Effiziente & sichere Rohrverbindungen in der Kältetechnik

Typische Anwendungsbereiche

• Kälte- und Kühlanlagen: Effiziente Lösungen für Supermärkte, Hotels und Industrie
• Wärmepumpen: Einfache, zeitsparende Pressverbindungen möglich
• Gewerbliche Kältetechnik: Perfekt abgestimmt auf die Anforderungen, flexible Wahl von Werkstoff und Verbindungstechnik
• Industriekälte: Ideal für Produktionsprozesse mit hohen Anforderungen an Druck- und Temperaturbeständigkeit

Aktuelle Herausforderungen der Kälte- und Klimatechnik aus Sicht der installierenden Betriebe

• Hohe Betriebsdrücke und Temperaturen: In der Kältetechnik müssen Rohrleitungen und andere Komponenten extremen Betriebsdrücken und Temperaturen standhalten, insbesondere im transkritischen Bereich. Dies erfordert den Einsatz von hochwertigen Materialien und sorgfältiger Verarbeitung, um Leckagen und Systemausfälle zu vermeiden.
• Materialwahl und Verbindungstechniken: Die Wahl des richtigen Materials und der Verbindungstechnik ist entscheidend für die Langlebigkeit und Effizienz der Kältesysteme. Kupfer, Kupferlegierungen und spezielle Materialien wie CuFe2P sind häufig im Einsatz. Unterschiedliche Verbindungstechniken wie Löten, Pressen oder Bördeln haben jeweils ihre Vor- und Nachteile, und die Entscheidung hängt oft von betrieblichen Präferenzen und spezifischen Anwendungsanforderungen ab.
• Neue Vorschriften und Umweltauflagen: Mit dem steigenden Bewusstsein für Umwelt- und Klimaschutz stehen Betriebe vor der Herausforderung, umweltfreundliche und energieeffiziente Lösungen zu implementieren. Dies erfordert nicht nur technisches Know-how, sondern auch Investitionen in neue Technologien und Materialien. Insbesondere die F-Gase-Verordnung ist eine Herausforderung für die Branche. Fluorierte Treibhausgase (F-Gase) sind ein Sammelbegriff für HFCs (Fluorkohlenwasserstoffe), PFCs (Perfluorkohlenwasserstoffe) und SF₆ (Schwefelhexafluorid).

  F-Gase haben einen sehr hohen GWP-Wert (Global Warming Potential). Das bedeutet, dass sie einen großen negativen Einfluss auf die globale Erwärmung haben. HFCs tragen am deutlichsten zu den F-Gas-Emissionen bei. Als alternatives Kältemittel in Kälteanwendungen eignet sich etwa CO₂. Die EU hat daher einen schrittweisen Ausstieg aus der Verwendung von F-Gasen beschlossen:

  • Ab 2027: Verbot von F-Gasen mit einem Treibhauspotenzial (GWP) von über 150 in neuen Wärmepumpen und Klimaanlagen.
  • Ab 2035: Verbot aller nicht natürlichen Kältemittel in Wärmepumpen und Klimaanlagen, auch solcher mit niedrigem GWP-Wert.
  • Ab 2050: Vollständiger Ausstieg aus der Verwendung von HFKW (teilfluorierten Kohlenwasserstoffen).
• Installation und Wartung: Die Installation und Wartung von Kälte- und Klimasystemen erfordert qualifiziertes Fachpersonal und eine sorgfältige Planung. Dies umfasst die Auswahl der richtigen Komponenten, die fachgerechte Installation und regelmäßige Wartungsarbeiten, um die Lebensdauer der Systeme zu maximieren.

Verbindungsarten

Kältemittelleitungen können grundsätzlich durch Löten, Pressen oder Bördeln verbunden werden. Dabei hat jede Technik ihre Vor- und Nachteile. Oft setzen Betriebe aus ganz verschiedenen Gründen, beispielsweise aufgrund einfacherer Lagerhaltung oder Spezialisierung, auf nur eine Verbindungstechnik. Dies ist völlig angemessen, da der Kältebauer und nicht der Hersteller die Entscheidung treffen sollte.

Verbreitetste Kältemittel

Die verbreitetsten Kältemittel lassen sich in zwei Hauptkategorien einteilen: natürliche und synthetische Kältemittel.

