädlicher Gase immer mehr an Bedeutung.
  • Beim Umrüsten auf natürliche Kältemittel müssen höhere Drücke und gefährlichere Gase beherrscht werden.
  • Ein neues Dichtungsmaterial ermöglicht es bei gleichen Einbaubedingungen die Leckagerate um das 100.000-fache zu reduzieren.

Die F-Gas-Verordnung von 2014 hat zum Ziel, die Emission von fluorierten Gasen aus Klimaanlagen zu reduzieren. Denn diese tragen erheblich zur Erderwärmung bei. Eine Alternative dazu sind natürliche Kältemittel wie CO2 oder Ammoniak – allerdings sind diese viel anspruchsvoller in der Handhabung. Deren Einsatz erfordert insbesondere leistungsfähigere Dichtungsmaterialien, da das Kühlsystem mit natürlichen Kältemitteln deutlich höhere Drücke benötigt, während die Kältemittel aggressiver sind.

Fluorierte Gase stark klimaschädlich

Synthetische Kältemittel auf Basis von Fluor-Kohlenwasserstoffen eignen sich optimal für Kühlanwendungen: Sie lassen sich mit geringem Aufwand komprimieren und damit verflüssigen und entziehen der Umgebung beim Verdampfen Wärmeenergie. Allerdings entweichen die Gase aus gängigen Kühlsystemen leicht, weil die standardmäßig verwendeten Dichtungen nur geringe Dichtigkeitsklassen aufweisen, die eine permanente Leckage bedingen. Was für den Menschen zunächst unbedenklich ist, hat jedoch gravierende Auswirkungen auf die Umwelt. Die synthetischen Verbindungen sind im Gegensatz zu natürlichen Kältemitteln Hunderte von Jahren stabil, verbleiben so in der Atmosphäre und forcieren damit die Erderwärmung. Im Zuge des Phase Down im Rahmen der F-Gas-Verordnung werden die verfügbaren Mengen dieser Kältemittel stufenweise beschränkt, was deren Verwendung teurer und damit wirtschaftlich unattraktiv macht.

Es mutet etwas seltsam an, wenn ausgerechnet CO2 in diesem Bereich als klimafreundliche Alternative gesehen wird. Fluorierte Gase sind jedoch um ein Vielfaches klimaschädlicher als CO2 – im Falle des häufig verwendeten Tetrafluorethan (R134a) um den Faktor (Global Warming Potential, GWP) 1.300. Klassische FCKW (Fluorchlorkohlenwasserstoffe) entsprechen sogar einem GWP von 13.900. Bei Ammoniak als natürlichem Kältemittel beträgt der GWP-Wert dagegen null.

Natürliche Kältemittel anspruchsvoller in der Handhabung

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Leckagevergleich bei Ringdimension 92x49x1mm, 10 bar Helium bei Raumtemperatur.

Das Ziel ist also, langfristig natürliche Kältemittel zu etablieren. Die Tücken im Umgang mit diesen alternativen Kältemitteln liegen allerdings in den deutlich abweichenden Eigenschaften, z. B. in Sachen Dampfdruck und Verdampfungsenthalpie. R134a kann bei Raumtemperatur beispielsweise bei ca. 7 bar Druck verflüssigt werden, während für R744 (CO2) hingegen ca. 70 bar Druck erforderlich sind. Anlagen müssen demnach deutlich höheren Betriebsdrücken im Abkühlungsprozess standhalten. Auch sind natürliche Kältemittel wie z. B. Ammoniak chemisch viel aggressiver. Anlagen müssen insgesamt mechanisch robuster sein. Weil die natürlichen Kältemittel zudem gesundheitsschädlich sein können, muss sichergestellt sein, dass diese Gase keinesfalls austreten.

Andreas Will, Head of Research & Development Industry bei Frenzelit, gibt Folgendes zu bedenken: „Die Vorgaben, Treibhausgase zu reduzieren, sind begrüßenswert und richtig; sie müssen jedoch auch umsetzbar sein und erfordern zunächst neue technische Lösungen. Mit unserer neuen Dichtungsgeneration haben wir für Betreiber von Kälteanlagen eine leistungsfähige Antwort auf die erhöhten Anforderungen. Alternativ müssten Anlagen sonst mit großem Aufwand umgebaut werden, um eine Leckage aggressiver Kühlmittel zu verhindern.“ Das Dichtungsmaterial Nova­press 850 ermöglicht auf einfachere und kostengünstigere Weise den erforderlichen Technologiewandel hin zu klimafreundlichen Kältemitteln.

