Wer die Wahl hat, hat Flexibilität

Für manche Installationen ist eine kältetechnische Qualifikation, die sogenannte Sachkunde nach Chemikalien-Klimaschutzverordnung, vorgeschrieben.
Quelle: Daikin

Die zentrale Anforderung an Kältemittel ist, dass sie selbst bei niedrigen Temperaturen ihren Aggregatzustand schnell ändern müssen (von flüssig zu gasförmig und wieder zurück), um Kälte oder Wärme bei kleinen Füllmengen transportieren zu können. In den 1980er Jahren wurden noch chlorierte Kohlenwasserstoffe (FCKW, HFCKW) eingesetzt. Diese sind mittlerweile verboten, weil sie für den Ozonabbau in der Erdatmosphäre verantwortlich waren. Sie wurden durch fluorierte, bzw. teilfluorierte Kohlenwasserstoffe (FKW, HFKW) ohne Ozonabbaupotenzial ersetzt. Doch diese haben teilweise ein höheres Treibhauspotenzial (GWP). Deshalb geht der Trend bei Wärmepumpen hin zu synthetischen Kältemitteln mit möglichst niedrigem Treibhauspotenzial (z.B. R-32) bzw. zu Kohlenwasserstoffen (HC) wie Propan (R-290) oder Kohlendioxid (CO2). Aktuell wird auf EU-Ebene über eine Revision der F-Gase-Verordnung verhandelt. Welche Auswirkungen diese auf die zukünftige Verfügbarkeit von HFKWs haben wird, steht noch nicht fest. Eine Entscheidung ist für das 2. Halbjahr 2023 geplant. Bis dahin müssen sich Hersteller alle Optionen offenhalten, sodass sie flexibel auf die Entscheidungen reagieren können. 

Der Anwendungsfall bestimmt die Kältemittelwahl

Im Hinblick auf die Dekarbonisierung des Gebäudesektors braucht es Flexibilität bei der Auswahl des Kältemittels, weil die Vielfalt der Anwendungsfälle verschiedene Herausforderungen beinhaltet. Daikin vertritt seit Jahren die Strategie, dass es für jeden Anwendungsfall das geeignete Kältemittel gibt. Dabei ist die Klimaverträglichkeit des Kältemittels nur ein Aspekt von mehreren. Denn abhängig vom Anlagentyp – Kälteanlage, Klimagerät, Kaltwassersatz, Wärmepumpe etc. – sind unterschiedliche Kältemitteleigenschaften gefragt. Für die Effizienz der Anlage sind das richtige Zusammenspiel zwischen Kältemittel und Systemdesign sowie die gesamte Klima- bzw. Wärmepumpenleistung im Lebenszyklus der Produkte entscheidend. Bei der Auswahl des geeigneten Kältemittels spielen auch die Investitions-, Installations- und Betriebskosten der jeweiligen Anlagen eine wichtige Rolle. Daher setzt Daikin auf unterschiedliche Kältemittel und wählt jeweils das passende Kältemittel aus, das die Aspekte Umweltschutz, Sicherheit, Energieeffizienz und Kosteneffizienz im jeweiligen Anwendungsbereich am besten erfüllt.

Sichere Handhabung von Kältemitteln

Ein wichtiger Aspekt bei der Entscheidung für ein Kältemittel ist, wie sicher es in der Handhabung ist. Die Klassifizierungsnorm ISO 817:2014 stuft Kältemittel nach ihrer Entflammbarkeit in vier Klassen ein. Einige Kältemittel mit niedrigem GWP, beispielsweise R-32, Ammoniak und HFO-Kältemittel, sind in Klasse 2L eingestuft und gelten damit als schwer entflammbar. R-290 hingegen ist in der höchsten Klasse 3 eingestuft.

