F﻿-Gase-Verordnung spricht für R290

11.11.2019 | Veröffentlicht in Ausgabe 11-2019

1 Die Hitzewelle in Europa im Sommer 2019 mit neuen Temperaturrekorden hinterlässt auch in den arktischen Gebieten ihre Spuren; immer mehr und immer größere Eisberge brechen ab. Medien berichteten, dass zwischen dem 30. Juli und 3. August 2019 auf Grönland 90 % der Eisoberfläche Temperaturen von über 0 °C ausgesetzt waren. Dadurch wurden rund 55 Mrd. Tonnen Eis aufgetaut. Der Klimawandel erfordert ein Umsteuern in allen Lebensbereichen, auch beim Einsatz von Kältemitteln. - © Bild: Margot Dertinger-Schmid — © Bild: Margot Dertinger-Schmid

1 Die Hitzewelle in Europa im Sommer 2019 mit neuen Temperaturrekorden hinterlässt auch in den arktischen Gebieten ihre Spuren; immer mehr und immer größere Eisberge brechen ab. Medien berichteten, dass zwischen dem 30. Juli und 3. August 2019 auf Grönland 90 % der Eisoberfläche Temperaturen von über 0 °C ausgesetzt waren. Dadurch wurden rund 55 Mrd. Tonnen Eis aufgetaut. Der Klimawandel erfordert ein Umsteuern in allen Lebensbereichen, auch beim Einsatz von Kältemitteln.

Die meisten der bisher in Heizungs-Wärmepumpen eingesetzten Kältemittel sind inzwischen als klimaschädigend eingestuft. Mit der seit 1. Januar 2015 EU-weit verbindlichen F-Gase-Verordnung werden die bisher verwendeten Kältemittel auf der Basis teilhalogenierter Fluorkohlenwasserstoffe (HFKW) drastisch verknappt. Im Hinblick auf weiter steigende Absatzzahlen bei kälte- und klimatechnischen Geräten sowie bei Wärmepumpen gilt das umweltschonende Kältemittel R290 (Propan) als Favorit für Wärmepumpen und viele andere kältetechnische Geräte.

Kompakt informieren

Die F-Gase-Verordnung und der F-Gase-Phasedown verändern den Blickwinkel auf die Kältemittel zugunsten natürlicher Stoffe, zu denen
auch R290 (Propan) gehört.

Neben der rein ökologischen Betrachtung rücken auch ökonomische Kriterien, wie die Wirtschaftlichkeit auf die Lebenszeit einer Anlage, in den Fokus von Bauherren und Investoren.

Wegen des geringen GWP, der niedrigen Kosten, der problemlosen Entsorgung und der quasi unbegrenzten Verfügbarkeit der natürlichen Kältemittel rücken halogenfreie, organische Kohlenwasserstoffe in das Blickfeld vorausschauender Wärmepumpenanbieter.

Die „Verordnung (EU) Nr. 517/2014 über fluorierte Treibhausgase“ – kurz F-Gase-Verordnung (www.bit.ly/f-gase-v) genannt – hat gravierende Folgen für alle Arten kältetechnischer Geräte und Anlagen und damit auch auf den Bestand und den künftigen Einsatz von Wärmepumpen. Entscheidend für die Wahl eines Kältemittels ist seit 2015 der GWP-Wert (Global Warming Potential; teilweise auch: Greenhouse Warming Potential), also das Treibhauspotenzial eines Kältemittels.

GWP, ODP, TEWI, Öko Effizienz

Der GWP-Wert definiert die mittlere Erwärmungswirkung von 1 kg einer in die Erdatmosphäre freigesetzten chemischen Verbindung bzw. eines Kältemittels über einen bestimmten Zeitraum (in der F-Gase-Verordnung sind es 100 Jahre) im Vergleich zur gleichen Menge an Kohlenstoffdioxid (CO₂; GWP = 1). Er entspricht also dem direkten CO₂-Äquivalent eines chemischen Stoffs.

Der ODP-Wert (Ozonabbaupotenzial; Ozon Depletion Potential) eines Kältemittels ist ein weiterer Kennwert, der die Eigenschaften einer chemischen Verbindung beschreibt. Der dimensionslose ODP-Wert beschreibt den relativen Effekt des Abbaus der Ozonschicht, der durch einen Stoff ausgelöst werden kann. Referenzwert für den ODP-Wert 1 ist die Substanz Trichlorfluormethan, besser bekannt unter der Kältemittelbezeichnung R11. Werte über 1 sind also stärker ozonabbauend, Werte unter 1 weniger ozonabbauend als R11.

