R-410A
R-410A, auch als HFC-410A oder Suva 410A bezeichnet, ist ein zeotropes, jedoch nahezu azeotropes Kältemittelgemisch, das sehr häufig in Klimaanlagen verwendet wird. Das Gemisch besteht aus je 50 % R-32 (Difluormethan) und R-125 (Pentafluorethan). ⓘ
| Physikalische Eigenschaften | Wert ⓘ |
|---|---|
| Zusammensetzung | 50 % CH2F2 50 % CHF2CF3 |
| molare Masse [g/mol] | 72,6 |
| Schmelzpunkt [°C] | −155 |
| Siedepunkt [°C] | −48,5 |
| Flüssigkeitsdichte bei 30 °C, [kg/m³] | 1040 |
| Dampfdichte bei 30 °C, Luft=1,0 | 3,0 |
| Dampfdruck bei 21,1 °C [MPa] | 1,383 |
| Kritische Temperatur [°C] | 72,8 |
| Kritischer Druck [MPa] | 4,86 |
| Wärmekapazität (Gas) [kJ/(kg·K)] | 0,84 |
| Wärmekapazität (Flüssigkeit) bei 1 bar und 30 °C, [kJ/(kg·K)] | 1,8 |
Es weist im Vergleich zu anderen Kältemittelgemischen einen nahezu vernachlässigbar geringen Temperaturgleit, also den Temperaturbereich, in dem der Phasenübergang (flüssig « gasförmig) stattfindet, auf. Das Kältemittel hat bei 0 °C einen Dampfdruck von 8 bar und 26 bar bei 42 °C. Somit weist das Kältemittel aufgrund des vergleichsweise hohen Dampfdruckes eine sehr hohe volumetrische Kälteleistung auf. Dadurch kann mit kleinen Verdichtern eine hohe Kälteleistung erzielt werden, wodurch die Klimageräte kleiner werden können. Das Kältemittel kann allerdings nicht im Tiefkühlbereich eingesetzt werden, da die Verdichtungsendtemperatur zu hoch ist. Das Kältemittel R-407C wurde in Neuanlagen von R-410A verdrängt, da es durch den höheren volumetrischen Kältegewinn effektiver ist. Allerdings müssen die Anlagenkomponenten für höhere Drücke ausgelegt werden. Ein Kubikmeter R-410A kann bei der Verdampfung mehr Wärme aufnehmen als beispielsweise R-134a (1,1,1,2-Tetrafluorethan). ⓘ
Es weist zwar kein Ozonabbaupotenzial auf, ist aber ein Treibhausgas mit einem relativ hohen GWP-Wert von 2088 (Global warming potential, Treibhauspotenzial) und trägt somit bei Freisetzung zur globalen Erwärmung bei. ⓘ
Aufgrund seines GWP-Wertes unterhalb von 2.500 wird R-410A auf absehbare Zeit nicht von Verboten im Rahmen der aktuellen EU-F-Gase-Verordnung betroffen sein. Allerdings bedingen das Phase-down-Szenario der Verordnung und die daraus folgende schrittweise Mengenbeschränkung der Kältemittel mit hohen GWP-Werten, dass es zu einer zunehmenden Mittelverknappung und einem daraus resultierenden Preisanstieg kommen wird. Aus diesem Grund gibt es von verschiedenen Herstellern Überlegungen, Anlagen mit R-410A, das zur Hälfte aus R-32 besteht, durch reine R-32-Anlagen (GWP-Wert: 675) zu ersetzen. Seit 2013 sind hierfür erste kommerzielle Split-Klimageräte auf dem europäischen Markt verfügbar. ⓘ
Gegenüber R-410A hat R32 ein etwa um 2/3 niedrigeres Treibhauspotential, eine etwa 20 % höhere volumetrische Kälteleistung, sowie eine etwa 4,4 % höhere theoretische Leistungszahl (COP). ⓘ
Aus der höheren volumetrischen Kälteleistung gegenüber R-410A ergibt sich die Möglichkeit, geringere Querschnitte für die Kältemittelleitungen zu verwenden. Bei Verwendung der bei R-410A üblichen Querschnitte für R32 ergibt sich ein leicht höherer COP wegen geringerer Druckverluste der Leitung und des damit einher gehenden geringer ausfallenden Kompressorstromverbrauchs. ⓘ
