Kältemittel – Übersicht
Beurteilung von Kältemitteln
Blogartikel 12.07.2023FÜR WÄRMEPUMPEN UND KLIMAANLAGEN
Ohne Kältemittel keine Wärmepumpe oder Klimaanlage: Es wird vom Verdichter angesaugt und komprimiert. Dabei steigen seine Temperatur und sein Druck stark an. Im Verflüssiger gibt es dann seine Wärme an das Heiz- oder Warmwassersystem ab. Für Klimaanlagen gilt der umgekehrte Kältemittelkreislauf.
WORAUF ES ANKOMMT
Kein Kältemittel gleicht dem anderen. Die physikalischen Eigenschaften wirken sich direkt auf die Konstruktion des Verdichters aus. Im Betrieb beeinflusst die Kältemittelwahl die Einsatzmöglichkeiten und auch die Effizienz des Systems. Ein Universalkältemittel, das unter allen Bedingungen funktioniert, gibt es schlicht und einfach nicht.
Daher ist es sinnvoll, auf eine Wärmepumpe oder eine Klimaanlage zu setzen, deren Kältemittel optimal zur Anwendung passt. Die entscheidende Frage ist: Was soll das System leisten? Denn durch ein passendes Kältemittel lassen sich unter anderem die Langlebigkeit der Anlage, die Effizienz und die Betriebskosten positiv beeinflussen.
In den Systemen von Mitsubishi Electric sind unterschiedliche Kältemittel im Einsatz. Dabei berücksichtigen wir die Vorgaben der F-Gase-Verordnung ebenso wie die heutigen Anforderungen an hohe Energieeffizienz. Hier lernen Sie die Eigenschaften und spezifischen Vorteile der jeweiligen Kältemittel kennen.
- Kriterien für Kältemittel
- Das Kältemittel R410A
- Das Kältemittel R32
- Das Kältemittel R454B
- Vergleich R410A / R32 / R454B
- Risikomanagement in 3 Schritten
- Das Kältemittel R134a
- Das Kältemittel R513A
- Das Kältemittel R1234ze
- Vergleich R134A / R513A / R1234ze
- Das Kältemittel R744 (CO₂)
- Das Kältemittel R290 (Propan)
Kriterien für Kältemittel
Kriterien für KältemittelSicherheitstechnisch lässt sich Kältemittel durch die Parameter Toxizität und Entflammbarkeit bewerten. Die ISO 817 und DIN EN 378 ordnen die Kältemittel entsprechend ihrer Entflammbarkeit und Toxizität in acht Sicherheitsgruppen ein.
Bei der Klassifizierung von Kältemitteln in die Sicherheitsgruppen gibt es eine Wechselwirkung mit einem Parameter aus den Umweltkriterien. Allgemein gilt für synthetische Kältemittel, je höher die Entflammbarkeit eines Kältemittels, desto geringer das Treibhauspotenzial (GWP).
Das ODP (Ozone Depletion Potential = Ozonabbaupotenzial) ist ein Wert, der die schädlichen Auswirkungen auf die Ozonschicht in der Stratosphäre durch einen chemischen Stoff verdeutlicht. Es handelt sich um einen relativen Wert, der die Auswirkungen eines chemischen Stoffes mit den Auswirkungen der im Montreal-Protokoll mit dem ODP-Wert 1 festgelegten Substanz Trichlorfluormethan (R11) vergleicht. Seit Mitte der 90er-Jahre ist die Branche der Kälte- und Klimatechnik bestrebt, alternative, umweltfreundliche, effiziente und sichere Kältemittel zu finden. Aus diesem Grund wurden chlorhaltige Kältemittel, wie zum Beispiel R22, verboten und der Fokus auf die bereits parallel verfügbaren Kältemittel ohne Ozonabbaupotenzial gelegt.
