Verwendung, Neuregelungen und Verbote von Kältemitteln

Der folgende Beitrag liefert Ihnen eine Orientierungshilfe zu den aktuell gängigen Kältemitteln. Durch die letzte Revision der F-Gase-Verordnung, der EU-Verordnung Nr. 517/2014 über fluorierte Treibhausgase, ergeben sich wichtige Regelungen bezüglich derzeit noch verbreiteter Kältemittel. Mehrere dieser Stoffe werden bis zum Jahre 2030 komplett verboten sein.

Als Betreiber von Kälte- und Klimaanlagen sowie Wärmepumpen finden Sie im Folgenden einige grundlegende Informationen zu Kältemitteln und können den Stand Ihrer Anlagen damit leicht einordnen. Somit erhalten Sie auch eine gute Entscheidungshilfe in der Frage Umrüstung oder Neuanschaffung Ihrer Anlagen.

Kältemittel und ihre wichtigsten Eigenschaften

Laut gängiger Definition sind Kältemittel Medien, die in einer Kältemaschine oder Wärmepumpe durch Verdampfung einem Medium Wärme entziehen können und somit Kälte herstellen. Zu beachten ist zunächst, dass es sich bei Kältemitteln nicht um Kühlmittel handelt. Letztere sind in der Lage, bestehende Kälte zu transportieren oder Wärme abzuführen, während ein Kältemittel eingesetzt wird, um Kälte zu erzeugen.

Besonders wichtig bei Kältemitteln sind ihre thermodynamischen Eigenschaften. Zunächst darf ein Kältemittel keinesfalls einfrieren. Das Mittel soll in der Lage sein, im Verdampfer bei allen Betriebstemperaturen und bei möglichst geringer Druckabsenkung ausreichend stark verdampfen zu können. Die Verdampfungswärme (Enthalpie) soll möglichst hoch sein, um mit möglichst kleinem Volumenstrom eine bestimmte Kälteleistung erzielen zu können.

Auch die kritische Temperatur muss hoch genug sein. Um die Temperatur bei der Verdampfung möglichst konstant zu halten, sollte der Temperaturgleit des Kältemittels sehr gering oder gar nicht vorhanden sein. Dies ist vor allem bei Einstoffkältemitteln oder auch bei „azeotropen“ Gemischen gegeben, die trotz unterschiedlicher Siedepunkte ein Entmischen beim Sieden vermeiden.

Um die Verflüssigung der Kältemittels im Kondensator zu ermöglichen, sollte ein nicht zu hoher Druck nötig sein. Zudem sollte ein Kältemittel eine möglichst hohe volumetrische Heizleistung aufweisen: Hierdurch kann der Volumenstrom geringgehalten werden und ein Gerät bzw. eine Anlage kompakter gebaut werden.

Weitere positive Anwendungseigenschaften

  • nicht brennbar/explosiv
  • nicht gesundheitsschädlich
  • ökologisch unbedenklich (keine oder geringe Treibhauswirkung, keine ozonschädigende Wirkung)
  • gute Verträglichkeit mit anderen im System verwendeten Materialien
  • niedrige Viskosität der Flüssigkeit für möglichst gute Fließeigenschaften

Da kaum ein Kältemittel alle wünschenswerten Eigenschaften zugleich aufweist, müssen in der praktischen Anwendung so gut wie immer Einschränkungen hingenommen werden bzw. es ist ein gewisser Aufwand erforderlich, um unerwünschte Eigenschaften zu kompensieren. Vielfach gleicht – je nach Anlage bzw. Maschine – eine positive Eigenschaft eines Mittels eine andere, negative Eigenschaft aus.

So gibt es beispielsweise giftige oder ätzende Kältemittel, die jedoch eine hohe Verdampfungswärme erzielen können und daher gerne angewendet werden. Wegen der gesundheitsgefährdenden Eigenschaften werden dann, sofern machbar, entsprechende Sicherheitsvorkehrungen getroffen. Bei anderen Stoffen wird wiederum – sofern es die Sicherheitsvorschriften zulassen – eine Brennbarkeit zu Gunsten eines geringen Treibhauspotenzials akzeptiert.

Von der jeweiligen Anwendung ist abhängig, ob man sich für oder gegen ein bestimmtes Kältemittel mit seinen spezifischen Eigenschaften entscheidet. Da viele unterschiedliche Kältemittel im Einsatz sind, sollten die jeweiligen Vor- und Nachteile stets gegeneinander abgewogen werden.

