Propan ist ein umweltfreundliches, natürliches Kohlenwasserstoff-Kältemittel, das auch als R-290 bekannt ist. Es kann zwar in einer Reihe von Anwendungen als Kältemittel eingesetzt werden, aber Propan ist für den Wärmepumpen- und Kältemaschinenmarkt besonders interessant. Da die F-Gas-Verordnungen die Verwendung von Fluorkohlenwasserstoffen (HFKW) in Wärmepumpen einschränken und kluge Kältemaschinenhersteller darauf bedacht sind, künftigen Änderungen der Vorschriften einen Schritt voraus zu sein, wird R-290 als zukunftssichere Kältemitteloption angesehen, insbesondere für kleine bis mittlere Anwendungen.
Warum kehren wir zu natürlichen Kältemitteln zurück?
Natürliche Kältemittel wurden in den allerersten Kältesystemen verwendet. Im Zuge der technologischen Entwicklung wurden sie durch synthetische Kältemittel ersetzt, die entwickelt wurden, um Probleme wie Entflammbarkeit, Toxizität und Korrosion zu vermeiden. Es wurde jedoch festgestellt, dass die synthetischen Kältemittel Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) und teilhalogenierte Fluorchlorkohlenwasserstoffe (H-FCKW) katastrophale Auswirkungen auf die Ozonschicht haben. Dann wurde festgestellt, dass FKW (die Kältemittel, die FCKW und HFCKW ersetzen sollen) zur globalen Erwärmung beitragen. Im Rahmen des Montrealer Protokolls erklärten sich eine Reihe von Ländern bereit, FCKW und HFCKW auslaufen zu lassen. In der Folge verpflichteten sich die Länder im Rahmen des Kigali-Amendment zu einem schrittweisen Ausstieg aus den HFKW mit dem Ziel einer 80-85%igen Reduzierung bis Ende der 2040er Jahre.
Weltweit wurden Gesetze erlassen, um den schrittweisen Ausstieg aus schädlichen Kältemitteln zu gewährleisten. FCKW und HFCKW sind in der Europäischen Union (EU) verboten, wobei die FKW durch die F-Gas-Verordnungen kontrolliert werden. Diese Verordnungen zielen darauf ab, die Emissionen fluorierter Gase bis 2030 um zwei Drittel gegenüber dem Stand von 2014 zu senken, und zwar im Rahmen eines abgestuften Konzepts, das mit den umweltschädlichsten Stoffen nach dem Treibhauspotenzial (GWP) beginnt. Ziel ist es, FKW-Kältemittel mit hohem GWP zu verdrängen und durch natürliche Kältemittel mit niedrigem GWP, Fluorkohlenwasserstoffe (HFO) und Kältemittelmischungen zu ersetzen.
Die EU erwägt eine weitere Änderung der F-Gas-Verordnungen, um ein schnelleres und noch umfassenderes FKW-Verbot durchzusetzen. Dies könnte sich als verhängnisvoll für die Einführung von Wärmepumpen erweisen, die Kältemittel mit höheren GWP-Werten verwenden als die, die im Rahmen der Änderungen in Betracht gezogen werden. Die Industrie muss Wege finden, sich anzupassen, und Propan könnte die Antwort sein.
Die Vorteile der Verwendung von Propan
Zertifizierte Hersteller sind führend, wenn es um die Verwendung von Propan als Kältemittel sowohl in Kühlern als auch in Wärmepumpen geht. R-290 verfügt nicht nur über eine beeindruckende Umweltbilanz, sondern auch über hervorragende thermodynamische Eigenschaften:
- Mit einem GWP von 3 und einem ODP von 0 hat es eine geringe Umweltbelastung.
- R-290 ist ungiftig
- Im Vergleich zu HFCKWs und HFKWs hat Propan einen geringeren Systemdruckverlust und eine höhere Wärmeübertragungsleistung.
- R-290 hat auch eine geringere Dichte, was zu einer geringeren Kältemittelfüllmenge führt.
- Es hat eine ausgezeichnete thermodynamische Leistung, da es von einer sehr niedrigen Verdampfungstemperatur zu einer hohen Kondensationstemperatur übergehen kann.
- Es weist eine gute Materialverträglichkeit auf.
