Dichtungen in Kälteanlagen Noch ganz dicht? Was die F-Gas-Verordnung für Dichtungen bedeutet

Redakteur: Dominik Stephan

Die F-Gas-Verordnung sagt den FKWs den Kampf an - Sogenannte natürliche Kältemittel mit einem niedrigeren Treibhausgaspotenzial sollen die Kühle nachhaltig machen. Was für die Umwelt gut ist, ist es für die Dichtungen nicht unbedingt: Aggressive Medien und hohe Drücke können ein Umdenken erfordern.

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Novapress 850-Dichtungen sind auch bei geringsten Flächenpressungen 10.000 bis 100.000 mal dichter als herkömmliche Faserstoffdichtungen
Novapress 850-Dichtungen sind auch bei geringsten Flächenpressungen 10.000 bis 100.000 mal dichter als herkömmliche Faserstoffdichtungen
(Bild: Frenzelit)

Alles neu macht die F-Gas-Verordnung – Wer sich als Anlagenbauer oder Betreiber mit Kälteanlagen beschäftigt, kennt das Problem: Mit dem sukzessiven Verschwinden der bisher als Kältemittel genutzten F-Gase (Fluorierte Gase) beginnt das Zeitalter der sogenannten natürlichen Kältemittel. Gase wie CO2 oder Ammoniak gelten als weniger klimaschädlich, sind aber anspruchsvoll in der Handhabung.

Es hätte so schön seien können: Eigentlich sind synthetische Gase optimal für Kühlanwendungen geeignet. Sie lassen sich mit geringem Aufwand komprimieren, verflüssigen und wieder in die gasförmige Struktur zurückführen, wodurch der Abkühleffekt erzeugt wird. Jedoch entweichen die Gase leicht aus gängigen Kühlsystemen, weil standardmäßig verwendete Dichtungen nur geringe Dichtigkeitsklassen aufweisen.

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Was für den Menschen 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.

Klimafreundlich "kalt machen": Natürliche Kältemittel

Eine Lösung im Klimadilemma könnte in diesem Fall ausgerechnet Kohlendioxid darstellen: Das Gas ist prinzipiell als Kältemittel geeignet, relativ unkritisch zu händeln und zugleich weniger schädlicher als die fluorierten F-Gase. Um das zu verdeutlichen, vergleicht man das Treibhausgas-Potenzial eines Stoffes (das Global Warming Potential), kurz GWP) mit dem von CO2: So hat etwa Methan ein GWP von 28, während R134a (Tetrafluorethan), ein in Klimaanlagen von Fahrzeugen sehr gängiges Kältemittel, bereits einen Wert von 1.300 besitzt.

Klassische FCKWs (Fluorchlorkohlenwasserstoffe) entsprechen sogar einem GWP von 13.900. Bei der Verwendung von Ammoniak als natürlichem Kältemittel dagegen beträgt der GWP-Wert null.

Druck und Aggressivität werden zur Herausforderung

Das Ziel ist also, die F-Gase nach und nach durch natürliche Kältemittel zu ersetzen. Allerdings funktioniert das nicht immer ohne weitere Anpassungen: Die Eigenschaften dieser alternativen "Kaltmacher" sind zum Teil deutlich anders, etwa in Sachen Dampfdruck und Verdampfungsenthalpie. So kann R134a bei Raumtemperatur bei ca. 7 bar Druck verflüssigt werden, während für das natürliche Kältemittel R744 (CO2) ca. 70 bar Druck erforderlich sind.

Anlagen müssen demnach deutlich höheren Betriebsdrücken im Abkühlungsprozess standhalten. Auch sind einige natürliche Kältemittel, wie zum Beispiel Ammoniak, chemisch aggressiver. Zudem muss sichergestellt sein, dass diese Gase keinesfalls austreten: Was bei bisherigen synthetischen F-Gasen unkritisch war, kann bei vielen "natürlichen" Kältemitteln eine unmittelbare Gesundheitsgefährdungen für anwesende Personen bedeuten.

Leckagen unbedingt vermeiden: Das muss die Dichtung können

Sind Sie (auch in Zeiten der F-Gas-Verordnung) noch ganz dicht? Diese Frage müssen sich Kälteanlagenhersteller und Betreiber stellen, wenn es um den Einsatz natürlicher Kältemittel geht. Das bedeutet natürlich eine entsprechende Konstruktion und Prüfung der Rohre und produktführenden Anlagenteile, aber auch der Dichtungsmaterialen und Geometrien, um einen sicheren und leckagefreien Betrieb zu ermöglichen. Dichtungshersteller wie Frenzelit arbeiten daher an Materialien, die auch den Herausforderungen im Umgang mit natürlichen Kältemitteln gewachsen sein sollen.

Produkte wie das neue Novapress 850 sollen eine Alternative zu aufwendigen konstruktiven Veränderungen in der Anlage bieten und so auf einfachere und kostengünstigere Weise den erforderlichen Technologiewandel hin zu klimafreundlichen Kältemitteln ermöglichen, erklären die Spezialisten aus Bad Berneck. Auf diese Weise soll der neuartige Werkstoff Dichtigkeitsklassen erreichen, die bisher mit herkömmlichen Faserstoffdichtungen nicht machbar waren.

Neue Dichtungs-Materialien gefragt: Maßgeschneidert für die Kälte

Die Novapress 850-Dichtungen sollen 10.000 bis 100.000 mal dichter als Standardprodukte sein, erläutert Andreas Will, Head of Research & Development Industry bei Frenzelit: „Wir entwickeln und produzieren alle Materialien selbst. Dabei kommt es auf hochwertige Ausgangsmaterialien, die einzelnen Rezepturkomponenten und insbesondere das sehr komplexe und leistungsfähige Herstellungsverfahren an, das Frenzelit anwendet.“ Das Ergebnis sei ein Dichtungsmaterial, das die Vorteile von Faserstoffdichtungen und Elastomerdichtungen vereint: anpassungsfähig wie eine Elastomerdichtung, aber mechanisch stabil wie eine Faserstoffdichtung, so Will. Es genügen schon geringe Flächenpressungen, um ein Höchstmaß an Dichtheit zu erzielen, sodass eine Leckage kaum nachweisbar ist.

Dabei sind die Belastungen durch die höheren Drücke, die durch den Einsatz natürlicher Kältemittel entstehen, eine zentrale Herausforderung. Aber auch in Sachen chemischer Beständigkeit werden die Dichtungen gefordert: Zahlreiche natürliche Kältemittel sind aggressiv und können Dichtungsmaterialien angreifen und porös werden lassen.

Sicher ist sicher: So werden Dichtungen auf Herz und Nieren geprüft

Um diese Anforderungen sicherzustellen, sind Prüfungen und Nachweise an den Materialien nötig: Bei Frenzelit setzt man für diesen Zweck auf eine eigene Kälteprüfanlage, die mit verschiedensten Kältemittel betrieben werden kann. Anhand bestimmter Normen und Vorgaben von Kunden lassen sich so Belastungstests durchführen, um die Leistungsfähigkeit des Dichtungsmaterials nachzuweisen.

Leckagevergleich Novapress 850
Leckagevergleich Novapress 850
(Bild: Frenzelit)

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, den jeweiligen Dichtungshersteller frühzeitig in die Planungen einzubeziehen, um die Dichtungsmaterialien optimal auf den jeweiligen Anwendungsfall abzustimmen.

* *Kontakt zu Frenzelit: +49 9273 72-0

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