Wenn es um Kältemittel geht, werden Kaltwassersätze im Allgemeinen in zwei Kategorien eingeteilt: Nieder-/Mitteldruck und Mittel-/Hochdruck. Bei Nieder-/Mitteldruck-Kaltwassersätzen ist die Verwendung von reinen HFO (R1233zd und R1234ze) nützlich, die zu einem Treibhauspotenzial von fast null führen. Die Nachteile in Bezug auf die Entflammbarkeit sind relativ gering und überschaubar, vor allem wenn die Systeme im Freien oder in Maschinenräumen aufgestellt werden. Es ist zu erwarten, dass diese Systeme kurz- bis mittelfristig für Kältemittel mit sehr niedrigem Treibhauspotenzial modifiziert werden. Der obere Treibhauspotenzial-Grenzwert für große Mittel-/Hochdruck-Kaltwassersätze könnte bis zu 630 betragen, was dem Treibhauspotenzial des HFO-Gemisches R513A entspricht, das im Juli 2015 in der SNAP-Richtlinie der EPA auf die Liste der zugelassenen Kältemittel gesetzt wurde. Die Verwendung von R134a wird jedoch ab 2024 schrittweise verboten.
Bei Mittel-/Hochdruck-Kaltwassersätzen weisen die Alternativen mit 125 bis 750 ein mittleres Treibhauspotenzial auf – vorausgesetzt, Nutzer akzeptieren ein Kältemittel der Sicherheitsgruppe A2L (schwer entflammbar). Diese Alternativen sollten ebenfalls für Systeme akzeptabel sein, die im Freien oder in Maschinenräumen aufgestellt werden. Der Markt wird wahrscheinlich auf die Alternativen umsteigen, die das beste Verhältnis zwischen niedrigen Systemkosten und hoher Systemleistung bieten. Wir gehen davon aus, dass Kältemittel mit hoher Dichte/hohem Druck dazu gehören werden (Treibhauspotenzial beträgt etwa 500 bis 750).
Anwendungen für Gewerbekälte und Lebensmitteleinzelhandel sind in Bezug auf die Systemtypen und die verwendeten Kältemittel sehr verschieden. Dazu gehören Kühlräume, Kühlregale und -theken, sowohl als zentralisierte als auch als Plug-in-Ausführungen – in hermetischen oder autonomen Kühlkreisen mit Verflüssigungssätzen.
Anwendungen für Gewerbekälte und Lebensmitteleinzelhandel lassen sich in drei Hauptkategorien einteilen.
Hermetisch dichte Anwendungen eignen sich für die Verwendung von Kältemitteln mit niedrigem Treibhauspotenzial, die dank geringer Füllmengen sicher sind. In vielen dieser Systeme kommen bereits Kohlenwasserstoffe wie R600a und R290 zum Einsatz. Für die schrittweise Reduktion von Treibhausgasemissionen in der EU sind seit 2016 nur Stoffe mit einem Treibhauspotenzial von unter 150 erlaubt.
Verflüssigungssätze verfügen in der Regel über eine Kältemittelfüllmenge zwischen 5 und 20 kg. Für sie sind bestimmte Sicherheitsvorschriften notwendig, da sie brennbare Kältemittel enthalten und viele dieser Systeme öffentlich zugänglich sind.
Kältemittel mit hohem Treibhauspotenzial wie R404A werden seit vielen Jahren eingesetzt, jedoch weisen neue Alternativen – A1-klassifizierte FKW – ein im Vergleich zu R404A 60 % geringeres Treibhauspotenzial auf. Die Auswirkungen von höheren Verdichter-Heißgastemperaturen auf den Betriebsbereich sowie die Folgen des Kältemittelgleits auf die Kälteleistung stellen jedoch neue Herausforderungen dar. Wir sind davon überzeugt, dass der Markt schnell auf ein Kältemittel mit mittlerem Treibhauspotenzial (von etwa 1.500) umsteigen wird, bevor allmählich weitere Lösungen mit geringerem Treibhauspotenzial (CO2, R290 (Kohlenwasserstoffe) oder HFO-Gemische) ins Spiel kommen werden.
Zentralisierte Direktexpansionssysteme verbrauchen mit Abstand am meisten Kältemittel. Dies liegt an den großen Kältemittelfüllmengen und den hohen Leckageraten. Es wird geschätzt, dass sie eine Kältemittelmenge nutzen, die mehr als 40 % des Ausgangsniveaus beträgt, das im Rahmen der schrittweisen Reduktion von Treibhausgasemissionen in der EU empfohlen wird. In den letzten zehn Jahren hat sich CO2 zu einem alternativen Kältemittel entwickelt und kann in verschiedenen Anlagenkonfigurationen eingesetzt werden:
Transkritische Systeme, bei denen CO2 in allen Kreisläufen (MT und LT) verwendet wird. Transkritische CO2-Anlagen haben auch die Entwicklung integrierter Heiz- und Kühlsysteme vorangetrieben und die Wahl des Kältemittels mit der Art des Systems verknüpft.
Indirekte Systeme, bei denen ein kaltwassersatzähnlicher Verbund mit FKW, KW oder NH3 das CO2 in einem Sammler kühlt, der dann im MT-Kreis zirkuliert und den MT-Kreis kühlt. TK ist ebenfalls mit CO2 abgedeckt und kondensiert entweder direkt zur Kältemaschine auf der Oberseite oder zum CO2-MT-Kreis.
Kaskadenanlagen, bei denen CO2 nur im TK-Kreislauf eingesetzt und in den NK-Kreislauf mit FKW kaskadiert wird. Diese Art von System nutzt trotzdem noch etwa 80 % der in einem herkömmlichen System verwendeten FKW-Kältemittelmenge
Die Umgebungstemperatur und damit der geografische Aufstellungsort beeinflussen die Energieeffizienz eines Systems. Transkritische CO2-Systeme sind bekannt dafür, dass sie sehr empfindlich auf eine Veränderung der Außentemperatur reagieren. Allerdings haben die neuesten Lösungen mit Einspritztechnologie den Gesamtwirkungsgrad von CO2-Systemen deutlich erhöht – das gilt auch für sehr warme Klimazonen. Wir erwarten, dass ihr Marktdurchbruch in den nächsten Jahren stattfinden wird.
