Die Wahl des richtigen Kältemittels entscheidet nicht nur mit darüber, ob Kälte-, Klima- und Wärmepumpensysteme effizient und umweltfreundlich sind. Sie entscheidet mit, ob eine Leckage die Anlage in wenigen Jahren nutzlos macht. BITZER unterstützt seine Kunden auf dem Weg zum richtigen Kältemittel mit vielfältigen Produktlösungen, dem Kältemittel-Report sowie digitalen Services und Schulungen.
Dr. Heinz Jürgensen ist bei BITZER Direktor für Anwendungstechnik und Sonderprojekte und erklärt im Interview, wie wichtig gerade jetzt die Wahl des richtigen Kältemittels ist und spricht über den Umgang mit natürlichen Kältemitteln.
Herr Jürgensen, welche Regularien zählen derzeit in Bezug auf Kältemittel zu den wichtigsten?
In der EU ist das ganz klar die Revision der F-Gase-Verordnung 517/2014. Etwas später sind wir dann auch außerhalb des europäischen Wirtschaftsraums vom Kigali Amendment des Montreal Protokolls betroffen, dem schon 139 Länder (Stand Oktober 2022) beigetreten sind. Noch im Entwurf befindet sich ein Vorschlag zur Begrenzung von PFAS (Per- und polyfluorierte Alkylverbindungen) über die EU-REACH-Chemikalien-Verordnung.
Wie dringend und drängend sind diese Regularien?
Die Revision der F-Gase-Verordnung geht in Kürze in den Trialog, also in die Verhandlungen zwischen Europäischem Parlament, Europäischem Rat und Europäischer Kommission. Der Umweltausschuss des Europäischen Parlaments hat erst kürzlich seine Stellungnahme zum Entwurf der Kommission abgegeben und wir erwarten demnächst die Stellungnahme des Europäischen Rates. Das Ende der Revisionsverhandlungen wird im zweiten Quartal 2023 erwartet. Die ersten einschneidenden Maßnahmen der Überarbeitung sollen dann bereits ab Januar 2024 gelten. Das ist früher, als nach dem Text der aktuellen Verordnung ursprünglich erwartet. [siehe auch weitere Informationen zu Regularien am Ende des Interviews]
Wie trifft die Revision der F-Gase-Verordnung Anwender?
Der Entwurf der Kommission, der im April 2022 veröffentlicht wurde, will die zulässigen Emissionsmengen noch stärker senken. Hersteller und Betreiber können davon ausgehen, dass neues oder recyceltes Kältemittel für Wartungen und Reparaturen an bestehenden Kälteanlagen noch ein paar Jahre verfügbar sein werden. Für neue Anlagen können dann nur noch Kältemittel mit Treibhauseffekt (GWP) nahe Null eingesetzt werden, damit Bestandsanlagen noch mit den knappen und teuer werdenden fluorierten Stoffen, wie R454C, R455A oder R1234yf, immer weniger noch mit R513A, R450A, R448A oder R449A, gewartet werden können.
Ich möchte nochmal auf die oben erwähnte Stellungnahme des Umweltkomitees des Europäischen Parlaments zurückkommen. Dort heißt es, dass die Kältetechnik ab 2024 oder, je nach Anwendung, spätestens ab 2027 gar keine neu hergestellten fluorierten Stoffe mehr benötigt. Das ist nochmal eine wesentliche Verschärfung. Mit Blick auf die laufenden Verhandlungen ist es noch schwer abzuschätzen, was das Ergebnis sein wird. Nach bisherigen Umfragen sprechen sich viele EU-Staaten aber für eine Verschärfung der Verordnung aus. Die vorgeschlagenen Regelungen zu PFAS können noch einmal die Lösungsmöglichkeiten verringern, da sie viele fluorierte Kältemittel betreffen, auch die neueren ungesättigten Verbindungen mit niedrigem Treibhauspotenzial, wie R1234yf oder R1234ze. Gerade diese Stoffe sind bisher zur Reduzierung des Gesamttreibhauseffektes gedacht.
Wie viele Anlagen sind davon betroffen?
Wir können von einer mindestens siebenstelligen Zahl an Kälte- und Klimaanlagen sowie Wärmepumpen in der EU ausgehen mit Leistungen von einzelnen kW bis in den MW-Bereich. Die allermeisten davon sind nicht so konstruiert, dass die sich auf langfristig verfügbare Kältemittel umstellen lassen.
Die F-Gase- Verordnung gilt nur auf EU-Basis. Und wie sieht es weltweit aus?
Die umliegenden Länder, Staaten und Regionen beobachten gespannt, was in der EU vor sich geht und lernen dann hoffentlich daraus. Weltweit wird das Kigali Amendment des Montrealer Protokolls auch zur Reduzierung von Emissionen der fluorierten Treibhausgase führen. Die Stufenpläne sind gegenüber der EU-Verordnung jedoch etwas zeitversetzt. Viele Staaten haben bereits ihre entsprechenden Maßnahmenpläne erarbeitet.
