CO2-Umweltsimulationsprüfung mit GWP 1 Mit CO2 raus aus der Kühlmittelfalle: Alternatives Kältemittel hat den Test bestanden

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Die nächste Stufe der F-Gase-Verordnung schränkt die Nutzung fluorierter Kältemittel in Prüfschränken ein. CO₂ könnte eine Alternative sein. Weiss Technik hat in einer praxisorientierten Testreihe erstmals unter realen Bedingungen nachgewiesen, dass die neue Generation kompakter Prüfschränke mit CO₂ als Kältemittel sicher, zuverlässig und wirtschaftlich betrieben werden kann.

Im Rahmen des Phase-Down-Prozesses zur Reduzierung fluorierter Treibhausgase wird deren Verfügbarkeit auf dem europäischen Markt weiter eingeschränkt. Dies führt zu Verknappungen und treibt die Preise weiter in die Höhe. Seit dem 01. Januar 2025 dürfen in Umweltsimulationsanlagen oberhalb von -50 °C nur noch Kältemittel mit einem GWP (Global Warming Potential) unter 150 eingesetzt werden.

Für Prüfschränke, die mit solchen Gasen betrieben werden, sind keine geeigneten synthetischen Kältemittel mehr verfügbar. Das verunsichert Prüfexperten und Testlabore. Doch es gäbe eine Alternative. Viele Experten sehen CO₂ (R744) als natürliches Kältemittel, das in Zukunft eingesetzt werden könnte. Bislang fehlte jedoch der Nachweis, dass CO₂ auch für kleinere Prüfschränke ab 20 Liter geeignet ist.

Bisher: Zwei gängige Prüfschrank-Leistungsklassen

Traditionell werden Temperatur- und Klimaprüfschränke in zwei Leistungsklassen unterteilt: Einerseits Prüfschränke mit einstufig arbeitenden Kälteaggregaten, die bis -40  °C erreichen, und andererseits solche mit zweistufiger Kältekaskade, die bis -70 °C arbeiten. Die Wahl des Prüfschrankes hängt dabei maßgeblich von der für die jeweiligen Prüfungen erforderlichen Kälteleistung ab. Viele Prüfungen gemäß relevanter Automotive- oder Elektroniknormen erfordern eine Temperatur von -40 °C. Prüfschränke mit einstufiger Kältetechnik erreichen diese Temperatur nominal, können sie jedoch in der Praxis oft nicht halten, insbesondere bei konnektierten Prüflingen, die Wärme abgeben. Aus diesem Grund greifen viele Prüfingenieure auf zweistufige Kältetechniken zurück, die sowohl die geforderten Temperaturen als auch die notwendigen Wechselraten zuverlässig erreichen.

Zukünftig: Neue Prüfschränke mit CO₂ bis -50 °C

CO₂ als Kältemittel wurde bislang vor allem in Großanlagen, etwa in der Lebensmittelkälte, eingesetzt. In solchen Systemen gibt es ausreichend Platz, um den speziellen Anforderungen von CO₂ gerecht zu werden – anders als in kompakten Prüfschränken. Weiss Technik hat nun ein innovatives CO₂-Kältesystem speziell für kleinere Prüfschränke entwickelt. Dieses System entspricht selbstverständlich den Anforderungen der Druckgeräterichtlinie und wurde vom TÜV CE-zertifiziert. Es bietet herausragende Leistung im Bereich der klassischen normativen Vorzugstemperaturen gemäß den relevanten IEC-Prüfungen. So gewährleistet es Prüfingenieuren die nötigen Leistungsreserven, um die Anforderungen gängiger Normen dauerhaft und zuverlässig zu erfüllen.