Ob sich das Einstoff-Kältemittel R-32 gegenüber Alternativen mit niedrigerem Treibhauspotenzial wie Fluorkohlenwasserstoffen auf Basis von Molekülen mit C-Doppelbindungen durchsetzen wird, ist jedoch nicht geklärt und Bestandteil aktueller Forschung und Entwicklung, siehe zum Beispiel die öffentlich verfügbaren Forschungsberichte des Air-conditioning, Heating and Refrigeration Institute (AHRI), deren zugrundeliegende Projekte im Rahmen des Forschungsprogramms Low-GWP AREP (Alternative Refrigerants Evaluation Program) stattfanden. ⓘ
Geschichte
R-410A wurde 1991 von Allied Signal (jetzt Honeywell) erfunden und patentiert. Andere Hersteller auf der ganzen Welt haben Lizenzen für die Herstellung und den Verkauf von R-410A erhalten, aber Honeywell ist nach wie vor führend in Bezug auf Kapazität und Absatz. Die erfolgreiche Kommerzialisierung von R-410A im Bereich der Klimaanlagen wurde durch eine gemeinsame Anstrengung der Carrier Corporation, Emerson Climate Technologies, Inc. und Copeland Scroll Compressors (eine Abteilung der Emerson Electric Company) sowie Allied Signal erreicht. Die Carrier Corporation war das erste Unternehmen, das 1996 ein R-410A-basiertes Klimagerät für Wohngebäude auf den Markt brachte, und ist Inhaber der Marke "Puron". ⓘ
Verfügbarkeit
R-410A hat R-22 als bevorzugtes Kältemittel für Klimaanlagen in Wohn- und Gewerbegebäuden in Japan, Europa und den Vereinigten Staaten abgelöst. ⓘ
Es müssen speziell für R-410A konzipierte Teile verwendet werden, da R-410A bei höheren Drücken arbeitet als andere Kältemittel. Für R-410A-Systeme muss das Wartungspersonal daher andere Werkzeuge, Geräte, Sicherheitsstandards und Techniken verwenden. Die Gerätehersteller sind sich dieser Änderungen bewusst und verlangen eine Zertifizierung der Fachleute, die R-410A-Systeme installieren. Darüber hinaus wurde die AC&R Safety Coalition gegründet, um Fachleute über R-410A-Systeme aufzuklären. ⓘ
Ausstieg aus R-22
In Übereinstimmung mit dem Montrealer Protokoll (The Montreal Protocol on Substances That Deplete The Ozone Layer) hat die United States Environmental Protection Agency (US-Umweltschutzbehörde) angeordnet, dass die Produktion oder der Import von R-22 und anderen teilhalogenierten Fluorchlorkohlenwasserstoffen (H-FCKW) in den Vereinigten Staaten eingestellt werden muss. In der EU und in den USA darf R-22 ab dem 1. Januar 2010 nicht mehr für die Herstellung neuer Klimaanlagen oder ähnlicher Geräte verwendet werden. In anderen Teilen der Welt variiert das Ausstiegsdatum von Land zu Land. Heute sind alle neu hergestellten Fensterklimageräte und Mini-Split-Klimageräte in den Vereinigten Staaten mit R-410A ausgestattet. Seit dem 1. Januar 2020 ist die Herstellung und Einfuhr von R-22 verboten; die einzigen verfügbaren R-22-Quellen sind Lagerbestände oder aus bestehenden Geräten zurückgewonnenes R-22. ⓘ
Vorsichtsmaßnahmen
R-410A kann wegen des höheren Betriebsdrucks (etwa 40 bis 70 % höher) nicht in R-22-Geräten verwendet werden. ⓘ
Obwohl R-410A ein vernachlässigbares Fraktionierungspotenzial aufweist, kann es beim Aufladen nicht ignoriert werden. ⓘ
