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Aus dem Facharchiv: Elektropraxis
F-Gase und Alternativen

Kältemittel unterliegen der F-Gase-Verordnung, die eine weitere Reduzierung von Treibhausgas-Emissionen zum Ziel hat. Die Regelungen der novellierten Fassung sollen in erster Linie dazu dienen, einen Anreiz zur Entwicklung und Verwendung von Alternativen zu schaffen. Der Beitrag geht auf Arbeitsmedien ein, die aktuell in Wärmepumpen und Kälteanlagen eingesetzt werden.

Kühlschiff der Islandklasse mit Ammoniak als Kältemittel (Quelle: U. Horn/CC BY 3.0)

Aktuelle Daten zeigen, dass bisher staatlicherseits eingeleitete Maßnahmen zur Senkung von Treibhausgas-Emissionen nicht völlig wirkungslos waren. Das gilt sicher auch für die Maßnahmen, die in der seit 2007 gültigen Fassung der F-Gase-Verordnung enthalten waren: Vorgaben zu regelmäßigen Dichtheitskontrollen, Anforderungen an die Ausbildung und Zertifizierung des Montage- und Servicepersonals sowie die Pflicht der Kältemittelhersteller, den Verbrauch von F-Gasen nachzuweisen. Doch damit ließen sich die zwischenzeitlich von der EU neu definierten mittel- und langfristigen Ziele zur Minderung von direkten Emissionen nicht erreichen, wie sich bald herausstellte. Damit war klar, dass die Verordnung angepasst werden musste.

Die EU will die Emissionen von F-Gasen um 70 Mio. t CO2-Äquivalent auf 35 Mio. t CO2-Äquivalent bis zum Jahr 2030 senken. Die wohl wichtigsten neuen Ansätze in der seit dem 1. Januar 2015 gültigen Revision sind die Einführung einer schrittweisen Beschränkung der am Markt verfügbaren Mengen an teilhalogenierten Fluorkohlenwasserstoffen (HFKW). Diese gestufte Reduzierung („Phase down“-Verfahren) soll dazu führen, die in Verkehr gebrachten HFKW-Mengen bis zum Jahr 2030 stufenweise auf ein Fünftel der heutigen Verkaufsmenge zu reduzieren. Unternehmen, die pro Kalenderjahr HFKW in Mengen von 100 t CO2-Äquivalent oder mehr in den Verkehr bringen wollen, benötigen dazu eine Quote. Hierzu müssen sie sich über ein F-Gas-Portal der EU registrieren und ihre Absicht, HFKW in den Verkehr bringen zu wollen, bei der Europäischen Kommission anmelden. Das Anmeldeformular verlangt unter anderem Angaben über die voraussichtlichen Mengen, die in Verkehr gebracht werden sollen. Gleichzeitig besteht die Pflicht zur Berichterstattung über den tatsächlichen Verbrauch.

Ferner enthält die neue F-Gase-Verordnung einige Verwendungs- und Inverkehrbringungsverbote, die ab unterschiedlichen Zeitpunkten gelten. So ist für eine Reihe von Anwendungen ein maximal zulässiger GWP-Wert (siehe Glossar) des Kältemittels festgelegt. Ein weiterer wichtiger Punkt: Die Betreiber bestimmter Anlagen hatten bereits zuvor eine Reihe von Pflichten übertragen bekommen. Diese bleiben mit der neuen F-Gas-Verordnung weitgehend bestehen. Einige Pflichten kommen ergänzend hinzu, andere sind anders ausgestaltet. Für einen vollständigen Überblick empfiehlt es sich, den Verordnungstext und die dazugehörigen Anhänge zu lesen.

Natürliche Kältemittel

Wärmepumpen arbeiten heute vorwiegend mit HFKW-Kältemitteln wie R134a, R407C oder R410A. Aber wie alle halogenierten Kältemittel gehören diese zu den klimaschädigenden Treibhausgasen. Das ist einer der Gründe, weshalb schon seit vielen Jahren eine Rückbesinnung auf natürliche Kältemittel wie Wasser, Ammoniak, Propan, Propylen und auch CO2 (Treibhausgas, GWP-Wert = 1) zu beobachten ist.

Wasser als Arbeitsmittel für 
Kälteanlagen hoher Leistung

Wasser stellt als Kältemittel (R718) zwar hohe Anforderungen an die Verdichter- und Anlagengestaltung, denn Druckverhältnis und spezifisches Volumen von Wasserdampf unterscheiden sich beträchtlich von denen üblicher Kältemittel. Es bietet aber auch viele Vorteile: R718 ist nichts anderes als einfaches, nicht aufbereitetes Wasser aus der öffentlichen Versorgung; es ist ferner weder giftig noch brennbar und erfordert keine sicherheitstechnischen Aufwendungen für den Kältemaschinenraum; das Ozonabbau- und das Treibhauspotential sind gleich null. Auch auf der Maschinenseite gibt es Pluspunkte. So benötigen R718-Kälteanlagen keinen Ölkreislauf, der Aufwand für Wartung ist gering. Das Institut für Luft- und Kältetechnik (ILK) in Dresden hat gemeinsam mit der Fa. Axima Refrigeration in mehreren Installationen die technische Machbarkeit und Praxistauglichkeit von Wasser als Kältemittel untersucht. Dabei wurden im Rahmen eines Forschungsprojekts im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie Kaltwassersätze im Leistungsbereich zwischen 400 und 1 000 kW gefertigt und eingesetzt. Sie laufen bereits seit einigen Jahren und konnten belegen, dass das neue Kälteverfahren auch unter harten praktischen Einsatzbedingungen machbar und zuverlässig ist. Doch solche Einsätze sind bislang wegen des hohen technischen Aufwandes mehr oder weniger Ausnahmen.

Ammoniak: seit mehr als 
100 Jahren im Einsatz

Auch Ammoniak (NH3) zählt zu den natürlichen Kältemitteln. In Industrie- und Großkälteanlagen verrichtet es schon seit mehr als 100 Jahren zuverlässig seinen Dienst (Bild). Es hat einige positive Eigenschaften, die dem industriellen Einsatz entgegenkommen: Ammoniak hat kein Ozonabbau- und kein direktes Treibhauspotential und ist zudem äußerst preiswert. Leider gibt es auch negative Aspekte: Ammoniak ist giftig und brennbar, weshalb besondere Sicherheitsvorschriften für Bau und Betrieb unerlässlich sind. Die thermodynamischen Eigenschaften erfordern materialtechnisch sehr anspruchsvolle Komponenten; die Frage nach geeigneten Schmierstoffen ist noch nicht abschließend geklärt; die Einspritzregulierung für kleine Leistungen gestaltet sich schwierig; Ammoniak wirkt korrosiv auf Kupferwerkstoffe und erfordert deshalb Rohrleitungen aus Stahl. Diese Probleme lassen sich nur durch eine aufwendige Anlagentechnik lösen. Zur Zukunft von mit Ammoniak betriebenen Kältesystemen schreibt die Fa. Bitzer in einem Kältemittelreport, eine abschließende Beurteilung über den erweiterten Einsatz von NH3-Kompaktsystemen an Stelle von Anlagen mit HFKW-Kältemitteln und weitgehend konventioneller Technik sei noch verfrüht. Aus rein technischer Sicht und unter der Voraussetzung eines akzeptablen Kostenniveaus werde eine breitere Angebotspalette in absehbarer Zeit zu erwarten sein.

Autor: W. Wilming

Der vollständige Artikel ist unserem Facharchiv nachzulesen.

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