Ersatz fluorierter Treibhausgase durch natürliche Kältemittel – Evaluierung und Förderung innovativer Technologien in Schwerpunktanwendungen, TV 1: Nachhaltige Kälteerzeugung [...]

Beim Transport von Kühl- und Gefrierware in Kühlfahrzeugen werden Transportkälteanlagen verwendet, um die geforderten Kühltemperaturen stets sicher einzuhalten. Als Kältemittel in Transportkälteanlagen werden derzeit vorrangig die fluorierten Mischungen R404A oder R410A eingesetzt, die ein hohes direktes Treibhauspotential (GWP100) von 3922 beziehungsweise 2088 (Forster et al. 2007) haben. Natürliche Kältemittel mit sehr kleinem Treibhauspotential, wie R1270 (Propen) und R744 (Kohlendioxid), sind aufgrund ihrer thermodynamischen Eigenschaften Alternativen zu den bisher üblichen fluorierten Kältemitteln. Für die Transportkühlung kommen bisher Kälteanlagen mit einstufigen Kältemittelkreisläufen zur Anwendung. Durch den Einsatz zweistufiger Kältemittelkreisläufe ließe sich die Effizienz deutlich steigern.

In diesem Forschungsvorhaben wurde ein zweistufiger Kältemittelkreislauf mit dem Kältemittel R744 entworfen, als Laboranlage aufgebaut und intensiv experimentell untersucht. Die Laboranlage kann gleichzeitig Kälte für die Normal- und die Tiefkühlung für Mehrkammer-Kühlaufbauten bereitstellen. Das Design der Laboranlage orientierte sich an einer realen zweistufigen Transportkälteanlage. Mit den Messergebnissen der Laboranlage wurden R744-Kreislaufkomponenten und zweistufige R744- Kreislaufmodelle validiert und zur Erhöhung der Energieeffizienz weiterentwickelt. Erstellt wurden zudem im technischen Niveau vergleichbare zweistufige Kreislaufmodelle mit den Kältemitteln R410A und R1270, die individuell an die thermodynamischen Kältemitteleigenschaften angepasst wurden. Ergänzend wurden Untersuchungen und Berechnungen neuer zweistufiger R744-Kompressoren durchgeführt.

Ein Vergleich der Energieeffizienz und der Gesamtemissionen auf der Basis der modellierten Kältemittelkreisläufe zeigt, dass Transportkälteanlagen mit dem natürlichen Kältemittel R1270 (Propen) oder R744 (Kohlendioxid) geeignete Alternativen zu Kälteanlagen mit dem fluorierten Kältemittel R410A darstellen.