Einleitung
J. Perkins verwirklichte im Jahre 1834 zum ersten Mal das Prinzip der Kompressionskältemaschine. Schon ihn beschäftigte zu diesem Zeitpunkt die Wahl des richtigen Kältemittels. Er verwendete das stark explosive und narkotische Ethylether, welches aufgrund seiner Wirkungen schnell durch das Dimethylether abgelöst wurde. Allerdings konnten erst Ammoniak, Kohlendioxid und Schwefeldioxid zwischen 1866 und 1930 entscheidendere Akzente setzen. In der Zeit von 1920 bis 1930 kamen jedoch auch Kohlenwasserstoffe erstmals zur Erprobung.3 Mit der Einführung von Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW) in den 30er Jahren des letzten Jahrhunderts konnten erstmals chemisch beständige, nicht brennbare und ungiftige Arbeitsstoffe zum Einsatz kommen. Die FCKW wurden aufgrund ihrer günstigen Eigenschaften auch als „Sicherheitskältemittel“ bezeichnet. Neben den FCKW konnte sich nur Ammoniak in der Kältetechnik behaupten. Erst seit 1980 wurden diese vermeintlich umweltfreundlichen Kältemittel wieder in Frage gestellt. 1987 folgte auf diese Entwicklung ein internationales Abkommen über Kontrollmaßnahmen zum Schutz der Ozonschicht. Dieses Montrealer Protokoll legte den schrittweisen Ausstieg aus der FCKW-Produktion, aufgrund seiner Ozon schädigenden Wirkung, fest.4
Spätestens an dieser Stelle begann die verstärkte Suche nach alternativen Kältemitteln, vor allem in Hinsicht auf die Verminderung von umweltschädigenden Eigenschaften. Eine langsame Umstellung auf umweltfreundlichere Mittel begann. Als Beispiel ist die Einführung von R134a und R22 als Ersatzkältemittel für R12 durch das Bundesumweltamt vom 30. Dezember 1995 zu nennen. Leider gelang es bis heute nicht, optimale Ersatzstoffe für die FCKW zu finden.5 Aus heutiger Sicht bieten sich als Alternative vor allem die teilhalogenierten Fluorchlorkohlenwasserstoffe (HFKW), aber auch die natürlichen Kältemittel, die bereits vor über 100 Jahren eingesetzt wurden, an.
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3 Vgl. Flacke, N.: Alternative Kältemittel. In: Technik am Bau, 2 (1998), S. 45.
4 Vgl. Wille, W.: Kältemittel in Deutschland. In: Sicherheitsingenieur: unabhängige Fachzeitschrift zu Sicherheit und Gesundheit. 4 (2001), S. 50.
5 Vgl. Flacke, N.: Alternative Kältemittel. In: Technik am Bau, 2 (1998), S. 46
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
2. Das System der Kälteanlage
2.1 Allgemeine Funktionsweise
2.2 Die Hauptteile einer Kälteanlage
3. Anforderungsprofil und Klassifizierung von Kältemitteln
3.1 Allgemeine Überlegungen zur Kältemittelauswahl
3.2 Gesetzliche Regelungen
3.3 Klassifizierung der Kältemittel
3.4 Bezeichnung der Kältemittel
4. Kohlenwasserstoffe als Kältemittel
4.1 Sicherheitstechnische Aspekte
4.2 Umwelteinflüsse
4.3 Energietechnische Aspekte
4.4 Einsatzmöglichkeiten der Kohlenwasserstoffe als Kältemittel
4.5 Möglichkeiten der Umrüstung bestehender Anlagen
4.6 Greenfreeze
5. Resümee und Ausblick
6. Literaturverzeichnis
Zielsetzung und thematische Schwerpunkte
Die vorliegende Arbeit untersucht die Eignung von Kohlenwasserstoffen als umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichen Kältemitteln unter Berücksichtigung sowohl energietechnischer als auch sicherheitstechnischer Parameter. Ziel ist es, die bestehende Literatur zu analysieren, um zu klären, ob Kohlenwasserstoffe eine praktikable Lösung für aktuelle kältetechnische Herausforderungen darstellen.
- Grundlagen und Funktionsweise von Kompressionskälteanlagen
- Anforderungsprofile und gesetzliche Klassifizierungen von Kältemitteln
- Sicherheitstechnische Bewertung (insbesondere Brennbarkeit) von Kohlenwasserstoffen
- Energietechnische Analyse und thermodynamische Eigenschaften
- Möglichkeiten und Voraussetzungen für die Umrüstung bestehender Anlagen
Auszug aus dem Buch
4.1 Sicherheitstechnische Aspekte
Aus sicherheitstechnischer Sicht spielen verschiedene Faktoren eine Rolle. Von besonderer Bedeutung beim Einsatz von Kohlenwasserstoffen ist jedoch die Brennbarkeit. Wie bereits in Abschnitt 3.3 erwähnt, gehören die Kohlenwasserstoffe in die Gruppe 3 der Unfallverhütungsvorschrift BGV-D4, das heißt, sie besitzen eine untere Zündgrenze von weniger als 3,5 Volumenprozent. Deshalb finden sie auch eine breite Anwendung im Haushalt. Unter anderem werden sie zur Raumheizung oder zum Kochen eingesetzt.