Zur Gruppe der ozonabbauenden Stoffe gehören die Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) und die teilhalogenierten Fluorchlorkohlenwasserstoffe (HFCKW). Im Zuge des FCKW-Ausstiegs (Montreal Protokoll, September 1987) in den 1990er-Jahren wurden fast alle ozonabbauenden Kältemittel verboten und durch teilhalogenierte Fluorkohlenwasserstoffe (HFKW) ersetzt.

Dabei wurde jedoch das Treibhauspotenzial dieser Ersatzstoffe unterschätzt. Die stärkere Beachtung der Gesamttreibhausbelastung (Total Equivalent Warming Impact, TEWI) brachte mehr Transparenz in die Zusammenhänge zwischen Kältemittel und Treibhauspotenzial. Mithilfe dieser Berechnungsmethode ist es möglich, die direkte und indirekte CO₂-äquivalente Treibhausbelastung einer Kälte- bzw. Wärmepumpenanlage über deren Lebenszyklus inklusive der Sekundäremissionen durch die Bereitstellung der Betriebsenergie individuell zu beurteilen. Allerdings berücksichtigt der TEWI-Kennwert nur die Auswirkungen auf den Treibhauseffekt während der Betriebsperiode einer Kälteanlage; die gesamten ökologischen und ökonomischen Aspekte werden dabei nicht betrachtet.

Noch einen Schritt weiter geht die gesamtheitliche Betrachtung von ökologischen und ökonomischen Aspekten, was insbesondere für Hersteller und Investoren immer wichtiger wird, um Fehlinvestitionen zu vermeiden. Mithilfe des Bewertungssystems „Öko Effizienz“ wird neben rein ökologischen Kriterien auch die ökonomische Leistungsfähigkeit einer Technologie einbezogen. Dazu zählen unter anderem die gesamten Umweltlasten, z. B. direkte und indirekte Emissionen, die Investitionssumme, die Betriebs- und Entsorgungskosten sowie die Kapitalkosten. Diese Betrachtungsweise wird vor allem von den Lebensmittelketten bei der Investition in Supermarktkälteanlagen berücksichtigt. In dieser Branche spielen natürliche Kältemittel eine zunehmend größere Rolle, da deren Einsatz langfristig meist wirtschaftlicher ist.

2 Phase-down-Zeitplan der F-Gase-Verordnung. Bis zum Jahr 2030 stehen dem Markt nur noch 21 % der Ausgangsmenge von 2015 in CO2-Äquivalenten zur Verfügung. Hinzu kommen datierte Verbote, in bestimmten Einsatzgebieten FKW- und HFKW-Treibhausgase bzw. HFKW-Kältemittel oberhalb bestimmter GWP-Werte zu verwenden. — 2 Phase-down-Zeitplan der F-Gase-Verordnung. Bis zum Jahr 2030 stehen dem Markt nur noch 21 % der Ausgangsmenge von 2015 in CO₂-Äquivalenten zur Verfügung. Hinzu kommen datierte Verbote, in bestimmten Einsatzgebieten FKW- und HFKW-Treibhausgase bzw. HFKW-Kältemittel oberhalb bestimmter GWP-Werte zu verwenden.

Natürliche Kältemittel liegen vorn

Seit dem 1. Januar 2015 regelt die F-Gase-Verordnung den Einsatz bzw. die Verwendung von Kältemitteln. Neu ist, dass Kältemittel nicht mehr in Kilogramm, sondern nach ihrem Treibhauspotenzial GWP gewichtet werden. Bezugspunkt für den vorgesehenen Ausstieg aus Kältemitteln mit hohem GWP ist der Jahresdurchschnitt der Gesamtmenge der in den Jahren 2009 bis 2012 in der EU in Umlauf gebrachten Kältemittel, umgerechnet in ihr CO₂-Äquivalent.

Die im Januar 2015 begonnene schrittweise Reduzierung der zur Verfügung stehenden CO₂-Äquivalente für neu in den Verkehr gebrachte HFKW-Kältemittel (2) ermöglicht den betroffenen Branchen einen technologieoffenen Umstieg. Ziel ist, das für den Ausgangspunkt berechnete CO₂-Äquivalent (100 %) bis zum Jahr 2030 auf 21 % zu senken.

Darüber hinaus gibt es zusätzliche Kältemittelverbote, beispielsweise für Haushaltskühl- und -gefriergeräte (GWP ≥ 150 seit 2015), für gewerbliche Kühl- und Gefriergeräte und bestimmte ortsfeste Kälteanlagen (GWP ≥ 2500 ab 2020 und GWP ≥ 150 ab 2022). Ab 2025 ist das Inverkehrbringen von Mono-Splitklimageräten mit mehr als 3 kg Kältemittelfüllmenge und einem GWP des HFKW-Kältemittels von ≥ 750 verboten.

