CO² - Grundlagen und Erfahrungsbericht am Beispiel einer gewerblichen Anlage

Merkblatt betreffend CO² Was ist CO²: • Kohlendioxid, CO², farb-, geruch- und geschmackloses Gas, das bei

der Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Substanzen, bei der alkoholischen Gärung sowie bei der Atmung entsteht.

Wo kommt es vor: • Kohlendioxid kommt frei in der Atmosphäre (ca. 2,5 Billionen t), im

Meerwasser gelöst (ca. 60 Billionen t) und in der Erdkruste in Form verschiedener Carbonate (Dolomit, Kalkstein, Kreide, Marmor, ua.) vor.

Merkblatt betreffend CO²

In welcher Form existiert CO²: • Kohlendioxid wird unter Normalbedingungen bei -79 °C fest (Trockeneis),

flüssiges Kohlendioxid existiert nur unter Druck. Im Wasser ist es, besonders bei steigendem Druck, gut löslich und bildet dabei zT. die Kohlensäure. Verflüssigtes Kohlendioxid wird als Feuerlöschmittel, zur Herstellung künstlicher Mineralwasser und als Kältemittel (Trockeneis) verwendet. Ein Teil des bei der Verbrennung entstehenden Kohlendioxids wird von den Pflanzen durch die Photosynthese unter Abgabe von Sauerstoff assimiliert (ca. 50%) oder in den Gewässern gelöst.

• Der Rest verteilt sich in der Atmosphäre. Durch die Kohlendioxidassimilation der Pflanzen bildete sich in Jahrmillionen die Sauerstoffatmosphäre aus. Der bei der Assimilation in den Pflanzen verbleibende Kohlenstoff gelangte durch die Fossilisation der Pflanzen in die Erde und wurde dort in Form von Erdöl, Kohle, Erdgas, Torf gespeichert. Kohlendioxid hat grossen Einfluss auf die Wärmespeicherfähigkeit der Atmosphäre.

Eigenschaften von CO² (R744)

Physikalische Eigenschaften: • ca. 1,5 mal schwerer als Luft - sublimiert unter Umgebungsdruck direkt von

der festen (Trockeneis) in die Gasform, ohne zuerst flüssig zu werden. Dieser Vorgang senkt die Temperatur des Trockeneises auf –78,5 °C. - farb- und geruchlos, sehr gut löslich in Wasser, nicht mischbar mit Mineralölen - erhitzt sich beim Komprimieren ähnlich stark wie Ammoniak - Tripelpunkt bei -56,56 °C und 5,18 barabs - Kritischer Punkt bei 31,06 °C und 73,83 barabs

Eigenschaften von CO² (R744)

Chemische Eigenschaften: • unbrennbar, nicht explosiv, nicht korrosiv gegenüber Metallen, greift

Dichtungsmittel und Schmieröle nicht an. Oft wird CO² synonym mit Kohlensäure verwendet. Kohlensäure ist jedoch in Wasser gelöstes CO².

Eigenschaften von CO² (R744)

Wirkung: • Kohlendioxid ist geruchs- und farblos und kann so nicht sofort

wahrgenommen werden. Dies macht es gefährlich!

• Kohlendioxid führt bei übermässiger Konzentration zum Tod durch Ersticken, eine Verunfallung kommt nicht primär durch die Verdrängung von Sauerstoff zustande. Schon lange bevor kritisch geringe Sauerstoffkonzentrationen erreicht werden, kommt man zu Schaden, wird bewusstlos oder stirbt!

Anwendung von CO² • CO² wurde Anfangs des 20. Jahrhunderts viel in Pulverfabriken und auf

Schiffen eingesetzt, wo die Sicherheit eine entscheidende Rolle spielt. Sein niedriger kritischer Punkt bei 31,06°C und seine hohen Drücke bereits bei Temperaturen zwischen 40 und 50 °C führten dazu, dass es später von den FCKW und H-FCKW verdrängt wurde.

• CO² wird in der Kältetechnik auf verschiedene Weise eingesetzt:

Anwendung von CO²

• als Trockeneis und „Kohlensäureschnee“ zur punktuellen Kühlung

verschiedener Produkte in der Medizin, in Labors, für Transport, Reparatur, Notkühlung usw.

Anwendung von CO²

• Als Kälteträger wird CO² nur zur Kälteverteilung eingesetzt. Durch Pumpen

wird das flüssige CO² zu den Kühlstellen befördert, wo es in den Luftkühlern teilweise verdampft. Das verdampfte CO² wird in einen Verflüssiger zurückgeleitet und dort rückverflüssigt. Die Kälte dazu wird in einer Kälteanlage mit natürlichem oder synthetischem Kältemittel erzeugt.

Anwendung von CO²

Als Kältemittel in subkritischen Systemen:

• Das flüssige CO² wird zu den Kühlstellen geleitet, wo es in Luftkühlern bei

trockener Expansion verdampft. Der Dampf wird von CO²-Verdichtern abgesaugt, verdichtet und einem Wärmetauscher zugeführt und darin verflüssigt.

Anwendung von CO²

Anwendung von CO²

• Als Kältemittel in überkritischen Systemen: Wegen der hohen Drücke bei

Umgebungs-temperatur (90–120 barabs) und der Wärmeabgabe bei Umgebungstemperaturen ab ca. 24°C an die Umgebung im überkritischen Bereich des CO² stellen diese Anlagen eine besondere Herausforderung der Kältetechnik dar.

