H2. Spezifikationen und Eigenschaften von Verdampfern und Wärmeaustauschern zur Verwendung mit dem Kältemittel R744
CO2-Gas gilt als umweltfreundliches Kältemittel, da es in der Atmosphäre vorkommt, leicht verfügbar ist und der Prozess seiner Aufbereitung als Kältemittelgas umweltfreundlich ist und das Recycling eines der wichtigsten Treibhausgase beinhaltet. Es hat keine Auswirkungen auf die Ozonschicht, wenn es als Kältemittel verwendet wird, und hat einen GWP-Wert von 1. Es ist außerdem nicht brennbar und nicht giftig.
Die Verwendung von CO2 in Kälteanlagen erfordert jedoch bestimmte Anpassungen der Ausrüstung, da CO2 bei viel höheren Drücken arbeitet als die üblichen HFC- oder HFO-Kältemittel.
CO2 als Gas kondensiert bei niedrigen Temperaturen, höchstens bei 30° denn sein kritischer Punkt liegt bei 31ºC. Da die Verflüssigungsdrücke sehr hoch sind, müssen die Rohrwände entsprechend größer dimensioniert sein, um Brüche aufgrund von Ermüdung oder Verschleiß zu vermeiden. Das Gleiche gilt für den Verdampfer, da auch hier der Verdampfungsdruck höher ist und man auch hier absehen muss, was passiert, wenn die Maschinen zum Stillstand kommen und die Temperatur ansteigt (wobei auch der Druck steigt).
Um CO2-Gas in einer Kälteanlage zu kondensieren, welche in wärmeren Zonen betrieben wird, ist es daher notwendig, Zubehör wie Ausblasvorrichtungen / Lüfter zu installieren oder ein Kaskadenkältesystem einzurichten, bei dem der Verdampfer als Verflüssiger fungiert.
Die Verwendung eines Wärmetauschers mit CO2-Gas als Kältemittel wird durch die Druckgeräterichtlinie 2014/68/EU und die EG-Verordnung 1272/2008) geregelt.
Aus dieser Verordnung, welche die Auslegung eines Rohrs regelt, welches einem Druck ausgesetzt wird, wie es bei den Rohren eines Verdampfers der Fall ist und aus der Formel für die Berstdruckbelastung ergibt sich eine Tabelle der Wandstärken, die das Verdampferrohr haben muss, um die folgenden Drücke zu gewährleisten:
| Rohrduchmesser | Wandstärke des Rohres | Pmax |
|---|---|---|
| 9,52 mm | 0,35 mm | 44 bar |
| 10 mm | 0,35 mm | 41 bar |
| 12 mm | 0,35 mm | 34 bar |
| 15,87 mm | 0,38 mm | 28 bar |
| 19 mm | 0,8 mm | 51 bar |
| 10 mm | 0,6 mm | 75 bar |
| 9,52 mm | 0,5 mm | 65 bar |
| 35 mm | 1 mm | 33 bar |
| 42 mm | 1 mm | 28 bar |
| 100 mm | 4 mm | 48 bar |
| 9,52 mm | 0,5 mm | 65 bar |
| 9,52 mm | 0,6 mm | 80 bar |
| 9,52 mm | 0,76 mm | 105 bar |
| 12 mm | 0,6 mm | 61 bar |
| 12 mm | 0,8 mm | 85 bar |
| 15,87 mm | 0,76 mm | 58 bar |
| 15,87 mm | 1 mm | 80 bar |
Sicherheitsfaktoren bei der CO2-Zertifizierung
Der Sicherheitsfaktor ist ein Verhältnis zwischen der Belastbarkeit eines Systems und der auf das System einwirkenden Last oder Auslegungsbedingung.
Ein Sicherheitsfaktor größer als 1 bedeutet, dass das System der Belastung oder Auslegungsbedingung problemlos standhalten kann, während ein Sicherheitsfaktor kleiner als 1 bedeutet, dass das System nicht stark genug ist und versagen könnte.
Im Falle von Verdampfern arbeiten wir bei Sereva mit einem Sicherheitskoeffizienten von 4, was bedeutet, dass die Struktur in der Lage ist, einer Belastung standzuhalten, die viermal so hoch ist wie die unter normalen Bedingungen zu erwartende maximale Belastung.
Schlussfolgerungen:
Ausgehend von einem Sicherheitskoeffizienten von 4 verwenden wir bei Sereva diese Rohrdurchmesser und Wandstärken für Verdampferanwendungen mit dem Kältemittelgas R744 – CO2 und zertifizieren die folgenden Drücke:
3/8“ Rohre (Innendurchmesser von 9,52 mm), mit einer Dicke von 0,6 mm und einer Zertifizierung bis 80 bar.
1/2“ Rohr (12 mm Innendurchmesser), mit einer Dicke von 0,8 mm und zertifiziert bis zu 80 bar.
5/8“ Rohr (15,87 mm Innendurchmesser), mit einer Dicke von 1 mm und zertifiziert bis 80 bar.