Fachleute gehen davon aus, dass der F-Gase-Phase-down und die damit einhergehende Verknappung an Kältemitteln mit hohem GWP zu enormen Preissteigerungen und technischen Verwerfungen am Kältemarkt führen wird. Von der Teuerung sind insbesondere Geräte und Anlagen betroffen, die regelmäßig gewartet werden müssen.

Kältemittel für Wärmepumpen

Nach dem Verbot der ozonschädigenden FCKW favorisierten die Hersteller von Wärmepumpen weitgehend teilhalogenierte Kältemittel (HFKW). Dabei erwies sich R410A wegen seiner großen volumetrischen Kälteleistung als ideales Kältemittel für Haus-Wärmepumpen. Wegen des relativ hohen Treibhauspotenzials von R410A (GWP = 2088) wird dieses Kältemittel im Rahmen des Phase-down nach und nach aus dem Markt gedrängt. Viele Wärmepumpen-Hersteller bevorzugen neuerdings das Kältemittel R32, das sich bereits als Bestandteil vieler Kältemittelgemische bestens bewährt hat. Mit einem GWP-Wert von 675 gilt es jedoch eher als Übergangskältemittel, bis GWP-günstigere Lösungen angeboten werden.

Eine gute und auch verbindliche Übersicht, welche Kältemittel sich künftig für welche Anwendungen eignen, bietet die Empfehlung des „Arbeitskreises Maschinen- und Elektrotechnik staatlicher und kommunaler Verwaltungen“ (AMEV) mit dem Titel „Kälte 2017, Hinweise zur Planung, Ausführung und Betrieb von Kälteanlagen und Kühlgeräten für öffentliche Gebäude“ (Download: www.bit.ly/tga1144).
Unter der Rubrik „Kältemittel für Neuanlagen“ ist dort das Kältemittel R32 nur als „eventuell zukunftssicher“ aufgeführt. Dagegen wird das Kältemittel R290 (Propan) mit einem GWP-Wert von 3 im AMEV-Leitfaden als „zukunftssicher“ gelistet.

Die Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen (DGNB) schließt sich der AMEV-Beurteilung an und warnt gleichzeitig vor möglichen hohen Folgekosten durch Geräte und Anlagen mit hohem GWP. Dabei gehe es nicht allein um höhere Wartungskosten für Hoch-GWP-Anlagen, sondern – zumindest bei Neuanlagen – auch um mögliche Regressforderungen des Bauherrn gegenüber dem Planer. Im DGNB-Bewertungssystem sei es deshalb vorstellbar, dass der Bauherr künftig mit seiner Unterschrift bestätigt, dass er vom Planer über die Kältemittelproblematik und mögliche Folgen auf die Betriebskosten oder die Ökobilanz (Entsorgungskosten) aufgeklärt wurde.

Schon heute werden Kälteanlagen bzw. Kältemittel im DGNB-Zertifizierungssystem entsprechend ihres GWP-Wertes bewertet. Positiv eingestuft werden Kältemittel mit einem GWP ≤ 150, das heißt, Kälteanlagen und Wärmepumpen mit dem Kältemittel R32 (GWP = 675) werden mit Strafpunkten belastet.

In der DGNB-Schrift „Kostenfalle Kältemittel“ ( Webcode 841145) weisen die Autoren darauf hin, dass die Handhabung neuer Kältemittel bedeutend anspruchsvoller sein wird und höhere Anforderungen an kältetechnische Komponenten, Dimensionierung und Betrieb stellt. Bereits jetzt sei zu beobachten, dass sich der Markt hin zu den umweltverträglichen, natürlichen Kältemitteln dreht.

3 Wer heute eine Wärmepumpe kauft, möchte sichergehen, dass über die veranschlagte Lebenszeit des Geräts von 25 bis 30 Jahren keine zusätzlichen Kosten durch die Verknappung von Kältemitteln entstehen. Das Kältemittel R290 ist heute sicher beherrschbar, preisgünstig und effizient im Betrieb.

Öko-Effizienz beachten

Die Anschaffung einer Wärmepumpe ist eine Entscheidung für die nächsten 25 Jahre und länger. Umwelt- und Kostenvorteil einer Investition sollten deshalb sehr sorgfältig geprüft werden. Bislang reicht das Zeitfenster des F-Gase-Phase-down bis zum Jahr 2030. Aufgrund der aktuellen Klimadiskussion ist jedoch damit zu rechnen, dass der Ausstieg aus den synthetischen Kältemitteln nach 2030 fortgesetzt wird. Nüchtern betrachtet haben Kältemittel mit einem GWP ≥ 150 dann kaum mehr eine Chance auf Akzeptanz.

