Wegen der globalen Erwärmung verschärfen sich 2020 die Regularien für FKW-Kältemittel. In diesem Zusammenhang sollten Anlagenbetreiber über Alternativen nachdenken.

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Vorbereitung auf 2020 Auflagen für Kältemittel werden weiter verschärft

20.03.2019

Ab 2020 gilt die nächste Stufe der EU-Kältemittelregelung beziehungsweise F-Gase-Verordnung Nr. 517/2014 für fluorierte Treibhausgase. Das verschärft die Auflagen für Hersteller von Anlagen mit FKW-Kältemitteln deutlich und bedeutet neue Anforderungen hinsichtlich Prüf- und Dokumentationspflichten. Darüber hinaus ist abzusehen, dass sich bisher oft eingesetzte Kältemittel weiter verknappen und verteuern werden.

Viele neue Kältemittel werden momentan entwickelt. Für den Einsatz in Umweltsimulationsanlagen sind dabei besondere Anforderungen zu erfüllen. Weiss Technik konzentriert seine Entwicklungs- und Service-Aktivitäten in diesem Rahmen auf drei Bereiche:

  • Sicherstellung der Versorgung und Wartung von Bestandsanlagen: Darunter fällt auch die Beratung und Durchführung der seit 2017 verpflichtenden erweiterten Dichtheitsprüfung.

  • Erhaltung der Leistungsfähigkeit der Umweltsimulationsanlagen: Alternative Kältemittel dürfen die Leistungsfähigkeit der Anlagen nicht einschränken. Die Vergleichbarkeit von Prüfergebnissen gestern, heute und morgen muss gewährleistet sein.

  • Unbedenklichkeit alternativer Kältemittel: Umweltsimulationsanlagen verbrauchen viel Energie. Die eingesetzten Kältemittel sind oft Treibhausgase. Sie sollten aber weder toxisch noch brennbar oder ozonabbauend sein.

Diese drei Aspekte werden im Folgenden näher erläutert.

Sicherstellung der Versorgung

Ab dem 1. Januar 2020 sind Kältemittel mit einem Global Warming Potential (GWP) größer 2.500 in neuen Anlagen im Bereich der Umweltsimulation nicht mehr zugelassen. Gleichzeitig mit dem Verbot weiterer Kältemittel greift die nächste Stufe der Quotenregelung: Nur noch 63 Prozent der Kältemittelmenge von 2015 sind in der EU erlaubt – bezogen auf CO2-Äquivalente. Kältemittel mit einem hohen GWP sind für Hersteller und Händler sehr unattraktiv, weil sie überproportional viel Quote verbrauchen. Der Preis für R23 hat sich aus diesem Grund nahezu verzehnfacht, R404A ist in Teilen Europas kaum noch zu bekommen. Illegale Importe werden vom Zoll verhindert.

Weiss stellt die Versorgung mit R23 für seine Kunden sicher. Langfristige Lieferverträge, ein eigenes R23-Lager und ein funktionierender Recycling-Prozess sollen Investitionssicherheit für alle Anwendungen im erweitertem Temperaturbereich gewährleisten. Bestandsanlagen mit R404A können mit geringem Aufwand auf R452A (GWP 2.141) umgestellt werden.

Erhaltung der Leistungsfähigkeit der Anlagen

Viele neue Kältemittelmischungen sind umweltfreundlicher, allerdings weniger leistungsfähig als die alten. Technische Veränderungen am Kältekreislauf waren nötig, um die gleiche Leistung zu erhalten. Vor allem die lineare Abkühlrate im Bereich der relevanten Normen muss im gesamten Toleranzband sicher erreicht werden.

Fast alle Hersteller haben deshalb angekündigt, ihre Produkte auf R449A für Anlagen bis -40 °C umzustellen. Weiss hat 2016 alle Standardanlagen auf R449A umgestellt (GWP 1.397), seit 2018 ist die Umstellung abgeschlossen. Für mehr Leistung im erweiterten Temperaturbereich ist die Kälte-Kaskade weiter die erste Wahl. Die Temperatur kann so bis -70 °C abgesenkt werden. Auch künftig will Weiss die entsprechende Gerätekategorie anbieten.

Einsatz von CO2 als Kältemittel

Viele andere Industrien stellen auf Kohlendioxid als Kältemittel um. In Umweltsimulationsanlagen ist CO2 als Alternative für R23 nur in Großanlagen geeignet. Die Zusatzkosten für benötigte Komponenten und die technische Komplexität sind für Klima- und Temperaturschränke nicht wirtschaftlich. Versuche von Weiss zeigen, dass Temperaturen bis -48 °C mit CO2 erreichbar sind.

Interessant ist das Konzept vor allem bei Anlagen, die häufig in einem mittleren Temperaturbereich betrieben werden. Der CO2-Kältekreis deckt beispielsweise Anforderungen von -45 bis -10 °C ab. Oberhalb von -10 °C wird eine R134A-Stufe betrieben. Dieses Design ermöglicht eine sehr hohe Wärmekompensation bei jeder Temperatur. Im Vergleich zu einer R23-Kaskade sollen so 40 Prozent leistungsstärkere Anlagen möglich sein. Alternativ können für gleiche Leistung 20 Prozent kleinere, günstigere Kompressoren eingesetzt werden.

Gegen einige besondere Eigenschaften von CO2 sind technische Maßnahmen erforderlich. Der mögliche hohe Systemdruck bis 70 bar bei 30 °C Außentemperatur wird mithilfe großer Überdruckbehälter oder einer Stillstandskühlung mit separater Stromversorgung vermieden. Der Aufwand dafür ist in Großanlagen gerechtfertigt.

Unbedenklichkeit alternativer Kältemittel

Weiss forscht an alternativen Kältemitteln für R23, die unbedenklich einsetzbar sind. Für Klimasimulationsanlagen kommen nur Kältemittel in Frage, die thermisch stabil, nicht brennbar, nicht toxisch und nicht korrosiv sind, sowie kein Ozon-Abbau-Potenzial (ODP) haben. Kältemittel wie Propan, Lachgas (N2O) oder Ammoniak (NH3) sind damit ausgeschlossen.

Ziel des Forschungsvorhabens ist ein Ersatzkältemittel, das keine Kompromisse bei Zuverlässigkeit, Sicherheit und Leistung erfordert. Der Temperaturbereich bis -70 °C wird weiter möglich sein. Das Vermeiden von Sicherheitsbewertung, Explosionsgefahr-Einschätzung oder Gaswarnanlagen in Prüflaboren steht dabei im Vordergrund. Nicht zuletzt stellt Weiss auch die regulatorische Sicherheit in Bezug auf Ozon-Abbau-Potenzial und die Versorgung mit Ersatzteilen sicher.

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