Natürliche Kältemittel

• Ammoniak (R-717): Häufig in industriellen Kälteanlagen verwendet, da es eine hohe Energieeffizienz und keine direkten Treibhausgaseffekte hat.
• Kohlendioxid (R-744): Wird oft in Supermärkten und in der Lebensmittelindustrie eingesetzt. Es hat ein sehr niedriges Treibhauspotenzial.
• Propan (R-290): Ein Kohlenwasserstoff, der in Haushaltskühlschränken und kleinen Klimaanlagen verwendet wird.
• Butan (R-600a): Ebenfalls ein Kohlenwasserstoff, der in Haushaltsgeräten wie Kühlschränken genutzt wird.
• Wasser (R-718): Wird in speziellen Anwendungen wie großen Klimaanlagen und Wärmepumpen eingesetzt.

Synthetische Kältemittel

• R-134a: Ein weit verbreitetes Kältemittel in Autoklimaanlagen und Haushaltskühlschränken.
• R-410A: Häufig in modernen Klimaanlagen und Wärmepumpen verwendet.
• R-32: Ein neueres Kältemittel mit einem geringeren Treibhauspotenzial als R-410A, das zunehmend in Klimaanlagen eingesetzt wird.

R-134a, R-410A und R-32 zählen zu den F-Gasen.

Diese Kältemittel werden je nach Anwendung und Umweltanforderungen ausgewählt. Natürliche Kältemittel sind oft umweltfreundlicher, während synthetische Kältemittel in bestimmten Anwendungen effizienter sein können.

Nachteile natürlicher Kältemittel

Natürliche Kältemittel haben viele Vorteile, aber es gibt auch einige Nachteile, die berücksichtigt werden müssen:

• Brennbarkeit: Viele natürliche Kältemittel wie Propan (R-290) und Butan (R-600a) sind brennbar und stellen ein Explosionsrisiko dar.
• Toxizität: Ammoniak (R-717) ist giftig und kann bei Leckagen gesundheitsschädlich sein.
• Geruch: Einige natürliche Kältemittel, wie Ammoniak, haben einen starken und unangenehmen Geruch.
• Kompatibilität: Nicht alle natürlichen Kältemittel sind mit bestehenden Kälteanlagen kompatibel, was Anpassungen oder den Austausch von Komponenten erfordern kann.
• Hoher Druck: Kohlendioxid (R-744) arbeitet bei sehr hohen Drücken, was spezielle und teurere Ausrüstungen erfordert.

Trotz dieser Nachteile sind natürliche Kältemittel eine umweltfreundlichere Alternative zu synthetischen Kältemitteln und werden zunehmend in verschiedenen Anwendungen eingesetzt.

Herstellung von Lötverbindungen im Kältebereich

Kapillarlötfittings bestehen aus:

• desoxidiertem Kupfer Cu-DHP (CW024A, mindestens 99,90 % Cu)
• Kupferlegierungen wie Messing (Cu-Zn39Pb2, Cu-Zn40Pb2)
• Rotguss (CC499K, CuSn5Zn5Pb2-C)
• sowie, insbesondere für Hochdruck-Lötanwendungen im transkritischen Bereich, aus der Kupfer-Eisen-Legierung CuFe (CuFe2P, CW107C)

Lötfittings zum Hart- oder Weichlöten wie zum Beispiel der Serie 5000 entsprechen der EN 1254 und können in Heizungs-, Solar- und Druckluftanlagen sowie bis circa 40 bar in Hochdruckanwendungen wie Kühl- und Kältekreisläufen eingesetzt werden. Diese Fittings sind metrisch, das heißt, die Dimension wird in Millimetern angegeben.

Die Weichlötverbindung ist nur bis zu Betriebstemperaturen von maximal 110 °C einsetzbar und wird hin und wieder noch im Trinkwasserbereich verwendet. Lötverbindungen in Gas-, Flüssiggas- und Ölleitungen dürfen hingegen nur als Hartlötung ausgeführt werden.

Hinweis: Da im Kollektorkreis thermischer Solaranlagen Stillstandstemperaturen von mehr als 110 °C auftreten können, sollte dort für Lötverbindungen ebenfalls die Hartlötung gewählt werden.