Das GWP (Global Warming Potential = Treibhauspotenzial) bezeichnet das Klimaerwärmungspotenzial eines Treibhausgases. Das GWP verdeutlicht den möglichen Einfluss, den ein bestimmtes Kältemittel auf die globale Erwärmung hat, wenn es zum Beispiel durch eine Leckage in die Atmosphäre austritt. Es handelt sich um einen relativen Wert, d.h. der Wert vergleicht den Einfluss des Kältemittels mit dem Einfluss von Kohlenstoffdioxid (CO2) über einen Zeittraum von 100 Jahren. CO2 hat einen definierten GWP von 1. R32 z. B. wurde mit einem GWP von 675 in den ersten 100 Jahren nach Freisetzung 675 mal so stark zur globalen Erwärmung beitragen wie CO2. Je geringer das GWP eines Kältemittels ist, desto geringer ist das Treibhauspotenzial für die Umwelt. Das CO2-Aquivalent eines Kältemittels errechnet sich aus der Füllmenge mal dem GWP-Wert. Der nächste Schritt ist nun, Kältemittel einzusetzen, die kein Ozonabbaupotenzial und zusätzlich nur ein geringes Treibhauspotenzial (GWP: Global Warming Potential) haben. Der Phase-Down in der F-Gase Verordnung regelt zudem die Reduzierung des Treibhauspotenzials.
Historie
Mit der europäischen F-Gase-Verordnung (Verordnung Nr. 517/2014), die am 1. Januar 2015 in Kraft getreten war, sollte schrittweise bis zum Jahr 2030 die Menge von teilhalogenierten Fluorkohlenwasserstoffen (HFKW) begrenzt werden. Das ursprüngliche Ziel war, bis zum Jahr 2030 Inverkehrbringung von F-Gasen um 79 % der CO2-äquivalenten Emissionen gegenüber 2015 zu reduzieren.
Novellierung der EU F-Gase-Verordnung 2024
Die europäische F-Gase-Verordnung (Verordnung Nr. 517/2014), die am 1. Januar 2015 in Kraft getreten war, wurde überarbeitet und seit April 2022 wurde der Vorschlag durch die EU-Institutionen verhandelt. Am 05.10.2023 wurde sich im EU Trilog auf die Novellierung geeinigt. Am 18.10.2023 wurde der vorläufige Gesetzestext veröffentlicht.
Ziele
- Anpassung an den europäischen Green Deal und das europäische Klimagesetz (EU-Klimaneutralität bis 2050 + Zwischenziele wie z.B. Reduktion von 55 % der gesamten Treibhausgase im Jahr 2030 gegenüber 1990 > Fit For 55 <)
- Verschärfte Reduktion von Emissionen von fluorierten Treibhausgasen. Bis 2050 werden diese ausweitend reguliert und sollen bis 500Mt CO2eq einsparen. (F-Gase-Verordnung / Ozonschichtverordnung)
- Harmonisierung mit dem Montrealer Protokoll
Neue Anpassungen / Maßnahmen
1) Ausweitung der Inverkehrbringungsverbote für Neuanlagen mit GWP Grenzen ab 2025
2) Verwendungsbeschränkungen für HFKW-Kältemittel für Service, Reparatur, Wartung ab 2025
3) Verschärfter HFKW Phase-Down (CO2eq- Quotenmechanismus) bis 2050 und CO2eq Bepreisung ab 2025
4) Umgang mit Kältemitteln > Anforderungen an Training und Zertifizierung auch für HFO und natürliche Kältemittel
5) Verschärfte Regeln im Kampf gegen illegalen Import von Kältemitteln in die EU
6) Optimierung der Überprüfung und Monitoring der EU Regulierung
Die novellierte EU F-Gase-Verordnung tritt in der ersten Hälfte 2024 nach der Veröffentlichung im EU Amtsblatt in Kraft.
Um die Kosten eines Kältemittels zu bewerten, muss, neben den Kosten des Kältemittels, die Systemeffizienz betrachtet werden. Die Systemeffizienz hangt unter anderem von den thermophysikalischen Eigenschaften eines Kältemittels ab.
Eigenschaften, die einen Einfluss auf die Effizienz des Systems haben, sind:
• Drucktemperaturverhältnis
• Verdampfungsenthalpie
• Volumetrische Kälteleistung
• Dampfdichte
• Kältemittelmassenstrom
• Energiebedarf der Verdichtung
Das Kältemittel R410A
R410AR410A ist ein Zweistoffgemisch. Es besteht zu gleichen Teilen aus R125a und R32. Aufgrund der um 50 % höheren volumetrischen Kälteleistung können die Anlagen-Komponenten deutlich kleiner als beim Kältemittel R22 ausgelegt werden. Außerdem weisen die Anlagen im Vergleich zu R22-Anlagen höhere Effizienzwerte auf.