Praxis: Erfolgreiche Testreihe unter realen Bedingungen

Zahlreiche Hersteller von Prüfanlagen entwickeln derzeit CO₂-basierte Kältelösungen und berichten von guten Leistungswerten. Diese Ergebnisse werden jedoch häufig nur unter Simulationsbedingungen oder ohne Prüflinge im Testraum erzielt. Obwohl sie den technischen Vorgaben entsprechen, sind sie für die tatsächliche Prüfpraxis wenig aussagekräftig. Seit August 2024 setzt Weiss Technik mehrere Prüfschränke bei Kunden ein, um die Technologie unter realen Bedingungen intensiv zu testen. Dadurch konnten bereits mehrere tausend Betriebsstunden im praktischen Einsatz statt im Entwicklungslabor gesammelt werden. Zudem hat Weiss Technik kundenspezifische Versuchsreihen gestartet, unter anderem in einem 1.500-Liter-Prüfschrank, der mit 250 kg Aluminium bestückt und anspruchsvollen Tests mit hohen Temperaturunterschieden, schnellen Änderungsgeschwindigkeiten und verschiedenen Zyklen unterzogen wurde.

Dr. Michael Leinweber, Produktmanager für Temperatur- und Klimakammern bei Weiss Technik und Projektleiter für die Einführung von CO₂ am Standort Balingen, ist mit den Ergebnissen sehr zufrieden: „Mit unseren neuen Prüfschränken bieten wir unseren Kunden einen echten, kurzfristig verfügbaren Ausweg aus der Kältemittelfalle. Gleichzeitig profitieren Prüflabore von weiteren Vorteilen. Aus meiner Sicht ist dies ein einzigartiges Erfolgskonzept, das wir auf den Markt gebracht haben.“ Die Ergebnisse werden in Webinaren und auf Kundentagen ausführlich vorgestellt.

Mehrwert: Weitere Vorteile der neuen CO₂-Prüfanlagen

Bei der Auswahl einer Prüflösung steht die Erfüllung der Prüfnormen an erster Stelle. Doch auch wirtschaftliche Faktoren wie Anschaffungs- und Betriebskosten rücken zunehmend in den Fokus. Die CO₂-Prüfschränke bieten hier klare Vorteile: Sie sind kostengünstiger als Kaskaden-Prüfschränke und verbessern da-mit das Preis-Leistungs-Verhältnis erheblich. Zudem benötigen sie je nach Anwendung bis zu 30 Prozent weniger Energie – bei gleicher oder vergleichbarer Leistung. Der Einsatz von CO₂ als natürliches Kältemittel mit einem GWP von 1 trägt nicht nur zur Nachhaltigkeit bei, sondern reduziert auch die Umweltbilanz und den CO2-Footprint von Unternehmen und Prüflaboren. Ein weiterer entscheidender Vorteil gegenüber Kältekaskaden-Anlagen sind die geringeren regulatorischen Anforderungen: Weniger Dokumentations- und Leckageprüfungen bedeuten weniger bürokratischen Aufwand und mehr Zeit für das Wesentliche – die Durchführung präziser Prüfungen.

Komfort: Keine Änderungen an der Infrastruktur erforderlich

Ein zentraler Aspekt bei der Entwicklung der CO₂-Prüfschränke war die nahtlose Integration in bestehende Laborumgebungen. „Für den Betrieb unserer CO₂-Prüfkammern sind keine infrastrukturellen Anpassungen erforderlich – weder die Installation eines Kaltwassersystems mit Rückkühler noch eines Sole-Systems“, erklärt Dr. Michael Leinweber, Projektleiter bei Weiss Technik. Solche Maßnahmen würden nicht nur Investitions- und Betriebskosten erhöhen, sondern auch zusätzliche Schnittstellen erfordern. Die CO₂-Prüfschränke v sind so konzipiert, dass sie problemlos in vorhandene Laborstrukturen integriert werden können – bei wassergekühlten Geräten sogar am bestehenden Kühlwassersystem. Dank einer optimierten Druckdifferenz, die um bis zu 1 bar gesenkt wurde, arbeitet die Druckerhöhung des Kühlwassers zudem effizienter. Damit bieten die CO₂-Prüfschränke eine technisch ausgereifte, zukunftssichere und wirtschaftliche Lösung für viele Prüflabore.

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