Sicherheitsmassnahmen

• Beim Einsatz von CO² als Kältemittel oder Kälteträger sind die Vorgaben

gemäss den geltenden Normen und Gesetzen einzuhalten.

CO2 Überwachung: • Maschinenräume sind generell mit einer CO²

Überwachung auszurüsten, bei Räumen in welchen sich nicht sachkundige Personen aufhalten ist eine Risikoanalyse durchzuführen und danach zu entscheiden, in welcher Art der Raum überwacht werden soll. Die Gasüberwachung muss immer in Bodennähe angeordnet sein. Eine direkte Ermittlung von CO² ist dringend erforderlich und es kann nicht über den Sauerstoffgehalt gemessen werden. Als Grenzwert für die Alarmierung werden 2 Vol% CO² Gehalt empfohlen.

Sicherheitsmassnahmen

Sicherheitsmassnahmen

Sicherheitsmassnahmen Belüftung: • Maschinenräume sind mit einer mechanischen Lüftung gemäss SN EN 378

auszurüsten, gemäss SUVA Vorgaben soll der Luftwechsel min 5 fach/h sein. Die Belüftung soll mit dem Einschalten des Raumlichts oder beim Ansprechen der CO2 Überwachung in Betrieb gesetzt werden. Die Lüftung muss ausserhalb des Maschinenraumes eingeschaltet werden können.

Sicherheitsmassnahmen Kälteleitungen: • CO² Kälteleitungen müssen je nach Erkenntnis der Risikoanalyse zusätzlich

mechanisch gegen Beschädigung geschützt werden (Stapler, Fahrzeuge in Einstellhallen etc.)

Sicherheitsmassnahmen Sicherheitsventile: • Sicherheitsventile von CO² Anlagen müssen gefahrlos ins Freie abblasen

können, wegen Verstopfungsgefahr durch Trockeneisbildung beim Abblasen von Flüssigkeit sind die Ventile direkt beim Abblasort zu montieren. Wenn dies nicht möglich ist, kann ein Abblasen in ein Lüftungskanal mit Rückschlagklappe geprüft werden. Beim Abblasen von Sicherheitsventilen tritt oft auch Öl aus.

Organisatorische Massnahmen • Personen welche sich im Bereich der Kälteanlage und Kühlräume aufhalten

sind zu instruieren, diese Schulung muss dokumentiert werden.

Organisatorische Massnahmen Alarmorganisation: • Die Personen im Betrieb müssen die Alarmorganisation kennen, Spital und

Notruf ist bekannt und dokumentiert. Sammelplatz: • Der Sammelplatz im Notfall ist bekannt.

Organisatorische Massnahmen Erste Hilfe: • Bei Beschwerden nach Kontakt mit Kohlendioxid UMGEHEND einen Arzt

oder ein Spital aufsuchen Fluchtwege: • Die Fluchtwege aus der Kältezentrale/Technische Räume müssen zwingend

IMMER frei zugänglich sein, die Türen müssen in Fluchtrichtung aufgehen und dürfen nicht abschliessbar sein (ständige Kontrolle durch SIBE).

Kühlanlage mit CO² als Kältemittel in transkritischen System Ausgangslage: • Bestehende Verbundanlage R-22

• Diverse Kühlstellen

• Eiswasserbecken

Kühlanlage mit CO² als Kältemittel in transkritischen System Kunden Anforderungen: • Energieeffizient

• Betriebssicher

• Natürliches Kältemittel

• Kein Ammoniak

• Keine Brennbaren Stoffe

Projekt

Verbundanlage CO²: • Transkritisch

• Standort Kälteerzeugung

• Maschinenraum Belüftung

• Leitungsführung

• Kein Betriebsunterbruch

Projekt

Projekt

Projekt

Projekt

Ausführung der Anlage

Verbundanlage CO²: • Nach dem die Bestellung eingegangen ist, haben wir mit der Detailplanung

und Ausführung begonnen. Dabei hat sich gezeigt, dass der anfangs doch erhebliche Respekt vor den zu beherrschenden Drücken unbegründet war. Es konnte bis auf die Gaskühlerleitung herkömmliche Materialien verwendet werden, mit deren Umgang unsere Sachbearbeiter und Monteure vertraut sind. So konnten Saug- und Flüssigleitung aus Kupfer mit der entsprechenden Druckfestigkeit montiert werden. Was keine grosse Herausforderung für unsere Monteure darstellte.

Inbetriebsetzung und Erfahrungsbericht

Verbundanlage CO²: • Die Inbetriebsetzung ging

ohne Probleme über die Bühne.

• Die Anlage läuft störungsfrei und sehr zuverlässig, dies sehr zur Zufriedenheit des Kunden.

Rückblick

Speziell zu beachtende Punkte: • Standort Maschinenraum und dessen Belüftung • Sicherheitsventile im Freien speziell die Abblasleitungen • Instruktion Personal • CO² Überwachung und Alarmdispositiv • Personal mit entsprechender Ausbildung (Zertifikat Schweissen, löten) • Teillastbetrieb beachten: sub- sowie transkritisch • Kupferrohre mit entsprechender Zertifizierung beschaffen • Beim Befüllen der Anlage auf den Triplepunkt achten (Trockeneisbildung)

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit