Wie Kältemittel der Zukunft standhalten und die Maschineneffizienz steigern

Herr Keller, aufgrund der aktuellen klimapolitischen Geschehnisse liegt ein großes Augenmerk darauf, die Effizienz von Kältemaschinen und Wärmepumpen zu steigern, und dabei das richtige Kältemittel einzusetzen. Doch welche Eigenschaften zeichnen das perfekte Kältemittel aus?

Daniel Keller: Vorab möchte ich klarstellen: Es gibt nicht das „eine“ perfekte Kältemittel. Bei der genaueren Betrachtung des breiten Produktportfolios an Kältemaschinen und Wärmepumpen von ENGIE Refrigeration kristallisieren sich beispielsweise hohe Temperaturunterschiede von -21 bis +110 Grad Celsius heraus. Hinzu kommt ein breites Leistungsspektrum von 50 Kilowatt bis acht Megawatt. Es liegt auf der Hand, dass die unterschiedlichen Anforderungen unserer Kundschaft, denen wir mit diesen vielfältigen Kälte- und Wärmelösungen begegnen, nicht ein Kältemittel allein erfüllen kann. Dennoch gibt es drei signifikante Entscheidungskriterien für die Wahl des richtigen Kältemittels für die jeweilige Anwendung: Sicherheit, Umweltfreundlichkeit sowie Effizienz und Wirtschaftlichkeit.

Worauf legt ENGIE Refrigeration beim Einsatz von Kältemitteln besonders großen Wert?

Daniel Keller: Der zentrale Grundsatz für die Energiewende lautet „Efficiency first“. Denn: Die günstigste Energie ist die, die gar nicht erst erzeugt wird. Diese Überzeugung teilen wir bei ENGIE Refrigeration mit dem Bundesministerium für Wirtschaft und Umweltschutz. Meiner Meinung nach sollte dieser Leitsatz in der aktuellen Diskussion um die F-Gase-Verordnung viel stärker in den Fokus rücken. Uns bei ENGIE Refrigeration ist es deshalb umso wichtiger, mit gutem Beispiel voranzugehen und die Effizienz unserer Kältemaschinen und Wärmepumpen kontinuierlich zu steigern. Der Einsatz des passenden Kältemittels hat einen entscheidenden Anteil daran.

Wie tragen Kältemittel konkret dazu bei, die Effizienz von Maschinen zu steigern? Welche Faktoren spielen zusätzlich eine Rolle?

Daniel Keller: Hier kommt es auf die thermophysikalischen Eigenschaften des jeweiligen Kältemittels an. Dazu zählen die Dampfdruckkurve, Verdampfungsenthalpie, volumetrische Kälteleistung und die Verdichtungsendtemperatur. Zusätzlich sind folgende Fragestellungen zu berücksichtigen: Wie gestaltet sich der Antriebsstrang des Verdichters? Handelt es sich um ein ölfreies Maschinendesign? Welche Werkstoffe kommen zum Einsatz und wodurch zeichnen sie sich aus? Im Anschluss geht es um die zielführende Einbindung der Kältemaschine oder der Wärmepumpe, um die Effizienz im Gesamten zu steigern. Dabei sind vor allem die saisonalen Gesamtwirkungsgrade zu berücksichtigen: SEER (Seasonal Energy Efficiency Ratio), SEPR (Seasonal Energy Performance Ratio) und SCOP (Seasonal Coefficient of Performance). Aus dem realen Nutzungsverhalten lässt sich ableiten: Die Maschine muss zwar für extreme Kälte- oder Hitzeperioden auf 100 Prozent Last ausgelegt werden; den mit Abstand größten Teil der Betriebszeit läuft sie allerdings in Teillast. Der Schlüssel zu mehr Anlageneffizienz und damit zur Einsparung von Kosten und CO₂ liegt also in der Teillast.

Interessant. Können Sie dafür ein konkretes Beispiel nennen?

