Kältemittel

Kältemittel ist ein Arbeitsgas in Kältemaschinen, Wärmepumpen und Wärme-Kälte-Kopplungen eingesetzt wird. Im Kältekreislaufprozess wird bei niedrigem Druck, Wärme aufgenommen und diese Wärme dann wieder bei höherer Temperatur und Druck abgegeben. Grundsätzlich unterliegt Kältemittel, entgegen manchen fälschlichen Behauptungen, keinem Verschleiß oder Schwund, solange der Kältekreislauf dicht gehalten werden kann. Service und Wartung dieser Anlagen sind daher, neben den gesetzlichen und herstellerbezogenen Vorschriften, vor allem im Interesse des Anlagenbetreibers, für eine effiziente und ökonomische Anlagebetriebsweise erforderlich.

Kältemittel müssen ihren Anwendungen entsprechend, eine Reihe von verschiedenen Eigenschaften aufweisen. Da sich die Anwendungsmöglichkeiten und nicht zuletzt umwelttechnischen Anforderungen laufend ändern/entwickeln, gibt es zwischenzeitlich eine sehr große Auswahl an Kältemitteln, welche laufend auch immer mehr werden.

Aber welches ist nun tatsächlich das beste Kältemittel?

Zu Beginn vorweg muß man leider klar festhalten, dass es „das beste Kältemittel“, Perse leider nicht gibt. Jedes Kältemittel hat ökologisch und wirtschaftlich gesehen seine Vor- und Nachteile bzw. verschiedene Eigenschaften für sein optimales Anwendungsgebiet.
Mit der immer mehr wahrgenommenen globalen Erwärmung (Treibhauseffekt*), rücken natürlich auch die Kältemitteln und deren GWP (Global Warming Potential**) immer mehr in den Fokus des öffentlichen Interesses. Kältemittel haben noch im Verhältnis und global gesehen zwar noch einen eher geringeren Anteil am Treibhauseffekt gegenüber anderen Bereichen, jedoch gewinnen die Kältemittel immer mehr an Bedeutung. Der Bedarf von Kältemittel, ist derzeitig ständig im Steigen begriffen und wird zukünftig somit eine noch größere Bedeutung und Anteil an der globalen Erwärmung zugeschrieben.

* Der Treibhauseffekt erhöht die Temperatur der Planetenoberfläche auf Grund der Wirkung von Treibhausgasen in der Atmosphäre.  Vereinfacht ausgedrückt könnte man sich diese Sache wie ein Glashauseffekt vorstellen. Kurzwellige Strahlung gelangen durch die Atmosphäre bis auf die Erdoberfläche, die dadurch aufgeheizt wird, deren Abstrahlung (langwellige Infrarotstrahlung) aber von Treibhausgasen behindert wird.
** Global Warming Potential stellt den Beitrag zur Klimaerwärmung eines Treibhausgases hinsichtlich des CO2-Effekts dar, dessen Referenzpotenzial 1 beträgt.

Wo sich vor einigen Jahren zuletzt das Augenmerk vor allem auf das Ozonabbaupotential (ODP, Abkürzung: Ozone Depletion Potential) gerichtet hat und somit letzten Endes zu einem Ausstieg/Verbot von Kältemitteln mit einem ODP-Wert größer von 0 gekommen ist, richtet sich nun die Aufmerksamkeit auf Kältemitteln mit höheren Treibhauspotential.

Die europäische F-Gasverordnung setzt neben einigen Verboten von Kältemitteln mit sehr hohen GWP-Werten, nun auch gleichzeitig auf eine deutliche, stufenweise Mengenbeschränkung bis zum Jahr 2030 um -79%, gemessen auf den Markt gebrachten Mengen vom Jahr 2015.