Bezug von fluorierten Kältemitteln

Für den Bezug ist oft eine spezielle Zertifizierung (Betriebszertifizierung oder personenbezogene Zertifizierung) notwendig. Diese erteilen die jeweils zuständigen Landesämter für Umwelt. Fachbetriebe für Kälte- und Klimatechnik müssen ihre Betriebszertifizierung oder personenbezogene Zertifizierung vorlegen, um fluorierte Kältemittel vom Großhandel zu beziehen. Ein Verkauf der Kältemittel an nicht zertifizierte Betriebe oder Personen ist verboten.

Die derzeit meistverwendeten Kältemittel und ihre möglichen Alternativen

Nachdem die einstmals verbreitet eingesetzten Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) wegen ihrer ozonschädigenden Eigenschaften in den 1980er-Jahren teilweise und in den 1990er-Jahren schließlich vollständig verboten wurden, ist heute in Deutschland in neu gebauten Anlagen nur noch die Verwendung von Kältemitteln ohne ozonschädigende Wirkung erlaubt.

Vielfach werden nunmehr F-Gase (fluorierte Kohlenwasserstoffe, kurz FKW) eingesetzt. Jedoch besitzen mehrere dieser Kältemittel Eigenschaften, die das Klima schädigen, indem sie eine starke Treibhauswirkung entfalten. So ist etwa das Kältemittel R 410A, das verbreitet in stationären Klimaanlagen eingesetzt wird, mit einem GWP-Wert (Global Warming Potential) von 1.725 stark klimaschädlich und darf keinesfalls aus der Anlage in die Umwelt entweichen.

Auch R 404A (GWP-Wert 3.920), R 507 (GWP- Wert 3.850) oder das vor allem in PKW-Klimaanlagen verwendete Kältemittel R 134a haben einen hohen GWP-Wert (1430). Es wurde daher bereits vor Jahren für den Einsatz in Klimaanlagen in neuen PKW verboten, da es bei Autoklimaanlagen relativ leicht passieren kann, dass das Gas austritt.

Das Kältemittel R 1234yf mit seinem niedrigen GWP von 4 gilt aufgrund mehrerer vergleichbaren Eigenschaften als gute Alternative zu R 134a. Doch ist der in R 1234yf verwendete Stoff (2,3,3,3-Tetrafluorpropen) aus der Gruppe der Hydro-Fluor-Olefine (HFO) gering brennbar.

Halogenfreie Alternativen zu F-Gasen

Um die umweltrelevanten Nachteile der fluorierten Kohlenwasserstoffe zu umgehen, kommt der Einsatz von nicht halogenierten (chlorierten oder fluorierten) Kohlenwasserstoffen (Flüssiggasen) in Betracht, z. B. die Kältemittel R 290 und R 1270. Substanzen wie Propan, Propen und Butan sind weder ozon- noch klimaschädlich und zudem ungiftig. Ihr wesentlicher Nachteil besteht darin, dass sie brennbar und (sofern sie in höherer Konzentration in die Luft gelangen) explosiv sind.

Entsprechend aufwändig sind die Sicherheitsvorkehrungen und technische Maßnahmen, die erforderlich werden, um diese Stoffe vorschriftskonform und ohne Gefährdung zu verwenden. Einen weiteren Nachteil der Kohlenwasserstoffe stellt ihre große Öllöslichkeit mit den üblicherweise verwendeten Schmierstoffen dar.

Ammoniak, verwendet z. B. im Kältemittel R 717, kommt bereits seit längerer Zeit in industriellen Anlagen und Kleinanlagen sowie in Absorptionswärmepumpen zum Einsatz. Jedoch hat sich die Verbindung von Stickstoff und Wasserstoff als verbreitete Alternative zu den halogenierten Kohlenwasserstoffen nicht durchgesetzt. Ammoniak hat zwar überzeugende thermodynamische Eigenschaften, ist jedoch stark giftig und verträgt sich schlecht mit anderen Materialien; so korrodiert es z. B. in Verbindung mit Wasser Metalle (Kupfer).