- Im Gegensatz zu HFOs zerfällt es in der Umwelt nicht zu Trifluoressigsäure (TFA) oder anderen schädlichen Substanzen.
- - Propan ist leicht zu beschaffen und relativ preisgünstig
- - Es ist bewährt, da es eines der ursprünglichen Kältemittel ist.
Swegon ist ein zertifizierter Hersteller, der bei der Entwicklung von Propan eine führende Rolle spielt. Eurovent Certita Certification (ECC) wollte von der Spitze der Innovation hören und sprach mit Fabio Polo, Product Management Manager in der Abteilung Cooling & Heating Business Development bei Swegon, über die Einsatzmöglichkeiten und Vorteile von R-290. Fabio wies auf mehrere Punkte hin: "Propan hat im Vergleich zu synthetischen Kältemitteln den Vorteil, dass es dank seines vernachlässigbaren Treibhauspotenzials (0,02 GWP (AR6), gemäß IPCC VI, bewertet über einen Zeitraum von 100 Jahren) mit den bevorstehenden Anforderungen der F-Gas-Revision in Einklang steht. Außerdem wird es nicht durch den bevorstehenden REACH-Vorschlag zur Beschränkung von PFAS eingeschränkt. Das bedeutet, dass Propan unabhängig vom Ausgang dieser Gesetzgebungsverfahren eine zukunftssichere Lösung darstellt."
"Propan hat außerdem hervorragende thermodynamische Eigenschaften und kann in einer Vielzahl von HLK-Geräten verwendet werden. Dank seines Druck-Temperatur-Diagramms eignet es sich besonders für Hochtemperatur-Wärmepumpen." In der Tat könnte Propan eine echte Lösung sein, um die Umstellung von Gaskesseln auf Wärmepumpen zu beschleunigen. Herkömmliche Wärmepumpen arbeiten mit einer Temperatur von 50 bis maximal 55 Grad Celsius. Hochtemperatur-Wärmepumpen können Warmwasser mit einer Temperatur von bis zu 70oC liefern, wodurch sie besser mit bereits vorhandenen Heizkörper-Nassheizsystemen kompatibel sind und höhere Warmwassertemperaturen bieten.
Die Nachteile der Verwendung von Propan
Auch wenn wir die Vorteile von Propan und seine seit langem bewährten Kühleigenschaften bewundern können, dürfen wir seinen größten Nachteil nicht außer Acht lassen, nämlich die Entflammbarkeit. Propan hat eine höhere Dichte als Luft, was bedeutet, dass es bis zum tiefsten Punkt absinkt. Daraus ergibt sich eine Explosionsgefahr (insbesondere in geschlossenen Räumen), wenn das ausgetretene Propan mit einer Flamme, einem Funken oder einer anderen Zündquelle in Berührung kommt. Dies ist auch ein Problem, das eine Nachrüstung unmöglich macht, da die Systeme unter Berücksichtigung der Entflammbarkeit gebaut werden müssen. Diejenigen, die bereits entflammbare Stoffe wie Flüssiggas oder Erdgas zum Heizen von Gebäuden verwenden, mag die Entflammbarkeit von Propan nicht stören, für andere ist sie jedoch ein Knackpunkt.
Fabio fuhr fort: "Theoretisch gesehen kann Propan aufgrund seiner thermodynamischen Eigenschaften in vielen Bereichen eingesetzt werden. Derzeit gibt es jedoch Einschränkungen aufgrund seiner Entflammbarkeit. Das bedeutet, dass es einfacher ist, es als Kältemittel in kleinen bis mittelgroßen externen Monoblock-Anlagen zu verwenden, bei denen kein Risiko besteht, dass Propan in einen geschlossenen Bereich ausläuft. Derzeit gibt es bei großen Anlagen einige Einschränkungen aufgrund der Verfügbarkeit von Komponenten und der Nervosität der Endverbraucher, die höhere Füllmengen benötigen.
"Interne Anlagen (wie Wasser-Wasser-Kühlmaschinen/Wärmepumpen) können Propan in kleineren Kapazitäten verwenden als externe Anlagen, zumindest wenn die Installationsanforderungen auf einem Mindestniveau gehalten werden. Zurzeit gelten die höchsten Beschränkungen für Luft-Luft-Geräte, die Luft für bewohnte Räume aufbereiten. Propan ist für diese Art von Anwendungen nicht immer geeignet".