Bivens stellte 1994 eine Reihe an sicherheitstechnisch relevanten Fragen vor, die beim Umgang mit Kohlenwasserstoffen Beachtung finden müssen.
Besonders entscheidend ist natürlich die erste Frage, denn primär sollte die Sicherheit aller Beteiligten gewährleistet werden können. Die gesetzlichen Grundlagen befinden sich ohnehin in einer ständigen Veränderung und werden den aktuellen Gegebenheiten immer wieder angepasst.
Die Explosions- oder Zündgrenze „ist die minimale bzw. maximale Konzentration eines brennbaren Gases oder Dampfes mit Luft, bei der das Gemisch durch einen Funken oder Erhitzen bei Erreichen der Zündtemperatur zur Explosion gebracht werden kann.“ Diese Grenzen sind von Druck und Temperatur abhängig, deshalb wird für den oben genannten Wert ein Anfangszustand von 1013 mbar und 20ºC angenommen. Für Propan liegt die untere Explosionsgrenze bei 2,4 und die obere bei 9,5 Volumenprozent. Die Zündtemperatur gibt zudem noch die Temperatur an, bei der eine Selbstentzündung der Stoffe an heißen Körpern stattfindet. Zum Beispiel liegt dieser Wert für Propan bei etwa 510ºC.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Historischer Rückblick auf die Kältemittelentwicklung und Einordnung der Relevanz alternativer Kältemittel im Kontext des Ozonabbaus und Klimaschutzes.
2. Das System der Kälteanlage: Erläuterung der thermodynamischen Funktionsweise sowie der Komponenten einer Kompressionskälteanlage.
3. Anforderungsprofil und Klassifizierung von Kältemitteln: Darstellung der Kriterien für die Kältemittelauswahl sowie gesetzlicher Regelungen und Klassifizierungsmodelle.
4. Kohlenwasserstoffe als Kältemittel: Detaillierte Untersuchung der sicherheitstechnischen, ökologischen und energietechnischen Aspekte von Kohlenwasserstoffen sowie deren Einsatz in Bestandsanlagen und der Greenfreeze-Technologie.
5. Resümee und Ausblick: Synthese der Untersuchungsergebnisse und Bewertung der Zukunftsfähigkeit von Kohlenwasserstoffen in der Kältetechnik.
6. Literaturverzeichnis: Auflistung der verwendeten Quellen und Fachliteratur.
Schlüsselwörter
Kältetechnik, Kohlenwasserstoffe, Propan, Isobutan, Sicherheitstechnik, Brennbarkeit, Kompressionskältemaschine, Umwelteinflüsse, Treibhauseffekt, Greenfreeze, Anlagentechnik, Energieeffizienz, Kältemittelwahl, thermodynamische Eigenschaften, Ozonschicht.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Hausarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit analysiert die technischen und sicherheitsrelevanten Vor- und Nachteile der Nutzung von Kohlenwasserstoffen (wie Propan und Isobutan) als alternative Kältemittel in der Kältetechnik.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Arbeit behandelt die thermodynamischen Grundlagen von Kälteanlagen, ökologische Auswirkungen der Kältemittelwahl, Sicherheitsanforderungen bei brennbaren Stoffen und die wirtschaftliche Umrüstbarkeit bestehender Anlagen.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel besteht darin, zu bewerten, ob Kohlenwasserstoffe unter Berücksichtigung von Energie- und Sicherheitsaspekten eine reale und umweltverträgliche Alternative zu den bisher gebräuchlichen, oft ozonschädigenden oder klimaschädlichen Mitteln darstellen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit basiert auf einer fundierten Literaturanalyse technischer Fachpublikationen und Verordnungen, um den aktuellen Wissensstand kritisch aufzuarbeiten.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Im Hauptteil werden neben den physikalischen Grundlagen der Kältetechnik detailliert die Brennbarkeit, die Umweltverträglichkeit und die energietechnische Effizienz von Kohlenwasserstoffen sowie deren Anwendung in verschiedenen Anlagengrößen diskutiert.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit wird durch Begriffe wie Kohlenwasserstoffe, Kältetechnik, Sicherheitstechnik, Brennbarkeit und ökologische Nachhaltigkeit charakterisiert.
Warum ist die Brennbarkeit von Kohlenwasserstoffen ein zentrales Diskussionsthema?
Da Kohlenwasserstoffe als Kältemittel der Gruppe 3 zugeordnet sind, erfordert ihre niedrige Zündgrenze besondere Sicherheitsvorkehrungen, was bei Anlagenbauern und Nutzern häufig zu Bedenken hinsichtlich des Sicherheitskompromisses führt.
Was zeigt das Beispiel der Greenfreeze-Technologie?
Das Beispiel beweist, dass der Einsatz von Kohlenwasserstoffen (Propan/Butan) im Kleingerätebereich trotz anfänglichen Widerstands der Industrie technologisch möglich, umweltfreundlich und wirtschaftlich erfolgreich umsetzbar ist.
- Quote paper
- Henri Schmidt (Author), 2004, Energietechnische und sicherheitstechnische Aspekte der Nutzung von Kohlenwasserstoffen als alternative Kältemittel, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/36258
