Umweltfreundliche RZ-Kühlung
Propan hat Potenzial
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Den Fokus auf natürliche Kältemittel legen
Daher rücken nunmehr die sogenannten naturidenten Kältemittel ins Zentrum der Aufmerksamkeit, darunter vor allem Propan (R-290). Propan ist eine natürlich vorkommende Substanz, die als Nebenprodukt bei der Erdgasförderung und der Ölraffination anfällt. Es ist in verschiedenen Bereichen erfolgreich in Benutzung, zum Beispiel zum Kochen, als Brennstoff für Motoren, zum Löten und Schweißen oder als Treibstoff für Heißluftballons. Propan gehört zu den Kohlenwasserstoffen und ist grundsätzlich seit über 100 Jahren als Kältemittel bekannt, war aber in der Vergangenheit nicht im Einsatz. Das lag vor allem daran, dass durch seine Entflammbarkeit entscheidende Komponenten in den eingesetzten Kältemaschinen nicht für den Einsatz von Propan geeignet waren, etwa der Kompressor oder Teile der Elektronik, und gesetzliche Vorgaben die Nutzung untersagten. Die technische Entwicklung sowie Gesetzesänderungen in Europa machen den Einsatz von Propan nun möglich, obwohl es hoch-entzündlich ist. Moderne Lösungen ermöglichen die Nutzung von Propan mit geringstmöglichen Füllmengen, wodurch das Risiko auf ein niedriges Niveau sinkt. Mit den entsprechenden technischen und organisatorischen Maßnahmen ist Propan als Kältemittel sicher beherrschbar.
Propan besitzt ein niedriges GWP
Propan hat einen vernachlässigbaren GWP-Wert von 3, ist ungiftig und besitzt kein Ozonabbaupotential. Aufgrund dessen unterliegt es keinerlei Beschränkungen. Grundsätzliche Voraussetzung sind Maßnahmen zur Risikovermeidung bei der Verwendung entflammbarer Kältemittel. Dazu gehören eine sorgfältige Auslegung der Systeme und die Anwendung von Sicherheitsnormen. Unter Berücksichtigung dieser Aspekte bietet Propan, neben seiner Unbedenklichkeit in Bezug auf die Umweltbelastung, eine ganze Reihe von weiteren Vorteilen:
- Niedriger Preis: Der niedrige Preis von Propan ist zwar nicht der Hauptgrund für seine Verwendung, aber der Unterschied zu synthetischen Kältemitteln ist so groß, dass dieser Vorteil nicht außer Acht zu lassen ist. Derzeit liegt der ungefähre Preis von Propan bei 15 Euro netto pro Kilogramm. Die Preise für HFO-Kältemittelgemische wie R-455A oder R-454C liegen dagegen bei etwa 110 Euro netto pro Kilogramm. Ein weiterer wichtiger Aspekt in diesem Zusammenhang ist die Stabilität der Preise. Die Entwicklung der Preise in den letzten drei Jahren hat deutlich gezeigt, dass die einzigen Kältemittel mit praktisch konstanten Preisen natürliche Kältemittel wie Propan waren. Dazu kommt, dass Kälteanlagen mit Propan zwar in der Planung und Umsetzung einige „Extra“-Maßnahmen erfordern. Berechnet auf die übliche Laufzeit eines Rechenzentrums von 15 bis 20 Jahren liegen die Kosten dafür aber im Promillebereich. Auch der Umbau hin zu einer Kälteanlage mit Propan ist mit vertretbarem Aufwand realisierbar.
- Zunehmende Verwendung: Die Wahl eines weit verbreiteten Kältemittels bedeutet mehr allgemein vorhandenes Wissen darüber und eine große Verfügbarkeit von Komponenten. Diese beiden Vorteile sind bei der Projektierung und dem Bau eines Systems von großem Vorteil, nicht zuletzt, weil es die Preise senkt.
- Hoher Wirkungsgrad: Propan besitzt hervorragende thermodynamische Eigenschaften, die zu einer hohen Energieeffizienz führen. Beispielsweise ist die latente Verdampfungswärme von Propan fast doppelt so hoch wie die der gebräuchlichsten HFKW-Kältemittel. Dies bedeutet einen höheren Kühl-/Wärmeeffekt bei gleichem Kältemittelmassenstrom. Es versteht sich von selbst, dass eine höhere Effizienz niedrigere Betriebskosten und weniger indirekte CO2-Emissionen bedeutet. Propan ist vor allem bei hohen Außentemperaturen bestens geeignet, da es eine günstige Drucklage aufweist. Das ist angesichts der Klimaveränderungen auch in Europa von Vorteil.
- Große Einsatzbandbreite: Kältetechnik mit Propan als Kältemittel kann in weiten Leistungsbereichen von einigen Kilowatt bis hin zu vielen 100 Kilowatt im Einsatz sein.
Anforderungen für die Nutzung von Propan
Wegen seiner Entflammbarkeit sind bei der Installation und Wartung von Kältemaschinen, die Propan enthalten, besondere Maßnahmen zu berücksichtigen. Propan besitzt eine höhere Dichte als Luft. Sollte also ein Leck auftreten, verdrängt es die Luft und sinkt auf den tiefsten Punkt. Das bedeutet, dass es sich in geschlossenen Räumen ansammeln kann. Es entsteht Explosionsgefahr, wenn das ausgetretene Gas mit einer Flamme, einem Funken oder einer anderen Zündquelle in Berührung kommt. Hierbei sollte allerdings auch nicht unerwähnt bleiben, dass Propan ein nur geringes Zündfenster besitzt. Eine zündfähige Atmosphäre bildet sich nur bei einer Konzentration von 1,7 bis 9,5 Volumenprozent. Dennoch sind entsprechende Kältemaschinen gasdicht und versiegelt, mit Sicherheitskomponenten ausgestattet und in einer nicht explosionsfähigen Atmosphäre im Einsatz. Nur erfahrene Kältetechniker, die eine entsprechend zertifizierte Ausbildung absolviert haben, dürfen Kältemaschinen auf Propanbasis warten und instandhalten. Da Propan immer verbreiteter ist, sind immer mehr Personen für die Arbeit mit Propananlagen geschult. In Europa sind zudem nur Geräte zulässig, die über eine EU-Konformitätserklärung verfügen und somit mit den einschlägigen Vorschriften und Normen übereinstimmen. Der Installations- und Inbetriebnahmeprozess ist im Wesentlichen derselbe wie bei jeder anderen Kältemaschineninstallation, obwohl es besonders wichtig ist, dass eine ordnungsgemäße Risikobewertung für die vorgesehene Position der Kältemaschinen durchgeführt wird.
Propan mit seinen vielen positiven Eigenschaften und den bekannten Risiken ist technologisch beherrschbar, kostentechnisch attraktiv und für die Umwelt ein Gewinn. Es stellt einen Lösungsbaustein für eine Herausforderung dar, die unvermeidlich in Angriff zu nehmen ist: Der Bau und die Nutzung von umweltfreundlicheren Rechenzentren.
Marco Funes ist CTO bei Secon, und Thomas Rabensteiner arbeitet im Bereiche Planung Rechenzentrum bei Prior1.
- Propan hat Potenzial
- Den Fokus auf natürliche Kältemittel legen
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