Das ECC ist bestrebt, mit einigen Mythen rund um dieses vielseitige Kältemittel aufzuräumen, indem es untersucht, welche Maßnahmen die Hersteller ergriffen haben, um die Risiken bei der Herstellung, Installation, Wartung und Instandhaltung von Propananlagen zu minimieren.
Fabio fuhr fort: "Swegon hat seine Produktionslinien bereits aufgerüstet, um die Entflammbarkeit von Propan richtig zu handhaben. Wir haben viel investiert, um sicherzustellen, dass wir Geräte sicher produzieren und testen können. Wir haben auch in die Schulung der Mitarbeiter investiert, die die Geräte herstellen, damit sie in der Lage sind, A3-Kältemittelkreisläufe zu verwalten."
"Die Installation ist mit Sicherheit einer der wichtigsten Punkte. Wir haben uns dafür entschieden, das Thema Entflammbarkeit nicht zu vermeiden oder zu ignorieren. Es geht nicht darum, das Regelwerk neu zu schreiben, sondern darum, von Anfang an eine Anleitung zu geben, damit derjenige, der das Projekt plant, die richtigen Überlegungen anstellen und die potenziellen Risiken sofort bewerten kann. Je früher, in diesem Fall, desto besser.
"Es ist auch wichtig zu betonen, dass die Anforderungen an den Standort je nach Systemdesign und den Entscheidungen des Anlagenherstellers variieren werden. Eines der Hauptziele, die wir bei der Entwicklung unserer Produkte verfolgen, ist es, die Einschränkungen, die Propananlagen auferlegt werden, so weit wie möglich zu minimieren und sicherzustellen, dass wir die gesetzlichen Anforderungen sowie die Anforderungen des Endkunden und der örtlichen Installation erfüllen."
In Bezug auf Wartung und Instandhaltung betont Swegon, dass die Arbeit an einer Anlage mit A3-Kältemittel anders ist als an einer Anlage mit A1- oder A2L-Kältemittel. "Aus diesem Grund haben wir nicht nur Produkte mit Propan entwickelt, sondern auch die ZERO Academy ins Leben gerufen. Eine Plattform für Schulung und Wissensaustausch im Zusammenhang mit der Verwendung von brennbaren Kältemitteln in Klimaanlagen, um diesen wichtigen Übergang zu unterstützen. Wir haben spezielle Unterlagen erstellt, einschließlich eines Leitfadens für A3-Kältemittel, in dem wir unseren Standpunkt erläutern und auch auf die Installation und Wartung eingehen. Außerdem schulen wir alle unsere Servicetechniker und Partneringenieure zum Zeitpunkt der ersten Verkäufe in jedem Land."
Zu guter Letzt hob Swegon hervor, dass die Regeln für den Transport von Propan (je nach Ladung und Art des Transports) ziemlich eindeutig sind, da brennbare Stoffe seit vielen Jahren weltweit transportiert werden. Schifffahrtsunternehmen können mit Informationen über den Transport helfen. Darüber hinaus steht Swegon zur Verfügung, um bei spezifischen Projekten, bei denen es Hindernisse zu überwinden gilt, die richtige Lösung zu finden.
Weitere Überlegungen zu R-290
Nachdem die Entflammbarkeit geklärt ist, kommen wir nun zu den anderen Aspekten von Propan. Wie bereits erwähnt, kann Propan nicht nachgerüstet werden, da die Systeme speziell für die Verwendung dieses Kältemittels ausgelegt sein müssen. Die meisten Komponenten entsprechen denen, die in Systemen mit HFKW-Kältemitteln verwendet werden. Eine der größten konstruktiven Änderungen betrifft den Kompressor, dessen Druck- und Temperaturgrenzwerte auf Propan abgestimmt sein müssen, sowie die elektrischen Komponenten, die zur Verringerung der Entzündungsgefahr hergestellt werden. Auch Komponenten wie Wärmetauscher und Expansionsvorrichtungen können für Propansysteme anders ausgelegt sein. Es sollten Kontrollgeräte zur Leckerkennung eingebaut werden.