Wichtige Hinweise zur Installation von Kältemittelleitungen

Beim Hartlöten von Kältemittelleitungen, zum Beispiel bei Direktverdampfer-Wärmepumpen, muss unter Stickstoff als Schutz- beziehungsweise Formiergas gearbeitet werden, um Zunderbildung im Rohrinneren zu vermeiden. Zunder kann Kompressoren schädigen, Armaturen verstopfen und Korrosion fördern.

In Bezug auf Verstopfungen ist Sauberkeit entscheidend. Späne, Zunder, Flussmittel oder Feuchtigkeit im Rohrinneren können zu Säurebildung führen, die Motorwicklungen angreift oder eine Kupferplattierung verursacht. Schutzgase, zum Beispiel Stickstoff oder Stickstoff-Wasserstoff-Gemische, verhindern Zunderbildung. Der Wasserstoffanteil darf maximal 4 Vol.-% betragen.

In der Kältetechnik werden neben Silberlot phosphorhaltige Lote, zum Beispiel L-Ag2P, SANHA®-Katalognummer 4936, oder L-CuP6 und L-Ag5P, genutzt. Sie ermöglichen das Löten von Kupferrohren ohne Flussmittel, da Phosphor Oxidation verhindert. Das Hartlöten erfolgt nach EN ISO 17672.

Hochsilberhaltige Hartlote müssen stets mit Flussmittel verarbeitet werden. Für Kupferrohrinstallationen ist in Räumen mit ammoniak- und/oder schwefelwasserstoffhaltiger Atmosphäre, zum Beispiel in landwirtschaftlich genutzten Gebäuden, nach DVGW-Arbeitsblatt GW 2 zur Vermeidung von Korrosionsschäden generell ein hochsilberhaltiges Lot einzusetzen. Installation und Verbindungsstellen sind in diesen Fällen gegen Außenkorrosion, zum Beispiel mit Korrosionsschutzbinden oder Schrumpfschläuchen nach DIN 30672, zu schützen.

Leitungen in der Kälte- und Klimatechnik

Kältemittelleitungen verbinden Innen- und Außengeräte. Durchmesser und Länge hängen vom Kältemittel ab. R-410A ermöglicht zum Beispiel lange, schlanke Leitungssysteme. Neben Kältemittelleitungen gibt es Steuer- und Kondensatleitungen. Klimaanlagen mit Direktverdampfung werden als Split-Systeme bezeichnet.

Beim Arbeiten an Klimaanlagen ist die EN 378-2 zu beachten. Man unterscheidet folgende Rohrleitungen:

• Saugleitungen
• Druckleitungen (Heißgas)
• Flüssigkeitsleitungen

Wichtige Punkte bei der Planung sind:

• Druckabfall
• Ölrückführung
• Verdichterschutz

Kupferrohre in der Kältetechnik

Für Kälteanlagen dürfen nur Rohre gemäß EN 12735-1 verwendet werden. Kupfer (Cu-DHP) ist für Temperaturen von −269 °C bis +250 °C geeignet und beständig gegenüber den meisten Kältemitteln. CO₂-Anlagen benötigen, wie alle transkritischen Anwendungen, besonders druckbeständige Kupferlegierungen.

Dazu zählt etwa CuFe.

Lötfittings für den transkritischen Bereich

Die SANHA® RefHP® Hochdruckfittings aus Kupfer-Eisen-Legierung wurden auf Basis jahrzehntelanger Erfahrung im Bereich Lötfittings speziell für höhere Betriebsdrücke, etwa mit CO₂, konzipiert und können bis 130 bar verwendet werden.

Die Fittings aus Kupfer-Eisen eignen sich optimal für die Verbindung aller marktüblichen CuFe-Rohre von Mueller, Halcor, KME und Wieland. Mit RefHP® können CO₂- und andere transkritische Kreisläufe sicher und zeitsparend installiert werden.

Insbesondere für Supermärkte, in denen die Kühlanlagen rund um die Uhr laufen, lassen sich so teilweise bis zu 25 % Energie einsparen. Ein weiterer Vorteil: SANHA® bietet RefHP® in Dimensionen bis 2 5/8″ an.