Klasse 1 – keine Flammenausbreitung

Klasse 2L – schwere Entflammbarkeit

Klasse 2 – entflammbar

Klasse 3 – leichte Entflammbarkeit

In den meisten Klimaanlagen und Wärmepumpen-Anwendungen können 2L-Kältemittel gefahrlos verwendet werden. Voraussetzung ist – wie bei allen Kältemitteln – dass die Anweisungen der Gerätehersteller sowie die europäischen und nationalen Sicherheitsbestimmungen eingehalten werden. Beim Transport und der Lagerung der Kältemittelflaschen sind die Sicherheitsanweisungen und Sicherheitsdatenblätter der Lieferanten von Kältemittelgasflaschen maßgeblich. Grundsätzlich gilt, dass im Umgang mit 2L-Kältemitteln für ausreichend Belüftung bei allen Arbeiten gesorgt werden soll. So ist sichergestellt, dass sich kein brennbares Luft-Kältemittel-Gemisch bilden kann.

Hohe Flexibilität dank Kältemittelauswahl

Das Angebot an mehreren Kältemitteln ermöglicht die vollständige Abdeckung aller Gebäudetypen. Daikin setzt daher neben dem bewährten Kältemittel R-32 zukünftig in seiner „Daikin Altherma“-Wärmepumpen-Serie auch auf R-290 und R-454C. Die aktuelle „Daikin Altherma 3 „-Serie verwendet R-32 mit einem GWP von 675, was bei der Markteinführung im Jahr 2017 eine erhebliche Reduzierung gegenüber dem damals marktüblichen R-410A darstellte. Die neue 4er-Serie ist entweder mit R-290 oder mit R-454 C erhältlich. Aufgrund seiner leichten Entflammbarkeit (A3) ist Propan nicht uneingeschränkt einsetzbar. Bei einer Monoblock-Wärmepumpe, bei sich der gesamte Kältemittelkreislauf im Freien befindet, ist ein Mindestabstand von einem Meter zu Fenstern und Türen, Gehwegen oder Nachbargrundstücken einzuhalten. Bei einigen Anwendungen, insbesondere in Mehrfamilienhäusern mit begrenztem Außenbereich, ist es jedoch nicht immer möglich, diesen Mindestabstand einzuhalten. Das ist der Grund, weshalb das Kältemittel R-454C in der neuen „Daikin Altherma 4“-Serie ebenfalls eingesetzt wird. Mit dem gesamten Spektrum an Kältemitteln gewährleistet die Serie, dass eine Wärmepumpe egal bei welchen Aufstellbedingungen zum Einsatz kommen kann.

R-32 – ein ausgewogenes Kältemittel für viele Anwendungen

Die Eigenschaften von R-32 erlauben es, das Kältemittel in den meisten Klimaanlagen und Wärmepumpen gefahrlos einzusetzen.
Quelle: Daikin

Daikin hat bereits im Jahr 2013 als erster Hersteller im Split-Klima-Bereich auf das Kältemittel R-32 gesetzt. R-32 erzielt höhere Wirkungsgrade als andere Kältemittel und trägt durch sein deutlich niedrigeres Treibhauspotenzial (GWP) zur Verbesserung der CO₂-Bilanz bei. Ein wichtiger Faktor dabei ist, dass mit R-32 betriebene Geräte eine 10 % geringere Kältemittelfüllmenge als Geräte mit R-410A benötigen. Als Reinstoff Kältemittel kann es problemlos gehandhabt werden. Es ist sowohl flüssig als auch gasförmig nachfüllbar und einfach zu recyceln und aufzubereiten. R-32 kann gefahrlos in einer Vielzahl von Systemen eingesetzt werden. Wichtig ist die Auslegung der Kältemittelfüllmenge entsprechend der Raumgröße. Die Konzentration im Raum muss unter der unteren Zündgrenze (bei R-32 sind das 0,306 kg/m³) bleiben. Daikin unterstützt mit der App „Daikin to go“ diese Auslegung. Wenn also die Hinweise der Hersteller beachtet werden, besteht keine Gefahr, dass diese Grenze erreicht wird. Mit der richtigen Auslegung kann das beste Ergebnis in Bezug auf Komfort und Wirtschaftlichkeit erreicht werden.

R-454C

R-454C ist wie R-32 ein Kältemittel der Sicherheitsklasse A2L. Im Gegensatz zu R-32 weist das Kältemittel R-454C aufgrund seiner Zusammensetzung einen Temperaturgleit von 7,8 K auf. Dies erfordert entsprechend ausgelegte Wärmetauscher, weshalb hier nicht einfach die Komponenten von R-32 verwendet werden können. Der Vorteil von R-454C gegenüber R-32 ist ein deutlich niedrigeres GWP von 148, weshalb es nach dem aktuellen Diskussionsstand zur Revision der F-Gas Verordnung zukünftig in den meisten Anwendungen einsetzbar sein wird.

