Alternativen bei den Kältemitteln

25.03.2020 | Veröffentlicht in Ausgabe 04-2020 | Druckvorschau

Eine große Bedeutung bei Klimageräten und Kaltwassererzeugern werden künftig weiter R410A und zunehmend R32 und R1234ze sowie übergangsweise R513A haben. - © Bild: Mitsubishi Electric — © Bild: Mitsubishi Electric

Eine große Bedeutung bei Klimageräten und Kaltwassererzeugern werden künftig weiter R410A und zunehmend R32 und R1234ze sowie übergangsweise R513A haben.

Auswirkungen der F-Gase-Verordnung – SBZ-Serie Teil 2 ▪ Kältemittel werden aufgrund der Auswirkungen des Klimawandels in immer mehr Produkten der Gebäudetechnik benötigt. Dazu gehören beispielsweise Wärmepumpen, Klimasysteme und Kaltwassersätze, deren steigende Nachfrage auch den Kältemittelbedarf erhöht. Als Reaktion auf den Klimawandel haben jedoch Regularien, insbesondere die EU-weit geltende F-Gase-Verordnung, die Verfügbarkeit bestehender Kältemittel extrem eingeschränkt, sodass die Branche mit neuen Lösungen und Konzepten reagieren muss. Teil 2 dieser dreiteiligen Serie stellt Alternativen und ihre Vor- und Nachteile in den Mittelpunkt. → Martin Schellhorn

Inhalt

Die Umsetzung der F-Gase-Verordnung mit dem Ziel, das Treibhauspotenzial der neu in den Markt eingebrachten fluorierten Kältemittel zu reduzieren, verringert bis 2030 stufenweise das dem Markt pro Jahr zur Verfügung stehende CO2-Äquivalent. Die Verordnung beschreibt dazu ein Phase-down-Szenario für neu produzierte Kältemittel und gibt Verbote für Kältemittel mit hohen Global-Warming-Potential(GWP)-Werten über 2500 vor (→ SBZ 3-20). Schon in diesem Jahr wird davon das vor allem in Supermarkt-Kälteanlagen eingesetzte Kältemittel R404A (GWP 3922) betroffen sein.

Deutlich reduziertes Treibhauspotenzial durch Hybrid-VRF-Technologie mit R32, wodurch sich anlagenbezogen schon heute der mittlere GWP-Wert des Phase-down-Szenarios für 2030 erreichen lässt.

Vom Status quo zum Wechsel

„Das ‚optimale Kältemittel‘, das alle unsere Anforderungen erfüllt und unbrennbar sowie nicht giftig ist, einen niedrigen oder sogar vernachlässigbaren GWP hat und mit geringem Druck arbeitet, wird es nicht geben“, sagt Michael Lechte, Manager Produktmarketing bei Mitsubishi Electric, Living Environment Systems. „Vielmehr wird der Markt sich künftig weiter teilen. Je nach Technologie werden wir Kältemittel einsetzen, die für die jeweiligen Anforderungen geeignet
sind.“

Raumklimasysteme und Kaltwassersätze werden seit Jahren zu rund 90 % mit den Kältemitteln R134a (GWP 1430) und R410A (GWP 2088) betrieben. Für diese Kältemittel gibt es in der F-Gase-Verordnung keine expliziten Inverkehrbringens-Verbote. Eine Versorgung von Bestandsanlagen mit diesen Kältemitteln ist also gewährleistet.

Die große Aufgabe ist es jedoch, die hohe Nachfrage an Neugeräten zu bewältigen. Im Jahr 2018 erlebte die Branche einen regelrechten Ansturm auf Klimageräte jeglicher Art. Verantwortlich hierfür war der extrem warme und ungewöhnlich lange Sommer. Doch bereits die spürbare Klimaerwärmung und auch steigende Komfortbedürfnisse lassen in den kommenden Jahren eine hohe Nachfrage erwarten.

Mit einem höheren Geräteabsatz steigt der Kältemittelbedarf. Dieser kann durch die fortlaufenden Einschränkungen des Phase-down jedoch nur befriedigt werden, wenn das CO2-Äquivalent der verwendeten Kältemittel verringert wird. Da sich die Kältemittelmenge pro Gerät bzw. System nicht beliebig verringern lässt, muss auch der mittlere GWP-Wert der neu eingesetzten Kältemittel sinken.

Um dem gerecht zu werden, setzt beispielsweise Mitsubishi Electric auf die Kältemittel R32 (bei Klimasystemen; GWP 675) und R1234ze (bei Kaltwassersätzen; GWP 7). Bei R32 handelt es sich um ein Einstoff-Kältemittel und bei R1234ze um ein teilhalogeniertes Fluor-Olefin (HFO) mit ähnlichen thermodynamischen Eigenschaften wie R410A und R134a, jedoch mit deutlich geringerem Treibhauspotenzial.

Beide Kältemittel sind in der Sicherheitsgruppe A2L eingegliedert und gelten damit als schwer entflammbar. Damit sind sie eine praxistaugliche Alternative zu natürlichen Kältemitteln, beispielsweise dem leicht entflammbaren Propan (R290; GWP 3; Sicherheitsklasse A3). Sie haben ein vielfach geringeres Risikopotenzial beim Einsatz in Gebäuden und können auch in größeren Leistungsbereichen verwendet werden.