Daniel Keller: Selbstverständlich. Beim direkten Vergleich zwischen einer Großturbomaschine und unserem QUANTUM Power mit hoher Teillasteffizienz wird dieses Phänomen sehr deutlich:

Derweil erhöht sich der EER (Energy-Efficiency Ratio)-Wert beim QUANTUM Power stetig im Teillastbereich. Das Ergebnis spricht Bände: Unsere Kältemaschine gewinnt über das gesamte Jahr hinweg um sechs Prozent an Effizienz und spart damit 409 Megawattstunden und 164 Tonnen CO₂ ein im Vergleich zum Großturbo. Die energetisch sinnvollste Lösung, um die Anlageneffizienz zu steigern, muss also ganzheitlich betrachtet werden. Die Volllast hat nur geringe Aussagekraft.

Ganzheitlichkeit ist ein gutes Stichwort, denn Umweltfreundlichkeit nannten Sie ebenfalls als entscheidendes Kriterium für Kältemittel. Wie lässt sich diese im Anlagenbetrieb gewährleisten?

Daniel Keller: Hier ist in erster Linie zwischen indirekten und direkten CO₂-Emissionen zu differenzieren. Während die indirekten CO₂-Emissionen bei der Stromerzeugung aus verschiedenen Energiequellen entstehen, gelangen direkte CO₂-Emissionen unmittelbar aus dem Kältemittelkreislauf in die Atmosphäre. Dies geschieht beispielsweise bei Kältemittelleckagen. Oft unterschätzt wird dabei: Circa 98 Prozent der Ökobilanz der Anlage bestimmen die indirekten Emissionen, der Anteil von Kältemittelleckagen ist demnach minimal. Um die CO₂-Emissionen von Wärmepumpen bzw. Kältemaschinen zu reduzieren, gilt es folglich, die indirekten Emissionen zu verringern; beispielweise durch den Einsatz von grünem Strom oder indem Verantwortliche die Effizienz der Anlage steigern.

Und welche Rolle spielt die Sicherheit von Kältemitteln in diesem Kontext?

Daniel Keller: Über den sicheren Einsatz von Kältemitteln in der jeweiligen Kältemaschine oder Wärmepumpe entscheiden mehrere Eigenschaften: die chemische und thermische Stabilität, die Mischbarkeit mit Ölen und die Kompatibilität mit verschiedenen Werkstoffen. Zudem sollten sich Verantwortliche mit der Toxizität und der Brennbarkeit der Kältemittel auskennen. In temperatursensiblen Bereichen, wie am Flughafen, in Krankenhäusern und Rechenzentren, sind sämtliche Risikofaktoren auszuschließen. Mit dem Einsatz einer breiten Palette von A1-, A2L- und B2L-Kältemitteln erfüllen wir bei ENGIE Refrigeration die Anforderungen verschiedener Anwendungsbereiche optimal. Ein weiterer Tipp: unsere optionalen Erweiterungen PROTECT und PROTECT plus. Denn deren integriertes System überwacht unsere QUANTUM- und SPECTRUM-Baureihe zuverlässig auf Kältemittelleckagen und schaltet im Notfall potenzielle Zündquellen innerhalb von PROTECT plus sicherheitsgerichtet ab. Derweil laufen andere Komponenten im Maschinenraum effizient weiter. PROTECT harmoniert mit A1-Kältemitteln, PROTECT plus stellt die sichere Option für A2L-Kältemittel dar.

Welche zentrale Empfehlung zum Thema Kältemittel möchten Sie unseren Leser:innen zum Abschluss mitgeben?

Daniel Keller: Das ideale „Wunder-Kältemittel“ für jede Anwendung existiert nicht. Als Entscheider:in müssen Sie immer den passenden Kompromiss zwischen Umwelteinfluss, Sicherheit und Wirtschaftlichkeit für Ihren jeweiligen Bedarf finden. Zudem muss der Grundsatz „Efficiency first“ stets mitgedacht werden. Diesen Anspruch werden wir bei ENGIE Refrigeration in Zukunft weiterhin mit unserem gesamten Produktportfolio repräsentieren.

Herr Keller, vielen Dank für die wertvollen Insights!