CO2-transkritische (R744) Anlagen: Ein praktischer Service-Leitfaden

Was bei CO2 anders ist

R744 verhält sich an beiden Enden seines Bereichs anders als HFKW. Der kritische Punkt liegt bei 31 °C und 73,8 bar. An warmen Tagen findet die Wärmeabgabe im Gaskühler oberhalb dieses Drucks statt, sodass das Kältemittel nicht kondensiert, sondern als superkritisches Fluid abgekühlt wird. Dies nennt man transkritischen Betrieb ^[1]. Der Tripelpunkt liegt bei -56,6 °C und 5,2 bar (absolut). Unterhalb dieses Drucks gibt es keine Flüssigkeit, nur fest und gasförmig, sodass CO2, das zu stark entspannt oder abgeblasen wird, bei etwa -78 °C zu Trockeneis gefriert ^[1][4].

Eine typische Supermarkt- oder Industrieanlage verfügt über einen Gaskühler auf der Hochdruckseite, einen Sammler (Behälter) auf Mitteldruck sowie Verdichter für Tief- und Normalkühlung. Das bei der Entspannung entstehende Flashgas wird über ein Bypassventil oder einen Parallelverdichter abgeführt, was in warmen Klimas effizienter ist ^[8]. Die CO2-Berechnungstools für Kupfer und Stahl dimensionieren die Rohrleitungen für diese Drücke.

Sicherheit vor dem Start

• Erstickungsgefahr. CO2 ist geruchlos und schwerer als Luft, weshalb es sich in Maschinenräumen, Schächten und Kühlräumen am Boden sammelt. Der 8-Stunden-Expositionsgrenzwert liegt bei 5.000 ppm ^[2]. Bei etwa 10 % in der Luft kann eine Person in weniger als einer Minute das Bewusstsein verlieren ^[4].
• Praxisgrenze. CO2 gehört zur Klasse A1, und die EN 378 Praxisgrenze liegt bei 0,1 kg/m3 ^[4][7]. Wenn ein Leck diesen Wert in einem Aufenthaltsraum überschreiten kann, ist eine permanente Überwachung mit Alarm erforderlich ^[2]. Montieren Sie den Detektor in Bodennähe, nicht in Atmungshöhe ^[3].
• Druckentlastung. Sicherheitsventile am Sammler und anderen Behältern können bei einem Fehler auslösen, beispielsweise nach einem Stromausfall. Der Auslass muss ins Freie geführt werden, und dort kann sich Trockeneis bilden ^[2]. Siehe den Artikel über EN 13136 Sicherheitseinrichtungen.
• Stillstandsdruck. Eine stehende Anlage erwärmt sich und baut Druck auf. Bei einigen Anlagen liegt der Stillstandsdruck über dem maximal zulässigen Saugdruck. Eine Zusatzkühlung oder ein Sicherheitsventil begrenzt diesen dann ^[2][3]. Lesen Sie den Druck ab, bevor Sie etwas öffnen.
• PSA. Tragen Sie Handschuhe und Schutzbrille. Der Kontakt mit festem oder flüssigem CO2 führt zu Erfrierungen ^[2][4]. Verwenden Sie einen persönlichen CO2-Detektor, wenn Sie in engen Räumen arbeiten ^[4].

Serviseschritte

1. Situation bewerten. Lesen Sie die Drücke ab, prüfen Sie, ob der Detektor funktioniert und der Raum belüftet ist. Führen Sie vor Beginn eine Risikobeurteilung der Arbeit durch; dies ist Teil dessen, was ein zertifizierter Techniker können muss ^[6].
2. Geeignete Ausrüstung verwenden. Schläuche, Monteurhilfen, Manometer und Absauggeräte müssen für den Druck des Teils ausgelegt sein, an das Sie anschließen. Verwenden Sie Hochdruckschläuche mit einer Fangsicherung ^[2][4].
3. Isolieren und evakuieren. Sperren Sie den Abschnitt ab, mit einem Entlastungsweg für eventuell eingeschlossene Flüssigkeit. Saugen Sie das CO2 in einen geeigneten Zylinder ab. Wenn das Abblasen nicht vermieden werden kann, blasen Sie im Freien, fern von Personen, ab und überwachen Sie den Druck. Copeland empfiehlt das Abblasen in flüssiger Form, um Trockeneis zu vermeiden ^[2].
4. Prüfen. Druckprüfung mit trockenem Stickstoff, zuerst Festigkeit und dann Dichtheit. Der Danfoss-Leitfaden gibt 1,43 × PS als Prüfdruck an ^[1]; die Einzelheiten stehen im Leitfaden zur Druckprüfung. Führen Sie danach eine Dichtheitsprüfung mit einem CO2-Detektor durch, da CO2 bereits in der Luft ist ^[3]. Siehe den Leitfaden zur Dichtheitsprüfung.
5. Evakuieren. CO2 verträgt sehr wenig Wasser: etwa 10 ppm sind ein geeignetes Maximum, und freies Wasser führt zu Eiskristallen und Säuren. Gründlich evakuieren; ein Molekularsieb-Filtertrockner hilft dabei ^[1]. Siehe den Evakuierungsleitfaden.
6. Vakuum mit Dampf brechen. Nach der Evakuierung liegt die Anlage unter dem Tripelpunkt. Das Einfüllen von Flüssigkeit erzeugt dann Trockeneis. Füllen Sie Dampf ein, bis der Druck über dem Tripelpunkt liegt und wie vom Hersteller angegeben, und schalten Sie erst dann auf Flüssigkeit um ^[2][3].
7. Langsam befüllen. Der Maximaldruck einiger Anlagen, wie Kaskadensystemen und Teilen von Booster-Systemen, liegt unter dem Flaschendruck. Befüllen Sie langsam, damit sich Sicherheitsventile nicht öffnen ^[2].
8. Prüfen und dokumentieren. Starten Sie die Anlage und überprüfen Sie die Drücke, den Gaskühler-Sollwert und den Sammlerdruck anhand des Handbuchs. Schreiben Sie den Servicebericht.