Trotzdem unterliegen R32 und R1234ze gewissen Sicherheitsstandards (DIN EN 378 und IEC 60 335-2-40), die sich an dem Verhältnis von Kältemittelfüllmengen und Raumgröße orientieren. Mitsubishi Electric stellt dazu zahlreiche Unterlagen zur Verfügung und führt Schulungen durch, um die Rahmenbedingungen beim Einsatz von A2L-Kältemitteln im Markt verständlich darzustellen.

Inverkehrbringens-Verbote der F-Gase-Verordnung (Auszug)

Alternativen im Klimabereich

Große Hersteller wie Mitsubishi Electric werden künftig mit großer Flexibilität im Markt unterwegs sein. „Im Klimabereich werden wir da, wo es möglich ist, auf R32 umstellen“, betont Lechte. Das Unternehmen setzt R32 zum Beispiel in seinen HVRF-Systemen ein und bietet im Multisplit-Segment für seine Mr.-Slim-Klimageräte den Betrieb mit R32 als Alternative zu R410A an.

Allerdings gibt es Bereiche, in denen die Umsetzung mit R32 nicht bloß durch technische Entwicklungen einfach möglich ist. Beispielsweise die direktverdampfenden VRF-Systeme, die nach wie vor den Großteil der realisierten Projekte bei Mitsubishi Electric ausmachen.

Größere Füllmengen und eine hohe Anzahl an Räumlichkeiten, in denen Kältemittel eingesetzt wird, würden mit R32 ein hohes Maß an Risikomanagement bedeuten. Bei der Verwendung von A2L-Kältemittel fordern die zuständigen Normen DIN EN 378 und IEC 60335 ab einem gewissen Verhältnis von Kältemittelfüllmenge und Raumhöhe zusätzliche Sicherheitsvorkehrungen. Für VRF-Systeme würde das bei Projekten mit vielen kleinen Räumen einen immensen zusätzlichen Aufwand erfordern, der aus wirtschaftlicher Sicht schwer zu realisieren ist.

R32 ist ein Kältemittel der Kategorie A2L und gilt damit als schwer entflammbar. Um die Sicherheit von Personen innerhalb von Gebäuden zu gewährleisten, müssen die Sicherheitsstandards nach DIN EN 378 und IEC 60335 eingehalten werden.

Was ist mit R513A?

Ein Kältemittel, das dem F-Gase-Phase-down gerecht wird, ist R513A. Es gehört in die Sicherheitsgruppe A1 und ist weder brennbar noch giftig. Somit kann es gut innerhalb von Gebäuden eingesetzt werden, da kein zusätzliches Risikomanagement hinsichtlich Brennbarkeit erforderlich ist.

Mit einem GWP von 631 liegt es auf einem ähnlichen Level wie R32 und ist zudem als „Drop-in“-Lösung für R134a geeignet. Das heißt, es kann durch einige kleinere Modifikationen, wie Software-Updates für Regler und Treiber elektronischer Expansionsventile und Neujustierung der Hochdruckschalter in Kaltwassersätzen, verwendet werden.

Mit seinen thermodynamischen Eigenschaften eignet sich R513A jedoch leider nicht für den Einsatz in Klimasystemen, die zuvor mit R410A betrieben wurden. Trotz seiner guten Eigenschaften gilt das Kältemittel R513A „nur“ als Übergangslösung zu R1234ze, da bei den typischen Einsatzmöglichkeiten mit größeren Kältemittelfüllmengen durch den geringen GWP-Wert von R1234ze das CO2-Äquivalent deutlich verringert werden kann.

R1234ze mit niedrigem GWP-Wert

Eine größere Sicherheit für Kunden im Hinblick auf einen stabilen Kältemittel- und Gerätepreis sowie eine langfristige Kältemittelverfügbarkeit bietet das Kältemittel R1234ze mit einem GWP von 7.

Die längeren Wartungsintervalle aufgrund des niedrigen GWPs wirken sich zudem vorteilhaft auf die Betriebskosten aus. R1234ze eignet sich außer für den Einsatz in Kaltwassersätzen auch für den Betrieb in Wärmepumpen für gewerbliche und industrielle Anlagen mit Verdrängungsverdichtern und Direktverdampfung.

Da R1234ze jedoch eine um etwa 20 bis 25 % geringere volumetrische Kälteleistung aufweist als R134a, müssen die Gerätebauteile entsprechend größer ausgelegt werden. Das führt zu einem größeren Platzbedarf für die Aufstellung und auch zu höheren Anschaffungskosten.

Mitsubishi Electric bietet mittlerweile nahezu sein gesamtes Programm an Kaltwassersätzen mit Schrauben- und Turbocor-Verdichtern wahlweise mit dem Kältemittel R513A oder R1234ze an. Lechte: „Die Philosophie von Mitsubishi Electric ist es, viele Alternativen zu bieten, um dem Kunden maßgeschneiderte Lösungen bereitstellen zu können. Insbesondere, wenn Investitionskosten im Vordergrund stehen oder eine Aufstellung mit R1234ze aufgrund der Platzverhältnisse nicht möglich ist, kann hier auf R513A zurückgegriffen werden.“

Im dritten Teil der Beitragsserie werden technische Ausführungen von relevanten Produkten in Verbindung mit neuen Kältemitteln aufgezeigt.