Kühlkammern: Typen und Kühlsysteme

Bei den meisten Klimatests werden Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit , um die Reaktion des zu testenden Produkts oder Materials zu ermitteln.

Aber wie sieht es auf der anderen Seite des Klimaspektrums aus?

Wozu werden Kühlsysteme und wie viele Arten von Kühlkammern gibt es?

Heute beschäftigen wir uns mit diesem Thema.

Arten von Kühlkammern

In der Branche Kühlkammer ein Oberbegriff für alle Kammern, die die Innentemperatur auf mindestens 0° bringen und halten können.

Aus diesem Grund kann die Funktion einer Kühlkammer von mindestens drei verschiedenen Arten von Laborinstrumenten übernommen werden.

• Klimakammern und Umweltkammern: Klimakammern und Umweltkammern – die auch für Klimatests mit sehr hohen Temperaturen geeignet sind – können sogar weit unter den Gefrierpunkt gebracht werden. Sie eignen sich jedoch eher für in sich geschlossene Klimatests, die nicht die Hauptfunktion von Klimakammern darstellen, wie wir noch sehen werden.

• Laborkühlschränke: Sie sind darauf spezialisiert, sehr niedrige Temperaturen zu erreichen und aufrechtzuerhalten. Sie erfüllen die gleiche Funktion wie Kühlkammern und werden oft synonym verwendet.

• Kühlkammern Begehbare: Der Begriff „Kühlkammer“ wird nur in diesem Fall ausschließlich für die großen, begehbaren Räume verwendet, die nicht mit einem Laborkühlschrank vergleichbar sind. 

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Arten von Kühlsystemen

Kühlkammern arbeiten mit zwei Hauptkühlsystemen: Einweg-Kältemitteln und mechanischen Kälteanlagen. Schauen wir uns diese genauer an.

Einweg-Kältemittelwerden, wie der Name schon sagt, nur einmal im Kühlprozess verwendet und anschließend entsorgt. Die gebräuchlichsten Kältemittel im Labor sind Eis und flüssiger Stickstoff. Sie werden hauptsächlich für Einzeltests eingesetzt, bei denen die Kühlung nur für einen begrenzten Zeitraum erforderlich ist oder bei denen einfache Handhabung und Sicherheit höchste Priorität haben.

Mechanische Kälteanlagen ähneln hingegen eher denen in herkömmlichen Haushaltskühlschränken. Sie sind am weitesten verbreitet. Der thermodynamische Kreislauf nutzt ein Kältemittel, um Wärme aus der Umgebung zu entziehen und sie abzukühlen. Zu den Hauptkomponenten einer mechanischen Kälteanlage gehören Kompressor, Kondensator, Verdampfer und Expander. Das Kältemittel wird komprimiert, gekühlt, verdampft und anschließend wieder expandiert, um den Kühlkreislauf zu erzeugen.

Anwendungsbereiche von Kühlkammern

Die Hauptanwendung von Kühlkammern besteht in der Lagerung von Produkten und Materialien , die bei sehr niedrigen Temperaturen gehalten werden müssen.

Drei Sektoren sind am stärksten betroffen: Lebensmittel, Pharmazeutika und wissenschaftliche Forschung.

Begehbare Kühlräume werden hauptsächlich in der Lebensmittelindustrie zur Lagerung einer großen Anzahl von Produkten eingesetzt, während Laborkühlschränke, die praktischer und kompakter sind, in der pharmazeutischen Industrie und in wissenschaftlichen Forschungsinstituten verwendet werden .

Die wichtigste internationale Norm , die diese Angelegenheit regelt, ist die ISO 23953. Sie enthält Richtlinien für die Klassifizierung, die Anforderungen und die Testbedingungen für Tisch- und Standkühlschränke, die für professionelle Zwecke verwendet werden.

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FDM-Laborkühlschränke

FDM – Environment Makers bietet einebreite Palette an Laborkühlschränken und -gefrierschränken, die zur Lagerung aller von uns besprochenen Produkte und Materialien geeignet sind.