Bereits seit 2017 konnte man die Auswirkungen durch steigende Preise für Kältemittel mit höheren GWP-Werten feststellen. Das sehr häufig vorkommende Kältemittel R410a ist von Jänner 2017 bis Mai 2018 z.B. zeitweise auf das 11-fache des ursprünglichen Preises geklettert. Grundsätzlich gilt für die Zukunft auf Grund der Treibhausgasbeschränkungen, dass Kältemittel mit höheren GWP-Werten ein deutlich höheres Risiko für Verfügbarkeit und Preissicherheit ausgesetzt sind. Für Neuanlagen ist daher die Auswahl des „richtigen“ Kältemittels für die jeweilige Anwendung zu prüfen und Kältemittel mit niedrigeren GWP-Werten jedenfalls zu bevorzugen.

Laut Verordnung (EU) Nr.517/2014, Artikel 13 Abs.(3) z.B. dürfen Kältemittel mit einem GWP von 2500 oder mehr, auch nicht mehr für Wartung oder Instandhaltung von Kälte-, Klima- oder Wärmepumpenanlagen mit einer Füllmenge von 40 Tonnen CO2-Äquivalenz oder mehr, verwendet werden.

Klassifizierung von Kältemitteln

Die ISO-Norm 817 [1] unterscheidet die Kältemittel nach ihrer Toxizität und Brennbarkeit (Abbildung 3).
Die Toxizität gliedert sich in zwei Kategorien: geringe Toxizität (mit dem Buchstaben “A” gekennzeichnet) und hohe Toxizität (mit dem Buchstaben „B“ gekennzeichnet), während die Brennbarkeit in vier Gruppen unterteilt ist: keine Flammenausbreitung („1“), geringe Brennbarkeit („2L“), brennbar („2“) und höhere Brennbarkeit („3“). Durch die Kombination von Toxizität und Brennbarkeit wird die besondere Typologie des Kältemittels ermittelt.

Ersatzkältemittel später nachrüstbar?

Spätere etwaige „Ersatzkältemittel“ für bestehende Anlagen, sind leider bis dato und durch frühere Erfahrungen bei früheren Kältemittelverbote, wenn überhaupt möglich(!), immer noch mit Kompromissen verbunden gewesen und daran dürfte sich auch für die derzeitigen verwendete Kältemittel mit höheren GWP-Werten, in absehbarer Zeit leider nichts ändern. Selbst bei Anlagen wo noch ein Kältemitteltausch bisher möglich und wirtschaftlich sinnvoll erschienen ist, hat sich dies stets negativ auf die Leistungsdaten der Anlage ausgewirkt. Mit umgerüsteten Anlagen hat man somit leider zumindest mit schlechteren Wirkungsgraden und/oder geringere Kälteleistungen zu rechnen. Durch die neuen Kältemittel der zumeist Sicherheitsklasse A2L statt bisher zumeist A1, wird in vielen Fällen eine Umrüstung gar nicht oder nur mit sehr viel Aufwand verbunden möglich sein, wenn dies nicht schon beim Errichten der Anlage und „A2L-Tauglichkeit“ der Maschine selbst und Aufstellungsbereich (Maschinenraum) berücksichtig worden ist.  

Conclusio

Seriös ist eine genauere Einschätzung der marktwirtschaftlichen Entwicklung und somit der Verfügbarkeit und Preisentwicklung von Kältemitteln mit höheren GWP aus heutiger Sicht leider nicht möglich!  Bis dato sind daher auch auf Grund der dynamischen Entwicklungen des freien Marktes auch keine genaueren Prognosen verfügbar!
Grundsätzlich kann man aber davon ausgehen, dass je höher der GWP-Wert des verwendeten Kältemittels ist, desto höher ist auch das zu erwartende Risiko bezüglich der zukünftigen Verfügbarkeit des Kältemittels, Auswirkungen etwaiger späteren gesetzlichen Einschränkungen/Verbote und in Folge der höheren Kosten bei Undichtigkeiten, Reparaturen und Instandhaltung.

