Bei der Auswahl eines Ultratiefkühlschranks (ULT) sind die effizientesten und umweltfreundlichsten Optionen diejenigen, die natürliche Kohlenwasserstoff-Kältemittel verwenden. Speziell moderne Systeme verwenden häufig eine Kombination aus R290 (Propan) und R170 (Ethan). Diese Gase bieten überlegene thermodynamische Eigenschaften und haben im Vergleich zu den synthetischen Kältemitteln, die sie ersetzen, nur einen vernachlässigbaren Einfluss auf die globale Erwärmung.
Die Kernentscheidung betrifft nicht mehr nur das Erreichen einer Zieltemperatur. Es ist eine strategische Wahl, die betriebliche Effizienz, langfristige Betriebskosten und Umweltverantwortung in Einklang bringt, indem man sich für natürliche Kältemittel mit einem nahezu Null-Treibhauspotenzial entscheidet.
Das Problem mit herkömmlichen Kältemitteln
Um den Wandel hin zu natürlichen Kältemitteln zu verstehen, ist es wichtig, die Probleme mit älteren chemischen Verbindungen in der Kältetechnik zu kennen. Die Umweltauswirkungen eines Kältemittels werden anhand von zwei Schlüsselkennzahlen gemessen.
Ozonabbaupotenzial (ODP)
Es wurde festgestellt, dass ältere Kältemittel wie Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) die Ozonschicht der Erde schädigen. Daher wurden sie im Rahmen internationaler Abkommen wie dem Montreal-Protokoll schrittweise eingestellt.
Moderne Kältemittel, einschließlich synthetischer Stoffe (HFCs) und natürlicher Kohlenwasserstoffe, haben ein ODP von Null.
Treibhauspotenzial (GWP)
Das GWP misst die Fähigkeit eines Gases, Wärme in der Atmosphäre zurückzuhalten, im Vergleich zu Kohlendioxid (CO2), das ein GWP von 1 hat.
Viele HFKW-Ersatzstoffe der ersten Generation, bekannt als Fluorkohlenwasserstoffe (HFCs), haben ein extrem hohes GWP. R23 beispielsweise, ein gängiges ULT-Kältemittel, hat ein GWP von über 14.000, was bedeutet, dass es über 100 Jahre hinweg 14.000-mal mehr Wärme einfängt als CO2.
Die Überlegenheit natürlicher Kältemittel
Moderne ULT-Gefrierschränke erreichen ihre niedrigen Temperaturen mithilfe eines „Kaskadensystems“, das im Wesentlichen aus zwei Kühlsystemen besteht, die zusammenarbeiten. Dies ermöglicht die Verwendung spezialisierter Kältemittel, die für unterschiedliche Temperaturbereiche optimiert sind.
R290 (Propan): Das Arbeitspferd der Hochstufe
In einem Kaskadensystem wird R290 typischerweise im ersten oder „Hochstufen“-Kreislauf verwendet, um den zweiten Kreislauf zu kühlen.
Es ist außergewöhnlich energieeffizient und hat ein GWP von nur 3. Dies macht es zu einer weitaus verantwortungsvolleren Wahl als die HFKW, die es ersetzt.
R170 (Ethan): Der Spezialist für die Tieftemperaturstufe
Der zweite, der „Tieftemperaturstufen“-Kreislauf, ist für das endgültige Herunterkühlen auf Ultratiefsttemperaturen (-80 °C) zuständig. R170 ist ideal für diese Aufgabe.
Wie R290 ist Ethan ein hochwirksamer natürlicher Kohlenwasserstoff mit einem GWP von ungefähr 6. Die Verwendung von R170 im Tieftemperaturkreislauf vermeidet die Notwendigkeit von synthetischen Gasen mit hohem GWP.
Verständnis der Kompromisse
Obwohl natürliche Kältemittel die klare Wahl für Nachhaltigkeit und Effizienz sind, ist es wichtig, den vollständigen Kontext ihres Einsatzes zu verstehen.
Effizienz und Kompressortechnologie
Die Effizienz eines Gefrierschranks wird nicht allein durch das Kältemittel bestimmt. Das Fluid muss harmonisch mit dem Kompressor zusammenarbeiten.
Laufende Fortschritte in der Kompressortechnologie sind speziell darauf ausgelegt, die Leistung mit natürlichen Kohlenwasserstoffen zu optimieren, was zu geringerem Energieverbrauch und reduzierten Betriebskosten führt.
Die Alternative mit hohem GWP: R23
Einige ULT-Gefrierschränke verwenden im Tieftemperaturbereich immer noch R23 (Trifluormethan). Obwohl es ein wirksames Kältemittel ist, handelt es sich um ein HFKW mit einem GWP von über 14.000.
Die Wahl eines Gefrierschranks mit R23 bedeutet, eine erhebliche langfristige Umweltbelastung in Kauf zu nehmen. Da die Vorschriften für Gase mit hohem GWP strenger werden, könnten diese Systeme auch schwieriger oder teurer zu warten sein.
Entflammbarkeit: Ein kontrolliertes Risiko
Natürliche Kohlenwasserstoffe wie Propan und Ethan sind brennbar. Dieses Risiko wird jedoch bei modernen ULT-Gefrierschränken wirksam kontrolliert.
Die verwendete Menge an Kältemittel (die „Füllmenge“) ist extrem gering, und die Systeme sind hermetisch abgedichtet und mit robusten Sicherheitsfunktionen ausgestattet. Diese Gefrierschränke sind von Sicherheitsbehörden wie UL für den sicheren Betrieb in einer Laborumgebung zertifiziert.
Die richtige Wahl für Ihr Labor treffen
Bei der Auswahl eines ULT-Gefrierschranks sollten Sie den Kältemitteltyp als wichtigen Indikator für die technologische Generation und die Umweltauswirkungen des Geräts verwenden.
- Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf maximaler Nachhaltigkeit und Effizienz liegt: Wählen Sie einen Gefrierschrank, der ein vollständig natürliches Kohlenwasserstoff-Kaskadensystem verwendet, wie R290 in der Hochstufe und R170 in der Tieftemperaturstufe.
- Wenn Sie ein älteres oder alternatives Modell bewerten: Seien Sie kritisch bei jedem System, das R23 oder andere HFKW verwendet. Sie müssen dessen Leistung gegen sein extrem hohes Treibhauspotenzial abwägen.
- Beim Vergleich von Gefrierschränken: Schauen Sie immer in das Datenblatt nach den genau verwendeten Kältemitteln und bestätigen Sie, dass deren GWP niedrig ist. Diese Metrik ist das direkteste Maß für die Umweltauswirkungen des Gefrierschranks.
Indem Sie Systeme mit natürlichen Kältemitteln priorisieren, investieren Sie in eine Technologie, die nicht nur effizienter, sondern auch umweltbewusster ist.
Zusammenfassungstabelle:
| Kältemittel | Typ | Häufige Verwendung in ULT-Gefrierschränken | GWP (Treibhauspotenzial) |
|---|---|---|---|
| R290 (Propan) | Natürlicher Kohlenwasserstoff | Hochstufenkreislauf | ~3 |
| R170 (Ethan) | Natürlicher Kohlenwasserstoff | Tieftemperaturkreislauf | ~6 |
| R23 (Trifluormethan) | Synthetisches HFKW | Tieftemperaturkreislauf (Veraltet) | >14.000 |
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