Als weitere mögliche halogenfreie Alternative zu den klimaschädigenden Kältemitteln wird auch CO₂ gesehen ( Kältemittel R 744 ). Kohlendioxid besitzt zwar ebenfalls eine klimaschädigende Wirkung, diese ist jedoch weit schwächer als die von F-Gasen. Zudem benötigt man eine relativ geringe Menge an CO₂, um Kälteaggregate und Wärmepumpen damit zu betreiben.

CO₂ ist außerdem nicht brennbar und recht kostengünstig zu erwerben. Zudem weist es mehrere günstige kältetechnische Eigenschaften auf, vor allem eine hohe volumetrische Kälteleistung. Nachteilig ist bei diesem Kältemittel, dass es einen relativ hohen Druck und damit eher aufwändige Aggregate (starke Rohrleitungen, erhöhter Materialaufwand) benötigt, um verflüssigt werden zu können.

Halogenhaltige Alternativen

Wie bereits am Beispiel von R 1234yf als mögliche Alternative zu R 134a beschrieben, richtet sich die Aufmerksamkeit der Hersteller und Betreiber inzwischen stark auf Kältemittel aus der Gruppe der Hydro-Fluor-Olefine (HFO) und auf HFO-Gemische. Diese sogenannten „Low GWP-Kältemittel“ überzeugen zunächst durch ihr sehr geringes Treibhauspotenzial; auch weisen sie vielfach ähnliche Eigenschaften auf wie die derzeit noch verbreitet eingesetzten F-Gase.

Ihre größten Nachteile bestehen in der – wenn auch geringfügigen - Brennbarkeit. Weitere ungünstige Eigenschaften sieht man in der z.T. zu geringen volumetrischen Kälteleistung, dem z.T. vergleichsweise hohen Temperaturglide bei der Verwendung in Gemischen und der erhöhten Druckgastemperatur. Nicht zuletzt sind die Kosten für HFO und ihre Gemische noch recht hoch, zudem ist noch keine umfassende Verfügbarkeit sichergestellt.

Die Verordnung (EU) Nr. 517/2014 über fluorierte Treibhausgase und künftige Verbote von F-Gasen

Seit 1. Januar 2015 gilt die Verordnung (EU) Nr. 517/2014 über fluorierte Treibhausgase , kurz F-Gas-Verordnung. Sie sieht vor, die Emissionen fluorierter Treibhausgase des Industriesektors bis zum Jahr 2030 um 70 Prozent gegenüber 1990 zu verringern. Konkret sollen dadurch die Emissionen in der EU um 70 Millionen Tonnen CO₂-Äquivalent auf 35 Millionen Tonnen CO₂-Äquivalent gesenkt werden.

Damit verbunden ist – neben einer teilweisen Verschärfung der Regelungen zu Dichtheitsprüfungen, Zertifizierung, Entsorgung und Kennzeichnung – vor allem eine schrittweise Beschränkung (Phase down) der Mengen an teilfluorierten Kohlenwasserstoffen (HFKW), sodass bis zum Jahr 2030 nur noch ein Fünftel der derzeitigen Verkaufsmengen auf dem Markt sein wird. Zudem werden Verwendungs- und Inverkehrbringungsverbote für bestimmte F-Gase verhängt, wenn machbare klimafreundlichere Alternativen vorhanden sind.

Damit Sie die Konsequenzen für Ihr Unternehmen schnell einschätzen können, stellen wir Ihnen hier einen GWP-Rechner zur Verfügung. Mithilfe des Rechners können Sie ganz einfach feststellen, wie hoch der GWP-Wert der von Ihnen verwendeten Kältemittel ist und welche Konsequenzen für Sie damit verbunden sind.

Das bedeutet u.a., dass bereits ab 1.1.2020

  • Kältemittel mit einem GWP > 2500 für Anlagen über 40t CO₂-Äquivalent untersagt sind (betrifft die gängigen Kältemittel R 23, R 404A, R 422A, R 422D, R 507 und R 508A und B);
  • ein Nachfüllverbot für Kälteanlagen besteht (> 40t CO₂-Äquivalent) mit F-Gas > 2500 (Neuware);
  • ein Verbot des Inverkehrbringens für gewerbliche Kühl- und Gefriergeräte und bestimmte mit F-Gas mit einem GWP > 2500 besteht;
  • ein Verbot des Inverkehrbringens mobiler Raumklimageräte mit GWP > 750 besteht.

Weitere, umfassendere Verbote folgen dann schrittweise zum 1.1.2023, 1.1.2025 und 1.1.2030.

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