Vorschriften in der EU

• R744 ist kein F-Gas. Die F-Gas-Verordnung deckt die in ihren Anhängen I und II aufgeführten Stoffe ab, und CO2 gehört nicht dazu ^[5]. Die Dichtheitsprüfungspflicht in Artikel 5 gilt für Anlagen mit diesen Gasen ^[5], daher gilt sie nicht für eine reine CO2-Anlage.
• Sachkunde ist weiterhin erforderlich. Artikel 10 der (EU) 2024/573 schreibt eine Zertifizierung für Installation, Wartung, Instandhaltung und außer Betrieb nehmen vor und deckt die relevanten Alternativen zu F-Gasen einschließlich natürlicher Kältemittel ab ^[5]. Die Durchführungsverordnung (EU) 2024/2215 legt die Kategorien fest: A1 und A2 für F-Gase und Kohlenwasserstoffe, B für CO2, C für Ammoniak (Artikel 3 Absatz 2). Sofern keine Ausnahme vorliegt, muss der Inhaber das Zertifikat für die Tätigkeit besitzen ^[6].
• Was die B-Prüfung abdeckt. Die Prüfung umfasst Druck- und Vakuumpirfungen, den sicheren Ausbau und die Befüllung von R744, Risikobeurteilung, Gaswarngeräte und PSA sowie das am Tripelpunkt gebildete Trockeneis (Anhang I, Überschrift 13) ^[6]. Hartlöten darf von einer Person durchgeführt werden, die über die nationale Qualifikation unter Aufsicht verfügt (Artikel 3 Absatz 3 Buchstabe a) ^[6].
• Druckgeräte und Sicherheit. Die Druckgeräterichtlinie 2014/68/EU und EN 378 gelten für die Anlage unabhängig vom Kältemittel, und nationale Inspektionsvorschriften können Anforderungen hinzufügen. Siehe die Artikel zu PED und EN 378. Ob und wie das Zertifikat B erforderlich ist, entscheidet jeder Mitgliedstaat, prüfen Sie daher den nationalen Artikel.

Typische Fehler und wo als Nächstes gesucht werden sollte

Fehler lassen sich am besten finden, indem man die Druck- und Temperaturwerte mit den Sollwerten des Verbundreglers vergleicht, zum Beispiel dem Danfoss AK-PC 782 oder Carel-Reglern. Parameternamen und Alarmcodes unterscheiden sich je nach Hersteller. Schlagen Sie diese in der App zur Störungssuche und im Reglerhandbuch nach, anstatt zu raten.

Checkliste

• Gültiges Zertifikat für CO2 (Typ B in der EU) und durchgeführte Risikobeurteilung.
• Detektor funktioniert, Raum belüftet, Handschuhe, Schutzbrille und persönlicher Detektor in Verwendung.
• Drücke vor dem Öffnen abgelesen; Stillstandsdruck berücksichtigt.
• Schläuche, Monteurhilfe und Absauggerät für den Druck ausgelegt.
• Keine Flüssigkeit zwischen geschlossenen Ventilen eingeschlossen.
• Beim Befüllen einer evakuierten Anlage zuerst Dampf, dann Flüssigkeit einfüllen.
• Druckprüfung, Dichtheitsprüfung und Evakuierung durchgeführt und aufgezeichnet.
• Sicherheitsventil-Auslässe frei und ins Freie geführt.