R407A/B/F/H als Ersatzstoffe für R22 und R502
Alternativ zu den vorher behandelten Substituten wurden weitere Gemischvarianten mit der ebenfalls – wie R143a – chlorfreien (ODP = 0) und brennbaren Basiskomponente R32 entwickelt. Dieses auch den HFKW zugehörige Kältemittel wurde zunächst in erster Linie als Kandidat für R22-Alternativen angesehen. Durch die große Bandbreite der Gemischzusammensetzung sind aber auch ähnliche thermodynamische Eigenschaften zu erzielen wie bei R404A/R507A.
Solche Kältemittel waren anfangs unter den Handelsnamen KLEA® 60/61 (ICI) am Markt und werden in der ASHRAE-Nomenklatur als R407A/B geführt. (R407B ist inzwischen nicht mehr am Markt verfügbar. Aus Gründen der Entwicklungsgeschichte von HFKW-Gemischen wird dieses Kältemittel jedoch im vorliegenden Report weiterhin behandelt.)
Honeywell hat ein weiteres Gemisch mit der Handelsbezeichnung Performax® LT entwickelt (R407F nach ASHRAE-Nomenklatur) und am Markt eingeführt. Ebenso Daikin Chemical mit R407H. Der R32-Anteil ist jeweils höher als bei R407A, dafür die R125-Proportion entsprechend geringer. Bei R407H resultieren daraus Einschränkungen bei Tiefkühlanwendung.
Allerdings sind die Voraussetzungen für R32-haltige Alternativen nicht ganz so günstig wie bei den zuvor behandelten Substituten mit R143a als Basiskomponente. Der Siedepunkt von R32 liegt mit -52°C sehr tief, außerdem ist der Adiabatenexponent sogar noch höher als bei R22. Eine Anpassung der Eigenschaften an das Niveau von R404A und R507A bedingt deshalb jeweils einen relativ hohen Anteil an R125 und R134a. Die Brennbarkeit von R32 ist dadurch zwar wirksam unterdrückt, gleichzeitig führen aber die großen Siedepunktsunterschiede bei höherem R134a-Anteil zu einem größeren Temperaturgleit.
Der wesentliche Vorteil von R32 ist das relativ geringe Treibhauspotenzial (GWP = 675), das dann selbst in Verbindung mit R125 und R134a noch wesentlich niedriger ist als bei den zuvor beschriebenen Alternativen mit R143a (R407A: GWP = 2107, R407F: GWP = 1825, R407H: GWP = 1490).
Damit erfüllen sie auch die Anforderung der neuen EU F-Gase Verordnung, die seit 2020 nur noch Kältemittel mit GWP < 2500 erlaubt.
Untersuchungen mit R32-haltigen Gemischen zeigen zwar bei tieferen Verdampfungstemperaturen gewisse Minderleistungen gegenüber R404A und R507A, die Leistungszahlen weichen aber weit weniger ab und sind bei Normalkühlung sogar höher (Vergleich der Leistungsdaten eines halbhermetischen Verdichters).
Ob sich diese günstigen Bedingungen in realen Anlagen bestätigen, hängt von der Systemausführung ab. Wesentlich ist dabei der deutlich ausgeprägte Temperaturgleit, der sich negativ auf die Leistung bzw. Temperaturdifferenz von Verdampfer und Verflüssiger auswirken kann.
Hinsichtlich der Materialverträglichkeit sind R32-Gemische ähnlich zu bewerten wie R404A und R507A; gleiches gilt auch für die Schmierstoffe.
Trotz der relativ hohen Anteile von R125 und R134a liegt die Druckgastemperatur höher als bei den auf R143a basierenden Alternativen. Dies gilt insbesondere für R407F und in noch stärkerem Maße für R407H. Damit ergeben sich teilweise Einschränkungen im Anwendungsbereich und bei hohen Druckverhältnissen besondere Maßnahmen zur Verdichter-Zusatzkühlung.
Bei besonders hohen Temperaturhüben können 2-stufige Verdichter sehr wirtschaftlich eingesetzt werden. Von wesentlichem Vorteil ist dabei der Einsatz eines Flüssigkeitsunterkühlers.