Beispiel:
Kältemittel R134a mit einem GWP von 1430  zu möglichen Ersatzkältemittel R1234ze mit einem GWP von nur noch 7.
R134a hat somit den ca. 204-fachen GWP-Wert von R1234ze und entsprechend könnte  man auf Grund der Mengenbeschränkung durch die europäische F-Gasverordnung, somit die 204-fache Menge R1234ze gegenüber R134a auf den Markt bringen. Praktisch kann man nun davon ausgehen, dass Kältemittel mit höheren GWP-Werten in Zukunft mit Verfügbarkeit eingeschränkt bzw. vielleicht überhaupt nicht mehr verfügbar sein werden, jedenfalls die Preise um ein vielfaches steigen werden.

Durch die steigende Nachfrage an Kältemitteln und gleichzeitigen Einschränkungen der Treibhausgase, werden die Hersteller natürlich sich sehr gut überlegen müssen, welche Kältemittel mit welchen Mengen Sie in Zukunft anbieten werden. Man kann natürlich davon ausgehen, dass diese Firmen Gewinnorientiert agieren werden und es wird natürlich einen Unterschied machen, wie im genannten Beispiel, ob man 204-mal einen Deckungsbeitrag erwirtschaften kann oder nur 1-mal.

Auswirkung

Betreiber und Errichter von Anlagen, sollten Kältemittel mit höheren GWP-Werten somit nur noch mit äußerster Vorsicht und unter Bedacht des vorhandenen Risikos auswählen. Zuerst erscheinende günstige Investitionskosten, können auf den Lebenszyklus gesehen am Ende beträchtliche negative Auswirkungen in Form von Erhaltungskosten und im schlechtesten Fall sogar eine vorzeitige Neuanschaffung, einer grundsätzlich funktionierenden Anlage(!), bedeuten.

Unsere Empfehlung / Lösung

Green Solution setzte schon seit Firmenbestehen auf möglichst umweltfreundliche Kältemittel/Kältemittelmengen und kann grundsätzlich alle Kältemitteln, entgegen den meisten Marktbegleitern, zum Einsatz bringen! Somit bieten wir Ihnen gerne eine höchstmögliche objektive Unterstützung und Empfehlung für Ihren Fall an.
Auf Grund unserer jahrzehntelangen Erfahrungen mit früheren Kältemittel-Einschränkungen/ Verbote, laufenden Kontakten zu verschiedenen Herstellern, Anlagenbetreibern, laufenden Seminaren, Einschätzungen von Experten und laufender Marktbeobachtung, können wir Ihnen natürlich auch immer Tagesaktuell entsprechend kompetente Auskunft für Ihr Anliegen bieten.   

Wir beraten Sie gerne und freuen uns mit Ihnen in Verbindung zu kommen!

Auszug beispielhafter Kältemittel

gemäß ASHRAE 34-2022, bei Standard-Bedingungen, Temperatur +25 ° C, Seehöhe bis 1.500 m

NH3 - Ammoniak Kältemittel

Neben dem breiten Produktspektrum welches wir anbieten können, sind auch Anlagen mit dem Umweltfreundlichen Kältemittel Ammoniak – NH3 darin enthalten. Gerade wegen der niedrigen ODP (Ozonabbaupotential) und GWP (Treibhauseffekt) Werte von 0 wird es als umweltverträgliches Kältemittel eingestuft.

Weitere Eigenschaften von Ammoniak sind:

• NH3 ist giftig und explosiv

• NH3 hat einen scharfen Geruch – ab 5 ppm wahrnehmbar, daher eine gute Warnung

• Gute thermodynamische Effizienz

• Viel günstiger als gängige Kältemittel

• Schwer entzündbar – nötige Energie (NH3 = 14 mJ) muss das ~50 fache größer sein als die Energie beim Entzünden von Erdgas 0,25 mJ (Methan).

• Ohne permanente Stützflamme brennt Ammoniak nicht weiter

 
Ammoniak erweist sich durch die gegebenen Eigenschaften als sehr gutes Kältemittel. Vor allem in der Lebensmittelproduktion und in der Industrie hat sich Ammoniak als Kältemittel bis heute hin durchgesetzt.