Integrierte Vermeidung und Verminderung der Umweltverschmutzung

Kapitel 4
4.2.15.6 Verwendung von Binäreis als Kühlflüssigkeit (sekundäres Kältemittel)
Beschreibung
Binäreis kann als Kühlflüssigkeit verwendet werden. Binäreis lässt sich als „flüssiges Eis“ beschreiben. Es
besteht aus einer Suspension von Eiskristallen mit einer Größe von 10 – 100 µm in mit Frostschutzmittel versetztem
Wasser. Das Frostschutzmittel ist entweder ein Korrosionsschutzmittel enthaltendes Produkt auf
Ethanolbasis, oder, wenn Nahrungsmittel in das Binäreis eingetaucht werden sollen, gewöhnliches Salz
(Natriumchlorid).
Es gibt zwei Technologien zur Herstellung von Binäreis. Die erste ist in Abbildung 4.20 dargestellt und für
Binäreis mit geringer bis mittlerer Kapazität, also 100 – 1.000 kW, geeignet. Die Ziffern im folgenden Text
beziehen sich auf Abbildung 4.20. Das Binäreis wird mit einem speziellen Verdampfer, einem sogenannten
Binäreis-Generator (1), erzeugt, der über eine Pumpe (2) mit Flüssigkeit aus einem Binäreis-Vorratsgefäß (3)
versorgt wird. Eine herkömmliche Kühlanlage (4) mit kleiner Kältemittelladung wird an den Binäreis-Generator
angeschlossen. Als Alternativen zu Fluorchlorkohlenwasserstoffen können "natürliche“ Kältemittel wie Wasser
(nicht zum Gefrieren), Luft, Kohlendioxid (noch in der Entwicklung), Ammoniak und Kohlenwasserstoffe
verwendet werden. Eine Sekundärpumpe (5) versorgt die Hauptzufuhrleitung (6) mit Binäreis in der
vorgegebenen Eiskonzentration. Von dort verteilen (fakultative) Pumpen (7) das Binäreis an die Kühllasten (8).
Im Falle einer „Nulllast“, aber im Bereitschaftsmodus, wird das Binäreis weiterhin durch die Sekundärschleife
(6 und 10) zirkuliert, passiert jedoch das Ventil (9), das sich öffnet, sobald die Kühllasten vom System getrennt
werden. Die Rückführleitung (10) bringt die Binäreis-Flüssigkeit (mit Eiskristallen oder ohne) in den Vorratsbehälter
(3) zurück.
Abbildung 4.20: Binäreis-System mit konventioneller Kühlanlage
Mittlere und große Kapazitäten von Binäreis, also von 1.000 kW - 1 MW, können ebenfalls mit einem Kühlprozess
mit „Wasser als Kältemittel“ hergestellt werden. Das Verfahren ähnelt dem in Abbildung 4.20
dargestellten, jedoch ist die konventionelle Kühlanlage (4) nicht erforderlich. Ein Wasserdampfkompressor und
geeignete Vakuumbedingungen (bei Binäreis üblicherweise 500 Pa bzw. 5 mbar) lassen das Wasser in einem
leeren Gefäß (Verdampfer) verdampfen, und der Kompressor entfernt den Wasserdampf, der schließlich
kondensiert wird.
Erreichbare Umweltvorteile
Unter vergleichbaren Bedingungen ist der Leistungskoeffizient für Binäreis normalerweise besser als für
herkömmliche Kühl- und Gefrieranlagen, d. h. es wird weniger Strom verbraucht. Es werden kleinere Kühleinheiten
benötigt, sodass weniger Material gebraucht wird. Da diese nicht so chemikalienresistent sein müssen,
können sie einfacher und besser für die Wiederverwertung geeignet sein. Da die gesamte Anlage nicht mit
potenziell schädlichen Kältemitteln gefüllt ist, verringern sich Wahrscheinlichkeit und Schweregrad einer
unbeabsichtigten Freisetzung. Im Unterschied zu anderen Kältemitteln kann aus Alkohol und Wasser
hergestelltes Binäreis normalerweise in die Kläranlage abgegeben werden, sofern die entsprechende
Genehmigung vorliegt. Die Eigenschaften des schnellen Phasenwechsels von Eiskristallen sorgen angabegemäß
318 Januar 2006 RHC/EIPPCB/FDM_BREF_FINAL