Um eine Fraktionierung bei der Befüllung des Systems zu vermeiden und eine optimale Systemleistung zu erzielen, muss je nach Art der Flasche das richtige Verfahren angewendet werden. Wenn ein Zylinder mit Tauchrohren verwendet wird, kann R-410A geladen werden, während der Zylinder aufrecht steht. Wenn die Flasche keine Tauchrohre hat, sollte sie auf dem Kopf stehen, damit die Flüssigkeit und nicht der Dampf aus der Flasche eingefüllt wird. Das Verfahren besteht dann darin, sehr langsam zu füllen, wobei das Ventil den Ausstoß drosselt, um zu vermeiden, dass der Kompressor mit Flüssigkeit überschwemmt wird. ⓘ
Handelsnamen
- Suva 410A (DuPont)
- Puron (Carrier)
- Genetron AZ-20 (Honeywell) ⓘ
Physikalische Eigenschaften
| Eigenschaft | Wert | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| Formel |
| ||||
| Molekulargewicht (Da) | 72.6 | ||||
| Schmelzpunkt (°C) | −155 | ||||
| Siedepunkt (°C) | −48.5 | ||||
| Dichte der Flüssigkeit (30 °C), kg/m3 | 1040 | ||||
| Dampfdichte (30 °C), Luft=1,0 | 3.0 | ||||
| Dampfdruck bei 21,1 °C (MPa) | 1.383 | ||||
| Kritische Temperatur (°C) | 72.8 | ||||
| Kritischer Druck, MPa | 4.90 | ||||
| Wärmekapazität des Gases (kJ/(kg-°C)) | 0.84 | ||||
| Wärmekapazität der Flüssigkeit bei 1 atm, 30 °C, (kJ/(kg-°C)) | 1.8 | ||||
| Flammpunkt | R-410A sollte NICHT mit Luft (Sauerstoff) unter Druck gemischt werden | ||||
| Selbstentzündungstemperatur | Difluormethan = 648 °C, Pentafluorethan = flammhemmend |
Thermophysikalische Eigenschaften - Eigenschaften des Kältemittels R410a ⓘ
Auswirkungen auf die Umwelt
Im Gegensatz zu brom- oder chlorhaltigen Alkylhalogenid-Kältemitteln trägt R-410A (das nur Fluor enthält) nicht zum Abbau der Ozonschicht bei und wird daher immer häufiger verwendet, da ozonschädigende Kältemittel wie R-22 schrittweise aus dem Verkehr gezogen werden. Sein Treibhauspotenzial (GWP) ist jedoch wie das von Methan deutlich schlechter als das von CO2, solange es vorhanden ist. Da R410A zu 50 % aus CH2F2 (HFC-32) und zu 50 % aus CHF2CF3 (HFC-125) besteht, ist es nicht einfach, ihre kombinierten Auswirkungen in einem einzigen Treibhauspotenzial (GWP) auszudrücken. HFC-32 hat jedoch eine Lebensdauer von 4,9 Jahren und ein 20-Jahres-GWP von 2330 und HFC-125 eine Lebensdauer von 29 Jahren und ein 20-Jahres-GWP von 6350. Dementsprechend hat die Kombination ein höheres GWP als R-22 (GWP=1760) und eine atmosphärische Lebensdauer von fast 30 Jahren, verglichen mit der 12-jährigen Lebensdauer von R-22. ⓘ
Da R-410A durch die Verringerung des Stromverbrauchs höhere SEER-Werte als ein R-22-System ermöglicht, können die Gesamtauswirkungen von R-410A-Systemen auf die globale Erwärmung in einigen Fällen aufgrund der geringeren Treibhausgasemissionen von Kraftwerken geringer sein als die von R-22-Systemen. Dies setzt voraus, dass die Leckage in der Atmosphäre ausreichend kontrolliert wird. Unter der Annahme, dass die Verhinderung des Ozonabbaus kurzfristig wichtiger ist als die Reduzierung des Treibhauspotenzials, ist R-410A gegenüber R-22 vorzuziehen. ⓘ
Die Verwendung von R-410A nimmt weltweit und schnell zu. Es gibt zwar einige Spekulationen über seine Ausmusterung, aber im Jahr 2015 gab es keine allgemein akzeptierten Alternativen für den Einsatz in kommerziellen Klimaanlagen - vor allem, wenn man die Entflammbarkeit berücksichtigt -, obwohl viele Unternehmen nach Optionen suchten. Der US-amerikanische Hersteller Carrier kündigte an, dass das etwas effizientere und brennbare R-454B (GWP=466) ab 2023 in seinen Produkten angeboten werden wird. ⓘ