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Referenzstandards

• EN 378 (Reihe 1-4) — Kälteanlagen und Wärmepumpen — Sicherheits- und Umweltanforderungen
• ASHRAE-Standard 34 – Bezeichnung und Sicherheitsklassifizierung von Kältemitteln
• ISO 817 – Kältemittel – Bezeichnung und Sicherheitsklassifizierung
• EU-Verordnung 517/2014 (F-Gas) – Fluorierte Treibhausgase
• EU-Verordnung 2024/573 – Überarbeitung des schrittweisen Abbaus von HFKW
• IEC 60335-2-89 — Sicherheit für gewerbliche Kühlgeräte

Autoritative Quellen

• EU-Kommission – F-Gas-Verordnung.
• ASHRAE – Amerikanische Gesellschaft der Heizungs-, Kälte- und Klimatechniker.
• AiCARR – Italienischer Verband für Klimaanlagen, Heizung und Kältetechnik.

Häufig gestellte Fragen zu Kühlsystemen

Welche Kältemittelgase werden heutzutage in Klimakammern verwendet?

Die schrittweise Abschaffung der F-Gase gemäß F-Gas 2024/573 sieht die Eliminierung von Gasen mit hohem Treibhauspotenzial (GWP) vor. Aktuelle Gase: R-449A, R-452A (HFC/HFO-Gemisch, GWP ~1400–1900, auslaufend); R-454C, R-455A (HFO-Gemisch, niedriges GWP ~150–250, neuer Standard); R-290 Propan (GWP 3, natürlich, entzündlich, ATEX-Klasse A3); R-744 CO₂ (GWP 1, Hochdruck über 80 bar, für Ultratiefkühlschränke und gewerbliche Kälteanlagen); R-170 Ethan und R-508B (Kaskadenbetrieb) für sehr niedrige Temperaturen (-80 °C und darunter).

Wie erreicht man in einer Kammer -80°C?

Bei einem zweistufigen Kaskadensystem kühlt die erste Stufe mit R-449A/R-404A auf -40 °C, die zweite Stufe mit R-508B (GWP 13.400 – Austritt) oder R-170 (Naturethan) auf -80 °C. Moderne Systeme verwenden umweltfreundliche R-290/R-170- oder R-744/R-170-Kaskaden . Für -150 °C sind drei Kaskadenstufen mit R-14 (Tetrafluormethan) oder Joule-Thomson-Expansion mit Helium erforderlich . Zu den vielversprechenden Alternativen zählt ein kältemittelfreier Stirling-Kryokühler für -186 °C

Direkte vs. indirekte Kühlung: Welche ist die richtige für Sie?

Direkt: Verdampfer innerhalb der Kammer, maximaler Wärmeaustausch, geringere Kosten, jedoch Risiko von Gaslecks und lokaler Temperaturungleichmäßigkeit. Indirekt (mit Glykol oder Salzlösung): externer Wärmetauscher + Wärmeträgerflüssigkeitskreislauf in der Kammer, höhere Temperaturgleichmäßigkeit (±0,3 °C) und Sicherheit (kein Kältemittel im Inneren), Kosten +20–30 %. Für ICH-Stabilitätskammern und pharmazeutische Anwendungen ist die indirekte Methode stets vorzuziehen.

Welche Kontrollen sind bei Kühlräumen mit F-Gas vorgeschrieben?

Für Systeme mit ≥ 5 Tonnen CO₂-Äquivalent (ca. 1,3 kg R-404A oder 2,3 kg R-134a): (1) Jährliche Dichtheitsprüfung durch einen F-Gas-zertifizierten Techniker; (2) Anlagenregister mit Rückverfolgbarkeit der Be- und Entladungen; (3) Obligatorische Rücknahme am Ende der Nutzungsdauer; (4) Installateur mit F-Gas-Zertifizierung gemäß EU-Verordnung 517/2014. Bei einem CO₂-Äquivalent von über 500 t ist ein automatisches Leckageerkennungssystem erforderlich.