de.wedoany.com-Bericht: Ammoniak (R717) als natürliches Kältemittel mit hervorragenden thermodynamischen Eigenschaften und den Umweltvorteilen von null ODP und null GWP wandelt sich von traditionellen großen Industrieanwendungen hin zu kleinen und mittleren Kälteanwendungen. Der Schlüssel zu diesem Wandel liegt im Durchbruch der Niedrigfülltechnologie. Die von der SRM-Marke der Snowman Group eingeführte SRS-Serie halbhermetischer Schraubenverdichter löst durch ihr wellendichtungsloses Design das Leckageproblem an der Wurzel und bietet eine Kernunterstützung für die Miniaturisierung von Ammoniak-Kältesystemen.

Vom späten 19. bis zum frühen 20. Jahrhundert war Ammoniak das am weitesten verbreitete Kältemittel. Nach dem Aufkommen der ersten Generation von Fluorkältemitteln zog sich Ammoniak aus Sicherheitsbedenken allmählich aus dem zivilen und kleinen gewerblichen Bereich zurück und blieb nur in großen zentralisierten Systemen erhalten. Das Leckagerisiko der Wellendichtung traditioneller offener Verdichter sowie die Bedenken der Öffentlichkeit hinsichtlich der Entflammbarkeit und Toxizität von Ammoniak waren zwei Haupthindernisse für seine Verbreitung in kleinen und mittleren Kälteanwendungen. Nach zwei schweren Ammoniakunfällen im Inland im Jahr 2013 wurde der kritische Wert für die Einstufung von Flüssigammoniakbeständen als schwerwiegende Gefahrenquelle von 40 Tonnen auf 10 Tonnen gesenkt, was zu strengeren Vorschriften für traditionelle Ammoniaksysteme führte. In der Folge kamen Kältemittel mit hohem GWP wie R507A und R404A, die zu den Fluorkohlenwasserstoffen (HFCs) gehören, in großem Umfang zum Einsatz, was das Problem der Kohlenstoffemissionen verschärfte.

Die 2014 von der EU eingeführte F-Gas-Verordnung sieht einen schrittweisen Reduktionsmechanismus für die Produktion und Verwendung von HFC-Kältemitteln vor, mit dem Ziel, den Verbrauch bis 2030 auf 21 % des Niveaus von 2015 zu senken. Die Verordnung eröffnete durch eine Kombination von Maßnahmen wie dem Verbot in Neuanlagen, der Bestandskontrolle und Anreizen für Alternativen den Markt für den Einsatz von Ammoniak-Kältesystemen in kleinen und mittleren Anwendungen.

China setzt derzeit das nationale Programm zum Montrealer Protokoll (2025-2030) um, wonach ab 2029 die Verwendung von HFC-Kältemitteln wie R507A und R404A in Neuanlagen verboten wird. Gleichzeitig verlangt das System der doppelten Kontrolle der Kohlenstoffemissionen, dass große und mittlere Kühlhäuser beschleunigt Ammoniak (R717) oder Kohlendioxid (R744) sowie deren Verbundsysteme einsetzen, wobei für mittlere Systeme vorzugsweise Ammoniak oder Kohlendioxid gewählt werden, während bei kleinen Systemen die jährliche Leckagemenge von HFC-Kältemitteln überwacht werden muss.

Die von der SRM-Marke der Snowman Group eingeführte SRS-Serie halbhermetischer Schraubenverdichter eliminiert konstruktionsbedingt vollständig die Wellendichtung. Die integrierte, geschlossene Bauweise von Verdichter und Motor beseitigt die Möglichkeit von Wellendichtungslecks an der Wurzel. Die technologische Innovation bringt mehrere Vorteile mit sich: Das wellendichtungslose Design ermöglicht einen langfristigen Systemstillstand ohne Leckagerisiko; die kompakte Bauweise führt zu geringeren Abmessungen, und die geringe Einzelfördermenge eignet sich für kleine und mittlere Kälteanwendungen; das vereinfachte System reduziert Rohrleitungsschweißarbeiten und potenzielle Leckagestellen, was die Installationskosten und den Wartungsaufwand senkt.

Basierend auf diesem Verdichter haben Ingenieure und Techniker mehrere Niedrigfüll-Ammoniak-Kältesystemlösungen entwickelt, darunter indirekte Kühlverfahren (wie Kaltwasser-, Salzwasser- oder CO2-Kälteträgeranlagen oder Kaskadenkühlung), direkte Kühlung mit dezentralen Kompaktgeräten oder kompakten Ammoniak-Kältemaschinenräumen sowie in zentralisierten Systemen die Verwendung von präzisen Kältemittelzufuhrmethoden wie Nass-Direktexpansion, dezentraler Schwerkraftzufuhr oder Einfachumlauf-Pumpenzufuhr, die alle die Ammoniakfüllmenge wirksam reduzieren können.

2017 wurde die erste europäische halbhermetische Ammoniak-Tandem-Schraubenverdichteranlage erfolgreich in der Eishalle in Braunlage, Deutschland, in Betrieb genommen. Die Anlage verwendet einen Permanentmagnet-Synchronmotor, SPS-Steuerung und Frequenzumrichterantrieb, um Last- und Umgebungsänderungen präzise zu folgen und ein effizientes Ammoniak-Kältesystem mit niedriger Füllmenge zu realisieren.

Ein deutsches Kühlhaus baute eine bestehende Anlage von einem Fluorkältemittelsystem auf ein Ammoniaksystem um. Dabei wurde der halbhermetische Ammoniak-Schraubenverdichter in einer Tandem-Verdichteranlage, einem Ammoniak-Plattenwärmetauscher und einem Glykolpumpensystem eingesetzt, wobei die gesamte Ausrüstung in einem Standard-Container untergebracht wurde. Diese Lösung reduzierte die Installationskosten vor Ort und die Ammoniakfüllmenge erheblich, nutzte die bestehenden Lagereinrichtungen optimal aus und hielt die Umbaukosten sehr niedrig.