Inzwischen werden die Fittings in zahlreichen bekannten Supermarktketten in Belgien, den Niederlanden, Frankreich und Deutschland, aber auch in Rechenzentren oder anderen Einsatzbereichen eingesetzt.

Pressfittings bis 48 bar: ACR Copper Press

Mit ACR Copper Press hat SANHA® ein neues Presssystem für Anwendungen bis 48 bar auf den Markt gebracht. ACR Copper Press eignet sich für zahlreiche zukunftssichere Kältemittel, VRF-/VRV-Kreisläufe, Wärmepumpen und mehr.

Das neue System zeichnet sich durch zahlreiche branchenweit einzigartige Merkmale aus, die in Kombination ein Höchstmaß an Sicherheit gewährleisten. Gleichzeitig lassen sich HVACR- und VRV-/VRF-Kreisläufe, Wärmepumpen und weitere Anwendungen erheblich schneller realisieren.

Insbesondere bei Sanierungen zeigte sich bei untersuchten Projekten eine Zeitersparnis von über 30 % gegenüber klassischen Verfahren wie dem Bördeln. Gegenüber dem Kapillarlöten fällt der Vorteil noch größer aus, bei gleichzeitig höchster Sicherheit und Dichtheit der Verbindung.

Bei der Presstechnik wird durch gemeinsame radiale Verformung von Fitting und Rohr eine formschlüssige Verbindung hergestellt. Die Dichtungsfunktion gegen den Austritt des Fördermediums übernimmt ein eingelegter Dichtring aus elastischem Kunststoff, in diesem Fall sogar zwei Dichtringe beziehungsweise ein doppelter Dichtring.

Das bedeutet, dass die Verbindung von Fitting und Rohr durch eine Doppelverpressung auf jeder Seite der Fittings (DualSeal™) hergestellt wird. Die Sperrzone zwischen den beiden Dichtelementen (TrapZone™), ihr hochdichtendes D-Profil und das besonders runde Pressprofil machen die Verbindungen äußerst zuverlässig und langlebig.

All dies führt zu einer sehr hohen Sicherheit gegen Kältemittelverlust. Angeboten wird ACR Copper Press von ¼″ bis 1 3/8″, womit sich auch größere Kreisläufe leicht realisieren lassen.

Edelstahl seit 2007: NiroTherm®

Das Edelstahlsystem NiroTherm® eignet sich für Kühlsysteme im subkritischen Bereich, wie zum Beispiel Glykol, und für Heizungsinstallationen. Eingeführt wurde es bereits 2007. Der Essener Hersteller hat somit die bei weitem längste Markterfahrung mit diesem Rohrleitungssystem.

Rohre und Fittings bestehen aus austenitischem Chrom-Nickel-Edelstahl, Werkstoffnummer 1.4301 (AISI 304; NiroTherm®-F: 1.4520/X2CrTi17), und bieten so einen hohen Schutz gegen Korrosion, insbesondere auch von außen.

Ob Schwitzwasser, feuchter Estrich oder andere Einflüsse: Ein zeit- und personalintensiver Schutzanstrich kann aufgrund der hohen Werkstoffgüte entfallen. Der Vorteil liegt auf der Hand, denn Verarbeiter und Bauherren sparen so viel Zeit.

Durch die Einführung der neuen nickelfreien NiroTherm®-F-Rohre aus 1.4520 (X2CrTi17) erhöht sich die Wirtschaftlichkeit des Systems noch einmal. Das Edelstahlsystem eignet sich für den Einsatz in Kühlinstallationen mit Glykol.

Produktvergleich: Welche SANHA-Lösung ist die richtige?

Fazit

SANHA® bietet Kältebauern eine breite Auswahl an Rohrleitungssystemen ohne Kompromisse bei der Sicherheit. Die Fertigungsqualität wird ständig streng überwacht.

Darüber hinaus wird nicht nur die Qualität des Produktes, sondern auch die Effektivität der laufenden Qualitätskontrollen durch neutrale Prüfanstalten nach den strengen Regeln, etwa der Gütegemeinschaft Kupferrohr e. V. und des DVGW, regelmäßig überprüft.

Dank der hochwertigen Werkstoffe und Verbindungstechnologien lassen sich Kälte- und Kühlmittelleitungen rasch, wirtschaftlich und zudem sicher herstellen und Anlagen effizient betreiben.