Hinzu kommt, dass Kältemittel mit einem höheren GWP-Wert als 150 durch die Verknappung zunehmend teurer werden. Das bedeutet, für heute preisgünstige Wärmepumpen mit Hoch-GWP-Kältemitteln können hohe Folgekosten durch Wartung und Entsorgung entstehen. Wer seine Investition in eine Wärmepumpe langfristig absichern will, sollte dies ins Kalkül ziehen (3). Der Kauf einer R290-Wärmepumpe (GWP 3) neuester Bauart (Stand 2019) gegenüber einer gängigen R410A-Wärmepumpe (GWP 2088) zahlt sich aus, weil die Investition auf die gesamte Lebenszeit der Wärmepumpe abgesichert ist.

Auch weitere Vorteile von Wärmepumpen mit R290 als Kältemittel sind eindeutig:

Vorlauftemperaturen von bis zu 70 °C sind möglich, auch bei tiefer Außentemperatur.

Ein hoher COP (Coefficient of Performance = Leistungszahl) von 4,65 bei A2/W35 nach EN 14 511 (Luftkonditionierer, Flüssigkeitskühler und Wärmepumpen für die Raumheizung und -kühlung und Prozesskühler mit elektrisch angetriebenen Verdichtern) ist erreichbar.

Ein hoher EER (Energy Efficiency Ratio = Kälteleistungszahl) von 5,92 bei A35/W18 nach EN 14 511 ist erreichbar; dieser Wert ist besonders interessant, wenn die Wärmepumpe zum Heizen und Kühlen eingesetzt wird.

Bei vergleichbaren Wärmepumpen mit dem Kältemittel R410A liegt der COP ca. 10 %, bei Split-Geräten eher 20 % niedriger; auch die erreichbaren Vorlauftemperaturen liegen wesentlich unter denen von R290. Sie sind somit oft nicht als alleiniger Wärmeerzeuger für die Sanierung geeignet.

Ein Kältemittelverlust tritt bei R290-Anlagen aufgrund hoher Sicherheitsstandards praktisch nicht auf. Das vermeidet Kosten und verringert den Treibhauseffekt.

Zu beachten ist jedoch: R290 ist brennbar und gemäß EN 378 (Kälteanlagen und Wärmepumpen – sicherheitstechnische und umweltrelevante Anforderungen) der Sicherheitsgruppe 3 zuzuordnen. Aufgrund der hohen Sicherheitsanforderungen, werden Ex-geschützte elektronische Komponenten im Außengerät verbaut.

insbesondere an die Dichtheit der Anlage, liegen die Kältemittelverluste von R290-Anlagen und -Geräten bei Null.

Durch die sehr guten thermodynamischen Eigenschaften, vergleichbar mit dem Allround-Kältemittel R22 (seit 1. Januar 2015 verboten), wird Propan zudem heute in vielen, meist im Außenbereich aufgestellten Kaltwassersätzen mit kleineren Füllmengen sowie für Solekühlsätze (Lebensmittelmärkte) eingesetzt. Aber auch steckerfertige Kühlmöbel für Lebensmittelmärkte und andere Verkaufsräume arbeiten inzwischen weitgehend mit dem Kältemittel R290.

Die überzeugenden ökologischen wie auch ökonomischen Vorteile von R290 haben Wolf, Mainburg, dazu bewogen, parallel zu seiner R410A-Wärmepumpe eine R290-Wärmepumpe ins Portfolio aufzunehmen. Das Thema Sicherheit wurde dadurch gelöst, dass der kältetechnische Teil der neuen Wärmepumpe (CHA-Monoblock) komplett in der Außeneinheit untergebracht ist (4). Das heißt auch, für die Montage wird kein Kälteschein benötigt. Durch die systemisch hohen Vorlauftemperaturen von bis zu 70 °C ist die Wärmepumpe auch für Renovierungen/Sanierungen gut geeignet.

Millionen Herde, Grills und Campingausrüstungen in der Hand von Endverbrauchern liefern den Beweis, dass die Brennbarkeit von R290 gut beherrschbar ist. Letztendlich gibt es mittelfristig keine nennenswerte Alternative zu den natürlichen Kältemitteln in puncto Effizienz, Umweltverträglichkeit und langfristige Verfügbarkeit.