Der neuartige Werkstoff erfüllt Dichtigkeitsklassen, die bisher mit herkömmlichen Faserstoffdichtungen nicht erreichbar waren. So können mit dem Material zuverlässige Dichtsysteme auch bei niedrigen Flächenpressungen hergestellt werden. Die Dichtungen sind 10.000- bis 100.000-mal dichter als Standardprodukte. Das Dichtungsmaterial vereint die Eigenschaften von Faserstoffdichtungen und Elastomerdichtungen: anpassungsfähig wie eine Elastomerdichtung, aber mechanisch stabil wie eine Faserstoffdichtung. Den Belastungen durch die höheren Drücke, die durch den Einsatz natürlicher Kältemittel entstehen, halten die Dichtungen langfristig stand. Während natürliche Kältemittel herkömmliche Dichtungsmaterialien angreifen und porös werden lassen, ist das neue Material chemisch beständig. Um diese Anforderungen sicherzustellen, führt der Hersteller umfangreiche Prüfungen und Nachweise an den Materialien durch. Zu diesem Zweck wurde eine eigene Kälteprüfanlage gebaut, die mit jedem Kältemittel betrieben werden kann.

Eigene Prüfanlage für umfangreiche Nachweise

Anhand bestimmter Normen und Vorgaben von Kunden führen die Dichtungsexperten verschiedene Belastungstests durch, um die Leistungsfähigkeit des Dichtungsmaterials nachzuweisen. Gefordert ist beispielsweise eine Belastungsprobe, bei der das Material über mehrere Wochen mit dem jeweiligen Kältemittel in Kontakt kommt und umspült wird. Dabei werden folgende Parameter berücksichtigt:

  • Prüfung gegenüber verflüssigtem Kältemittel (statt im „harmlosen“ gasförmigen Zustand),
  • Medienauslagerung bei realem Betriebsdruck,
  • Prüfung in Anlehnung an die Norm ASTM F146, jedoch mit deutlich längeren Auslagerungszeiten (7 bzw. 14 Tage statt 5 Stunden),
  • Einbeziehung aggressiver Kompressorenöle – Stichwort „Ölwurf“ (nach Betreibervorgabe), i.d.R. mit 5 % Anteil gegenüber 2 bis 3 % in der Realität.

Geprüft wird hinsichtlich nachfolgender Kriterien:

  • Gewichtsveränderungen,
  • Dickenveränderungen,
  • optische Beurteilung hinsichtlich Verfärbungen, Rissen oder sonstigen Beschädigungen wie Schleimigkeit, Delamination, Auflösung, Blasenbildung und Schrumpf,
  • mögliche Ausflockungen des Kältemittels/Kompressoröls.

„Dass wir bereits im Vorfeld dank unserer eigenen Prüfanlage Nachweise erbringen können, wird bei Konstrukteuren sehr geschätzt, da wir so das ganze kosten- und zeitaufwendige Prozedere beschleunigen und vereinfachen können“, so Andreas Will. Es geht sowohl um Nachrüstungen bei bestehenden Anlagen, aber verstärkt auch um komplette Neukonzeptionen, um der sensiblen Handhabung natürlicher Kältemittel gerecht zu werden. Dabei lohnt es sich, die Dichtungsexperten frühzeitig in die Planungen einzubeziehen, um die Dichtungsmaterialien optimal auf den jeweiligen Anwendungsfall abzustimmen. Durch die enormen Dichtigkeiten, die das neue Dichtungsmaterial erzielt, ist dieses auch für weitere Anwendungen und Branchen interessant: Es wird beispielsweise auch in der Gasversorgung eingesetzt, um die erforderlichen Dichtigkeiten und Sicherheitsansprüche sicherzustellen. Entsprechende Zulassungen und Nachweise liegen bereits vor. Weitere Einsatzgebiete für den leistungsfähigen Dichtungswerkstoff sind Trinkwasseranwendungen oder F&B-Anwendungen wie zum Beispiel Brauereianlagen.

 

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