Fabio wies auch darauf hin, dass er theoretisch davon ausgeht, dass die meisten Propangasanlagen bei ähnlicher Kapazität und ähnlichem Wirkungsgrad größer sind als R-32. Er fügte hinzu: "Gegenwärtig sind in der EN 378 einige spezifische Installationsanforderungen und Zugangsbeschränkungen festgelegt, die die A3- von den A2L-Kältemitteln unterscheiden. Dieser Übergang wird also über das reine Produkt hinausgehen - er wird sich auf die gesamte Branche auswirken. Aus diesem Grund haben wir die Idee der ZERO Academy ins Leben gerufen. Die Idee ist, Dokumentationen zu erstellen, Seminare anzubieten und unser Fachwissen weiterzugeben, um so viele Menschen wie möglich mit der Botschaft zu erreichen, dass diese Umstellung möglich und machbar ist, aber wir müssen sie in die Tat umsetzen."
Zum Thema Energieeffizienz sagte Fabio: "Die Effizienz eines Produkts ausschließlich mit dem Kältemittel in Verbindung zu bringen, ist nicht richtig, sondern eine Abkürzung, die zu Fehlern führen kann. Die Effizienz eines Geräts hängt von vielen Faktoren ab, unter anderem vom Produktdesign und den verfügbaren Technologien. Es handelt sich oft um einen Kompromiss zwischen verschiedenen Projektzielen wie Kompaktheit, Geräuscharmut, Kosten, usw. Daher kann man Produkte nicht allein anhand der Gesamtzahlen und Kältemittel vergleichen, das führt zu einer groben Vereinfachung.
Glücklicherweise kennt sich das ECC mit Produktdaten bestens aus. Von der Energieeffizienz bis zur Akustik prüft die Zertifizierung die Leistung von Produkten zuverlässig, unabhängig und unparteiisch. Aus diesem Grund bietet das ECC Planern, Konstrukteuren, Fachleuten, Einkäufern und Betreibern von Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen kostenlosen Zugang zu seinem Online-Verzeichnis zertifizierter Produkte. Internetnutzer können unter www.eurovent-certification.com Tausende von zertifizierten Wärmepumpen- und Kaltwassersätzen auf Knopfdruck einsehen und vergleichen.
Propan: Eine natürliche Lösung für Kaltwassersätze und Wärmepumpen
Die Verwendung von Propan wird in vielen Bereichen der HLK- und Kälteindustrie zunehmen, wobei die Märkte für Kaltwassersätze und Wärmepumpen eine Vorreiterrolle spielen. Die Gründe dafür sind vielfältig und reichen von den hervorragenden thermodynamischen Eigenschaften bis hin zu den umweltfreundlichen Eigenschaften. Vorausschauende Hersteller haben sich die Verwendung von Kälteträgern zu eigen gemacht und Produkte entwickelt, die auch in den kommenden Jahren den Vorschriften entsprechen werden. Hersteller wie Swegon haben mit der Entwicklung von Propanprodukten begonnen, lange bevor der Gesetzgebungsprozess zum Verbot von HFKWs ernsthaft begann, und das Unternehmen ist fest davon überzeugt, dass Propan eines der wichtigsten Kältemittel der Zukunft sein wird.
Während HFOs und Kältemittelgemische mit niedrigem GWP-Wert Anwendungen abdecken müssen, bei denen die Entflammbarkeit ein Problem darstellt, ist es kein Schlupfloch, weiterhin synthetische Kältemittel zu verwenden. Fabio schlussfolgert: "Es ist genau das Gegenteil der Fall. Wir sehen eine Zukunft, in der das Verhältnis zwischen synthetischen und natürlichen Kältemitteln das Gegenteil von heute sein wird. Bereiten wir uns also darauf vor, denn es ist keine Frage des "ob", sondern nur des "wann". Verwenden wir Propan als Kältemittel und stellen wir sicher, dass kein einziges Gramm fossiler Brennstoffe in einem Kesselsystem verwendet wird. Das ist eines der wichtigsten Ziele, die unsere Branche in den kommenden Jahren haben wird."
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Siehe das Eurovent Certified Performance-Programm für Kaltwassersätze und Wärmepumpen