R-290 (Propan): Halogenfreie Alternative

Als halogenfreie Alternative bietet sich das Kältemittel Propan an. Es gehört zu den Kohlenwasserstoffen und hat in der Kältetechnik die Bezeichnung R-290. Der größte Vorteil von Propan gegenüber den HFKW-Kältemitteln ist das sehr geringe Treibhauspotenzial mit einem GWP von 3. Aufgrund seiner hervorragenden thermodynamischen Eigenschaften bietet es auch ein hohes Energieeffizienzpotenzial. Zudem arbeitet Propan mit niedrigen Drucklagen unter 28 bar, weist niedrige Verdichtungsendtemperaturen auf und behält auch bei hohen Außentemperaturen seine Leistungsfähigkeit. Zudem ist Propan mit vielen Ölen mischbar. In Branchen, in denen die hohen Sicherheitsstandards problemlos einzuhalten sind, wird Propan aufgrund seiner hervorragenden Eigenschaften seit Jahren als Kältemittel in industriellen Kälteanlagen eingesetzt. In den letzten Jahren hat Propan auch verstärkt im Lebensmitteleinzelhandel Einzug gehalten. Entweder in steckerfertigen Geräten mit Füllmengen unter 150 g oder in Anwendungen mit einem Sekundärkreis, dem sogenannten Kühlsolekreis. Im Klimatisierungsbereich kommen außen aufgestellte Kaltwassersätze mit Propan in größeren Leistungsklassen und Füllmengen zum Einsatz. Ebenfalls mit dem Prinzip des Sekundärkreises arbeiten Wärmepumpen, weshalb auch in diesem Bereich die Anzahl der Geräte und der Hersteller in den letzten Jahren gestiegen ist.

Herausforderungen und Einschränkungen von Propan

Im Hinblick auf die Dekarbonisierung des Gebäudesektors braucht es Flexibilität bei der Auswahl des Kältemittels, weil die Vielfalt der Anwendungsfälle verschiedene Herausforderungen beinhaltet.
Quelle: Daikin

Alle in Verkehr gebrachten Geräte und Anlagen müssen sicher sein, das bedeutet auch, dass Leckagen bestmöglich zu verhindern sind. Wie ein Hersteller dies erreicht, bleibt ihm überlassen. Normen (technische Regelwerke) vereinfachen grundsätzlich die Einhaltung der Sicherheitsanforderungen, da sie klare Vorgaben enthalten. Hersteller können aber, basierend auf ihrer eigenen Risikobewertung, notwendige Sicherheitsmaßnahmen durchführen. Da Propan als Kohlenwasserstoff sehr leicht entflammbar ist, benötigt es besonders hohe Sicherheitsvorkehrungen. Damit Propan bei Gasgrills oder Campingkochern sicher eingesetzt werden kann, erhält es eine Odorierung – ein Duftstoff wird zugesetzt. So kann es von der menschlichen Nase wahrgenommen werden. Dem Kältemittel R-290 kann ein solcher Duftstoff nicht beigesetzt werden, da es hochrein sein muss. Deshalb müssen hier andere Sicherheitsmaßnahmen seitens des Herstellers ergriffen werden. Sicherheitsnormen legen deshalb Füllmengen und Anforderungen an die Aufstellbereiche und Befugnisse für Zugangsbereiche fest. Obwohl diese Anforderungen bei allen Kältemitteln zu berücksichtigen sind, sind sie aufgrund der sehr leichten Entflammbarkeit und der sehr niedrigen unteren Zündgrenze (Lower Flammability Level) von Propan deutlich restriktiver.