Eine 175 Jahre alte Brauerei im bayerischen Deutschland entschied sich beim Ausbau ihrer Kälteanlage für Ammoniak als Ersatz für R404A. Die Verwendung eines halbhermetischen Ammoniak-Tandem-Verdichtersatzes mit Frequenzumrichterantrieb ermöglicht es dem Verdichter, Laständerungen perfekt zu folgen. Das Design mit einem Haupt- und einem Reserveverdichter bietet Redundanz und Produktionssicherheit bei Teillastbetrieb, und die begleitende Auslegung ist optimal auf die tatsächlichen Lastschwankungen der Brauerei abgestimmt.

Die weltweit erste halbhermetische Ammoniak-Kaltwasser-/Wärmepumpen-Kombination wurde in einem Umbauprojekt einer stillgelegten Philips-Fabrik in den Niederlanden in Betrieb genommen. Das System kann zwischen Kühlbetrieb im Sommer und Heizbetrieb im Winter umschalten. Im Winterbetrieb dient der Ammoniak-Flüssigkeitssammler als Economizer zur Steigerung der Heizleistung. Der Einsatz von Trockenkühlern und hocheffizienten Platten-/Mantelwärmetauschern reduziert die Kältemittelfüllmenge auf ein Minimum, und das wellendichtungslose Design des halbhermetischen Verdichters zerstreut wirksam die Bedenken der Öffentlichkeit hinsichtlich der Sicherheit von Ammoniak.

Europa hat weitere Anwendungsfälle gesammelt: Ein Kühlhaus in Norddeutschland verwendet einen halbhermetischen Ammoniak-Einstufen-Zweistufenverdichter mit Frequenzumrichter, der effizienter, einfacher im System und platzsparender ist als ein Booster-System; ein österreichischer Käsereiferaum verwendet zwei SRS-Tandem-Verdichtersätze, wobei das miniaturisierte Ammoniaksystemdesign in Kombination mit dem Frequenzumrichterantrieb die Kapazität präzise an den Bedarf anpasst; ein marines Kühlsystem im Nahen Osten ersetzte alte Geräte durch drei Snowman SRS-halbhermetische Ammoniakverdichter, was zu einem kompakteren und effizienteren System führte.

China setzt derzeit das nationale Programm zum Montrealer Protokoll (2025-2030) um, wonach HFC-Kältemittel wie R507A und R404A ab 2029 in Neuanlagen verboten werden. Gleichzeitig wird der Staat in Kürze ein System der doppelten Kontrolle der Kohlenstoffemissionen für die Kühlkettenbranche einführen, und Kühlhausbetreiber werden wirksam mit dem nationalen Emissionshandelssystem verknüpft.

Bei kleinen und mittleren Kältesystemen ist es im Vergleich zu großen Systemen einfacher, die Flüssigammoniakfüllmenge unter 10 Tonnen zu halten. Die 2021 veröffentlichte chinesische nationale Norm „Kühlhaus-Planungsstandard" stellt auch freundlichere Anforderungen an den Abstand von Ammoniak-Kältesystemen zu außerhalb gelegenen Wohngebäuden als die Version von 2010.

Durch die Integration der europäischen Technologieressourcen von SRM hat die Snowman Group die lokale Produktion halbhermetischer Ammoniak-Schraubenverdichter am Hauptsitz in der Provinz Fujian realisiert. Vom ersten europäischen halbhermetischen Tandem-Verdichtersatz im Jahr 2017 bis zur weltweit ersten halbhermetischen Ammoniak-Kaltwasser-/Wärmepumpen-Kombination führt Snowman die ausgereiften europäischen Niedrigfüll-Ammoniak-Kältetechnologielösungen auf den chinesischen Markt ein.

Der Xundian Zhihe Green Low-Carbon Kühlkettenlogistikpark im Kreis Xundian, Kunming, Yunnan, erstreckt sich über 163 Mu (ca. 10,9 Hektar) und hat eine Gesamtlagerkapazität von über 220.000 Kubikmetern, darunter 63 Kühlräume mit 0 Grad Celsius und 5 zentrale Ammoniak-Kältemaschinenräume. Das Projekt verwendet ein Ammoniak-Kältesystem. Die Hauptausrüstung besteht aus Snowman SRS-Serien halbhermetischen Ammoniak-Tandem-Verdichtersätzen, die mit Permanentmagnet-Synchron-Frequenzumrichtermotoren ausgestattet sind. Diese können den optimalen Betriebslastzustand in Echtzeit an die Nutzung des Kühlhauses anpassen und in Kombination mit der Niedrigfülltechnologie einen effizienten, energiesparenden und kohlenstoffarmen Betrieb ermöglichen.

Der Wanwei Chengdu Xinjin Kühlkettenlogistikpark erstreckt sich über eine Fläche von 51.000 Quadratmetern und verwendet ein R717/R744-Kälteträgersystem. Die Hauptausrüstung besteht aus Snowman SRS-Serien halbhermetischen Ammoniak-Tandem-Verdichtersätzen. Die Niedrigfülltechnologie in Kombination mit dem CO2-Kälteträgersystem reduziert die zirkulierende Ammoniakfüllmenge erheblich. Mehrere Tandem-Verdichtersätze ermöglichen eine freie Lastanpassung und gegenseitige Reservehaltung der Verdichter und bieten Mehrzonenlagerung von minus 25 bis plus 15 Grad Celsius.