Vorteile:
- Hohe Anlageneffizienz
- Geringe Kältemittelfüllmenge
- Verfügbarkeit der Komponenten gegeben
- A1-Kältemittel
Nachteile:
- Relativ hoher GWP-Wert
- Langfristige Verfügbarkeit kann eingeschränkt sein
- Mittelfristiges Preisniveau wird steigen
Das Kältemittel R32
R32Schon lange kommt das Kältemittel R32 (Difluormethan (CH2F2)) als Komponente des Kältemittels R410A zum Einsatz. R32 gehört zur Gruppe der HFKW-Kältemittel. Neben einem niedrigen GWP-Wert von 675 zeichnet es sich auch durch ein ODP von 0 aus. Aufgrund seiner sehr guten thermodynamischen Eigenschaften und seines geringen GWP wird R32 nun in Klima- und Wärmepumpenanlagen mit relativ kleinen Kältemittelmengen eingesetzt.
Vorteile:
- Erfüllt die Anforderungen der F-Gase-Verordnung
- Hohe Anlageneffizienz
- Geringe Kältemittelfüllmenge
- Materialeinsparung aufgrund geringerer Rohrdurchmesser möglich
- Verfügbarkeit der Komponenten gegeben
- Erprobtes und akzeptiertes Kältemittel
- Hohe volumetrische Kälteleistung
Nachteile:
- A2L-Kältemittel
- Geänderter Einsatzbereich
- Re-Design der Geräte notwendig
Das Kältemittel R454B
R454BR454B ist ein schwer entzündbares Ersatzkältemittel für R410A in Klimaanlagen mit Verdrängungsverdichter und Direktverdampfung, Wärmepumpen und Kaltwassersätzen. Mit einem niedrigen GWP von 466 soll das auf der HFO-Technologie basierende Kältemittel die CO2-Emissionen um 78 % gegenüber R410A und um 31 % im Vergleich zu R32 senken.
Vorteile:
- Geringe Kältemittelfüllmenge
- Verfügbarkeit der Komponenten gegeben
- Kein Re-Design der Geräte erforderlich
- fast identische Performance zu R410A
- Top Up möglich (Im Falle einer Leckage auf der Hoch- oder Niederdruckseite kann das Kältemittel nachgefüllt werden. Ein gesamter Kältemittelaustausch ist nicht notwendig.)
Nachteile:
- A2L-Kältemittel
- Temperaturglide: 1,5 K
Vergleich R410A / R32 / R454B
Vergleich R410A / R32 / R454BAls Alternative zu dem sehr weit verbreiteten Kältemittel R410A stehen zwei weitere Kältemittel zur Verfügung - R32 und R454B. In der Tabelle werden die Kältemittel miteinander verglichen.
▲ = Wert im Vergleich zu R410A leicht höher
▲▲ = Wert im Vergleich zu R410A höher
▲▲▲ = Wert im Vergleich zu R410A deutlich höher
▼ = Wert im Vergleich zu R410A leicht niedriger
▼▼ = Wert im Vergleich zu R410A niedriger
▼▼▼ = Wert im Vergleich zu R410A deutlich niedriger
Risikomanagement in 3 Schritten
Tool/Software
DER A2L-KÄLTEMITTEL-RECHNER
Behalten Sie Ihr Risikomanagement stets im Blick!
Das Kältemittel R134a
R134aAufgrund ähnlicher Eigenschaften wurde das Kältemittel R134a bisher als Ersatz für R12 genutzt. Was sie unterscheidet und damit R134a zum klaren Gewinner macht, ist sein ODP von 0.
Vorteile:
- Verfügbarkeit von Komponenten gegeben
- Erprobtes und akzeptiertes Kältemittel
- A1-Kältemittel
Nachteile:
- Relativ hoher GWP-Wert
- Langfristige Verfügbarkeit kann eingeschränkt sein
- Mittelfristiges Preisniveau wird steigen
Das Kältemittel R513A
R513AMit einem GWP-Wert von nur 631 überzeugt das Kältemittel R513A. Zudem ist das A1-Kältemittel weder giftig noch brennbar. Für R134a stellt R513A ein sogenanntes Drop-In-Kältemittel dar. Und das bedeutet: Zur Umstellung müssen die Systemeigenschaften der bewährten Kältetechnik nicht verändert werden. So lassen sich auch bestehende R134a-Anlagen mit vertretbarem Aufwand umrüsten.
