Das sollten Sie wissen …

11.07.2017 | Veröffentlicht in Ausgabe 07-2017

Anlagentechnik

Belüftetes Gehäuse

Frage Wir wollen eine Kälteanlage mit dem Kältemittel R32 (Gruppe A2L) in einem belüfteten Gehäuse errichten. Welche Anforderungen werden dabei an das belüftete Gehäuse und die Anlage gestellt?

Antwort In der DIN EN 378 sind in den Teilen 1, 2 und 3 zahlreiche Informationen zu den Anforderungen an ein belüftetes Gehäuse zu finden. In Teil 1 der DIN EN 378 wird unter den Begriffsbestimmungen (Punkt 3.2.10) definiert, was das belüftete Gehäuse“ eigentlich ist.

Belüftetes Gehäuse: Die Kälteanlage enthaltendes Gehäuse, das keinen Luftstrom aus dem Gehäuse in den umgebenden Raum zulässt und über eine Lüftungsanlage verfügt, die einen Luftstrom aus dem Gehäuse ins Freie durch einen Lüftungskanal erzeugt.

Weiter geht es in Abschnitt 5.3 Klassifikation der Aufstellungsorte von Kälteanlagen“. Dort werden belüftete Gehäuse als Aufstellungsort der Klasse IV definiert.

Klasse IV – Belüftetes Gehäuse: Sofern sich alle kältemittelführenden Teile in einem belüfteten Gehäuse befinden, gelten die Anforderungen an einen Aufstellungsort der Klasse IV. Das belüftete Gehäuse muss die Anforderungen nach Teil 2 und 3 erfüllen.

Maximale Kältemittelfüllmenge

Laut Anhang C in Teil 1 Anforderung an die Grenzwerte für die Kältemittel-Füllmenge“ ist für belüftete Gehäuse Folgendes zu beachten:

Für alle brennbaren Kältemittel wird ein sogenannter Deckelungsfaktor m3 ermittelt, der definiert ist als:

m3 = 130 m³ * LFL ¹

Bei Kältemitteln der Brennbarkeitsklasse 2L wird der grundlegende Deckelungsfaktor unter Berücksichtigung der geringeren Brenngeschwindigkeit dieser Kältemittel um einen Faktor von 1,5 erhöht. Dies ist in einer verringerten Zündungswahrscheinlichkeit und geringeren Folgen einer derartigen Zündung begründet.

Für Kältemittel der Brennbarkeitsklasse 2L“ und Aufstellungsort der Klassifikation IV“ berechnet sich die maximale Füllmenge wie folgt:

Füllmenge des Kältemittels nicht mehr als m3 × 1,5

Konkret bedeutet das für das Kältemittel R32:

LFL = 0,307 kg/m³

Decklungsfaktor m3 = 130 m³ * 0,307 kg/m³ = 39,91 kg

maximale Füllmenge = m3 * 1,5 = 59,865 kg

Anforderungen an belüftete Gehäuse

In Teil 2 der DIN EN 378 sind unter Punkt 6.2.15 Anforderungen an belüftete Gehäuse und deren Lüftung festgelegt worden. Für Kältemittel der Klassen A2L, B2L, A2, B2, A3 und B3 gilt:

Das Gehäuse muss einen Luftstrom zwischen dem Raum und dem Inneren des Gehäuses ermöglichen. Der Hersteller muss den Lüftungskanal durch Angabe der Größe und Anzahl der Biegungen festlegen. Zusätzlich kann der maximale Druckabfall in Pascal (Pa) angegeben werden. Der Vakuumdruck auf der Innenseite des Gehäuses muss mindestens 20 Pa betragen und der Durchfluss zur Außenseite muss mindestens Qmin betragen, mit einem Mindest-Lüftungsstrom von 2 m³/h. Der Strömungsbereich des Lüftungskanals darf nicht durch Komponenten eingeschränkt sein. Es dürfen keine Zündquellen im Kanal vorhanden sein (siehe Teil 2 Pkt. 6.2.14 Schutzmaßnahmen gegen Brand und Explosionsgefahren“).

Qmin muss wie folgt berechnet werden:

Qmin = 15 * s * (mc/) 2 m³/h

Dabei ist:

Qmin= der Volumenstrom der Lüftung (m3/h);

15= die Konstante zur Umwandlung der 4-min-Leckrate in eineintensive Leckrate (1/h);

s= 4 (der Sicherheitsbeiwert);

mc= die Masse der Kältemittel-Füllmenge (kg);

= die Dichte des Kältemittels unter Atmosphärendruck bei 25 °C (kg/m³).