Einschränkungen mit Propan

All dies zusammengenommen führt zu Einschränkungen für zahlreiche Einsatzbereiche von Klimatisierungs- und Wärmepumpenanlagen mit Propan. Bei Wärmepumpen z.B. ist man in einem wirtschaftlich vertretbaren Rahmen hauptsächlich auf Luft-Wasser-Wärmepumpen in Monoblockbauweise zur Außenaufstellung beschränkt. Hier muss zusätzlich gewährleistet sein, dass die Wärmepumpen mindestens einen Meter Abstand zu Gehwegen, Fenstern, Türen, Lüftungsöffnungen, Lichtschächten, Kellerzugängen, Ausstiegsluken, Flachdachfenstern, Fallrohren oder sonstigen nicht abgedichteten Schächten einhalten und an der Oberkante der Wärmepumpe einen halben Meter. Hinzu kommt, dass bei Wartungsarbeiten am Kältekreislauf enorme Sorgfalt von Nöten ist. Gerade die hohe Löslichkeit von Propan im Verdichteröl stellt eine große Gefahr dar. Wird das im Öl gelöste Propan nicht vollständig abgesaugt, kann sehr schnell ein explosives Gemisch entstehen. Die Einschränkungen für zahlreiche Einsatzbereiche von Klimatisierungsanlagen durch erhöhte Sicherheitsanforderungen machen Systeme mit Propan als Kältemittel zum jetzigen Zeitpunkt weniger flexibel in der Anwendung und Installation und damit oft unrentabel in der Anschaffung. Genau wie bei anderen Kältemitteln wird auch bei den „Daikin Altherma“-Luft-Wasser-Wärmepumpen mit R-290 spezielle Sicherheitsmaßnahmen ergreifen, die den gesamten Lebenszyklus der Geräte berücksichtigen. Dazu gehört unter anderem auch die besondere Schulung der Installationsbetriebe für den Umgang mit R-290. Hierfür bildet künftig ein europaweites Support- und Weiterbildungsprogramm die Grundlage, das die Professionalität, Qualität und Sicherheit der Installateure in den Mittelpunkt stellt. Dieses Netzwerk baut auf dem bereits bestehenden, starken Netz von hochprofessionellen Installateuren und Technikern auf, das Daikin seit vielen Jahren pflegt. Die neue „Daikin Altherma 4“-Serie ist mit R-290 und mit R-454 C erhältlich.
Quelle: Daikin

Installation mit oder ohne Sachkundenachweis

Da bei der Installation von Split-Wärmepumpen Verdampfer und Kompressor im Außengerät und der Verflüssiger im Innengerät zu einem Kältekreis verbunden werden müssen, ist für die Installation eine kältetechnische Qualifikation, die sogenannte Sachkunde nach Chemikalien-Klimaschutzverordnung vorgeschrieben. Dieser „Sachkundennachweis gemäß der Kategorie I (ohne Einschränkung nach EU 2015/2067, ‚großer Kälteschein‘, ehemals EG 303/2008) nach ChemKlimaschutzV“ erlaubt dann folgende Tätigkeiten an ortsfesten Kälteanlagen, Klimaanlagen, Wärmepumpen: Dichtheitskontrolle, Rückgewinnung, Installation, Reparatur, Instandhaltung und Wartung sowie Stilllegung. Bei Monoblock-Wärmepumpen hingegen muss nur eine wasserseitige Verbindung zwischen Innen und Außen erfolgen, da der komplette Kältekreis im Außengerät untergebracht ist.

Es braucht vielfältige Lösungen

Mit ihrem Klimaschutzgesetz will die Bundesregierung die CO₂-Emissionen in Deutschland bis 2030 gegenüber 1990 um mindestens 65 % reduzieren und bis 2045 sogar klimaneutral werden. Um diese Ziele zu erreichen, müssen vor allem die CO₂-Emissionen und der Energieverbrauch von Gebäuden maßgeblich gesenkt werden. Dabei nimmt die Wärmepumpe eine Schlüsselrolle ein. Aus diesem Grund ist es auch unerlässlich, dass diese Technologie die Flexibilität behält, die sie mit der aktuell verfügbaren Vielfalt an Kältemitteln und Leistungen bietet. Ein einzelnes Kältemittel (z. B. Propan) liefert nicht das Patentrezept, um alle Versorgungsaufgaben beim Heizen und Kühlen von Gebäuden zu übernehmen. Einschränkungen im Einsatz, die sich durch die Festlegung auf ausschließlich „natürliche“ Kältemittel ergeben, sind zur Erreichung der Klimaziele im Gebäudesektor kontraproduktiv.