Vorteile:
- Verfügbarkeit der Komponenten gegeben
- Kein Re-Design der Geräte erforderlich
- 55 % geringeres GWP als R134a
- A1-Kältemittel
- Drop In als Ersatz zu R134a in bestehenden Systemen
Nachteile:
- Relativ hoher GWP-Wert im Vergleich zu R1234ze
Das Kältemittel R1234ze
R1234zeR1234ze gehört zu der Gruppe der HFO (Hydro Fluor Olefine)-Kältemittel. Diese zeichnen sich vor allem durch einen sehr niedrigen GWP aus. Allerdings besitzen sie im Vergleich zu R134a eine um bis zu 20 % geringere volumetrische Kälteleistung. Ebenso wie das Kältemittel R32 als A2L klassifiziert, gelten die HFO-Kältemittel als schwer entflammbar.
Vorteile:
- Niedriger GWP-Wert
- Verfügbarkeit der Komponenten gegeben
- HFO-Kältemittel fallen nicht unter die F-Gase-Verordnung
Nachteile:
- A2L-Kältemittel
- 20-25 % geringe volumetrische Kältemittel
- Größere Geräteabmessungen
- Re-Design der Geräte erforderlich
Vergleich R134A / R513A / R1234ze
Vergleich R134A / R513A / R1234zeFür R134A gibt es bereits seit mehreren Jahren das Kältemittel R1234ze als A2L-Alternative. Vor einigen Jahren ist R513A als A1-Kältemittel neu hinzugekommen. In der nachfolgenden Tabelle werden die drei Kältemittel gegenübergestellt.
▲ = Wert im Vergleich zu R134a leicht höher
▲▲ = Wert im Vergleich zu R134a höher
▲▲▲ = Wert im Vergleich zu R134a deutlich höher
▼ = Wert im Vergleich zu R134a leicht niedriger
▼▼ = Wert im Vergleich zu R134a niedriger
▼▼▼ = Wert im Vergleich zu R134a deutlich niedriger
Das Kältemittel R744 (CO₂)
R744 (CO₂)Natürliches Kältemittel
Dank sehr niedrigen ODP- und GWP-Werten ist CO2 ein äußerst umweltschonendes Kältemittel. Ein sehr guter Wärmeübergangskoeffizient, relativ unempfindlich gegenüber Druckverlusten und eine sehr geringe Viskosität sorgen dafür, dass CO2 mit einzigartigen thermophysikalischen Eigenschaften punkten kann.
Vorteile:
- Umweltverträgliches Kältemittel
- Unempfindlichkeit gegenüber Druckverlusten
- Unterliegt nicht der F-Gase Verordnung
- Kostengünstig
- Hohe volumetrische Kälteleistung
Nachteile:
- Sehr hohe Drucklage
- Sehr niedrige kritische Temperatur (31 °C)
Das Kältemittel R290 (Propan)
R290Natürliches Kältemittel
Das natürliche Kältemittel R290 zählt zu der Gruppe der Kohlenwasserstoffe. Es zählt nicht zu den HFKW (teilfluorierte Kohlenwasserstoffe) oder FCKW (Fluorchlorkohlenwasserstoffe) und ist somit nicht von der F-Gase Verordnung und dem Phase-down betroffen. Mit dem GWP von 3* und einem ODP von 0 ist es eine umweltverträgliche und zukunftssichere Lösung. R290 gehört zur Sicherheitsgruppe A3 und gilt somit als leicht entzündlich, deswegen sind bei der Installation u.a. Schutzbereiche zu beachten.
*gemäß dem vierten Sachstandsbericht des IPCC
Vorteile:
- Ermöglicht in Wärmepumpen Vorlauftemperaturen bis 75 °C
- Geringerer Verflüssigungsdruck im Vergleich zu R32
- Zusätzliche 5 % BEG-Förderung für die Verwendung von natürlichem Kältemittel
Nachteile:
- Leicht entzündlich