Das Lüftungssystem muss wie folgt betrieben werden:

es muss zu allen Zeiten laufen, der Luftstrom muss dauerhaft überwacht werden und die Kälteanlage wird im Falle eines Absinkens des Luftstroms unter Q_min innerhalb von 10 s in einen sicheren Betriebsmodus geschaltet. Der sichere Modus muss beibehalten werden, bis der Luftstrom wiederhergestellt ist oder

es muss über einen Kältemittel-Gassensor eingeschaltet werden, bevor ein Wert von 25 Prozent der LFL erreicht ist. Das heißt für das Kältemittel R32, dass die Lüftung eingeschaltet werden muss, bevor eine Konzentration von 0,077 kg/m³ erreicht ist.

Der Sensor muss entsprechend der Dichte des Kältemittels an einer geeigneten Stelle angeordnet sein. Der Sensor und dessen Lüftungsfunktion müssen in regelmäßigen Abständen nach den Anweisungen des Herstellers überprüft werden. Ein Versagen muss angezeigt und die Anlage in einen sicheren Betriebsmodus geschaltet werden, wobei der Ventilator eingeschaltet bleibt, bis der Ausfall behoben wurde.

Zur Beurteilung der Übereinstimmung mit den Anforderungen an die Belüftungsanlage muss eine Baumusterprüfung oder eine individuelle Prüfung durchgeführt werden. Sofern das belüftete Gehäuse in einem Personen-Aufenthaltsbereich aufgestellt werden soll, ist laut DIN EN 378 Teil 3 Punkt 4.6 zusätzlich Folgendes zu beachten.

Kältetechnische Komponenten

Für die Aufstellung in einem belüfteten Gehäuse in einem Personen-Aufenthaltsbereich werden besondere Anforderungen an die kältetechnischen Komponenten gestellt. Ein belüftetes Gehäuse, das eine Kälteanlage enthält, muss mit einem Lüftungskanal nach den Festlegungen des Herstellers versehen sein. Der Lüftungskanal muss den Anforderungen des Herstellers entsprechen, siehe EN 378-2. Der Raum, in dem das belüftete Gehäuse aufgestellt wird, muss ein Volumen von mindestens dem Zehnfachen des Gehäusevolumens aufweisen und mit ausreichend Frischluft versorgt werden, um verbrauchte Luft vollständig zu ersetzen. Die Belüftung des Gehäuses muss ins Freie führen.

Kältemittel

Umrechnung von Konzentrationen

Frage Die Konzentration von Kältemitteln in der Luft wird teilweise in Volumenanteilen (ppm oder Vol-%) und an anderer Stelle als Massekonzentration (z. B. g/m³) angegeben. So findet man in den Kältemitteltabellen der DIN EN 378 meist Angaben in Massekonzentrationen. Die Ansprechgrenzen von Gassensoren werden dagegen häufig in ppm angegeben. Wie kann ich die Werte umrechnen?

Antwort Vorab sei erwähnt, dass beide Konzentrationsangaben ihre Berechtigung haben. Bei der Masseangabe handelt es sich um eine konkrete Menge, die sich beim Austritt einer gewissen Kältemittelmenge leicht bestimmen lässt.

Um die Volumenkonzentration in die Massekonzentration umzurechnen, werden die molare Masse des Kältemittels (M_m) und das molare Volumen (V_m) benötigt. Das molare Volumen kann näherungsweise mit dem molaren Volumen idealer Gase von 22,41 l bei Normalbedingungen (0 °C, 1013 mbar) bzw. 24,42 l bei 25 °C gleichgesetzt werden. Die Molmasse lässt sich aus den Atommassen der Elemente, aus denen das Kältemittelmolekül zusammengesetzt ist, berechnen oder kann aus den Kältemitteltabellen der DIN EN 378 Teil 1 abgelesen werden.

Die Umrechnung kann nach der vereinfachten Formel gemäß TRGS 900 erfolgen: wobei die Einheit (ml/m³) den ppm (Vol) entspricht:

cv =Volumenkonzentration (ml/m³)

cm =Massenkonzentration (mg/m³)

Mm =Molmasse (g/mol)

Vm =Molvolumen (l/mol ) = 22,41 l/mol für 1,013 bar und 0 °C (abhängig von Druck und Temperatur)

Beispiel: Ein Kältemittel-Gassensor für das Kältemittel R32 soll bei einem Wert von 0,077 kg/m³ (77 000 mg/m³) auslösen (siehe Beispiel im vorigen Artikel). Auf welchen Wert in ppm muss das Gaswarngerät eingestellt werden?

Wir nehmen die Berechnung für eine Durchschnittstemperatur von 25 °C und einen Druck von 1,013 bar vor. Unter diesen Bedingungen beträgt das Molvolumen 24,42 l/mol. Die molare Masse von R32 ist 52 g/mol.