Woher rühren aus Ihrer Sicht die Berührungsängste vieler Unternehmen hinsichtlich einer Umstellung auf natürliche Kältemittel?
Mein Eindruck ist, dass sich viele Betreiber von Kälteanlagen – vor allem kleinere Supermärkte, Restaurants, Bäcker, Schlachter – nicht bewusst sind, wie schnell und tiefgreifend sie diese Änderungen betreffen. Sie sind wenig in den Informationsfluss rund um die F-Gase-Verordnung und andere die Kältemittel betreffende Regularien integriert. Für sie ist die Kälteanlage ein Werkzeug, das möglichst effizient und kostengünstig funktionieren sollte. So fehlt letztlich die Nachfrage des Marktes nach langfristigen Lösungen. Womöglich wird der Zeithorizont der Regularien nicht als drängend wahrgenommen, aber das ist er. Wenn man sich heute fragen würde, was an Kältemitteln in 15 oder 20 Jahren noch verfügbar ist, um die Anlage weiter zu warten und zu betreiben, würde die Nachfrage nach CO2-, Propan- oder Ammoniak-Lösungen sicherlich steigen.
Kohlendioxid, Propan, Ammoniak – was sollte man über diese natürlich vorkommenden Stoffe als Kältemittel in Kürze unbedingt wissen?
Propan oder R290 als Kältemittel ist gut für die Gewerbekälte geeignet. Es siedet bei -42 °C und kann Verdampfungstemperaturen von -40 °C und höher abdecken. Der Stoff kann beim Verdichten große Temperaturhübe problemlos abdecken – ähnlich wie R404A. Der Kohlenwasserstoff Propan ist sehr leicht entzündlich und erfordert deswegen eine Erweiterung der Gefährdungsbeurteilung sowie die Umsetzung entsprechender Maßnahmen, um Gefahren zu vermeiden. Insbesondere bei Wartung und Reparatur ist eine aufmerksame und strenge Handhabung der Sicherheitsregeln erforderlich. Wir bei BITZER haben Propan zum Beispiel bei Hubkolbenverdichtern seit vielen Jahren im Einsatz und können vom 2-Zylinder- bis hin zum 8-Zylinder-Verdichter die gesamte Leistungspalette abdecken. Auch Kompaktschraubenverdichter für den Klimabereich oder die Prozesskühlung sowie halbhermetische Schraubenverdichter für Verbundanlagen funktionieren mit Propan und dem ähnlichen Kältemittel Propen.
Kohlendioxid oder R744 als Kältemittel ist bereits recht verbreitet. Es ist nicht brennbar, hat dafür aber eine deutlich höherer Drucklage. Gegendrücke von 90 bis 130 bar sind möglich. Das bedeutet, dass hier die gesamte Anlagenkonstruktion aber auch die Regelung und Wartung anders ist. Für die zweistufigen CO2-Anlagen hat BITZER speziell angepasste Verdichter für die Tiefkühl- sowie für die Normalkühlstufen im Portfolio. In diese Art der Anlagenkonstruktion ist zunächst eine umfassende Einarbeitung notwendig. In der SCHAUFLER Academy bieten wir beispielsweise auch Schulungen zu diesem Thema. Vor allem, wenn mittlere bis höhere Leistungen in der Gewerbekälte benötigt werden, sind Anlagen mit CO2-Verdichtern durchaus wettbewerbsfähig.
Der BITZER 8-Zylinder-Hubkolbenverdichter für transkritische CO2-Anwendungen ist rund zehn Prozent energieeffizienter als kleinere 6-Zylinder-Verdichter, die aktuell auf dem Markt angeboten werden.
8-Zylinder-Hubkolbenverdichter für transkritische CO2-Anwendungen
Volle Kälteleistung für Großanlagen und Wärmepumpenanwendungen – und das mit weniger Verdichtern als bisher: Die neuen 8-Zylinder-Hubkolbenverdichter für transkritische CO2-Anwendungen bereichern die ECOLINE CO2-Baureihe für noch größere Leistungsbereiche mit CO2 als Kältemittel in Kälte- und Wärmepumpenanwendungen. Sie sind rund zehn Prozent energieeffizienter als kleinere 6-Zylinder-Verdichter, die aktuell auf dem Markt angeboten werden. Das sorgt für weniger Energieverbrauch und weniger Emissionen. BITZER hat die 8-Zylinder- CO2-Hubkolbenverdichter für Anlagen im größeren Leistungsbereich entwickelt, die bisher mit HFKW-Kältemitteln oder Ammoniak ausgelegt wurden.
Die BITZER 8-Zylinder-CO2-Hubkolbenverdichter sind in zwei Motorvarianten mit Fördervolumina zwischen 69,4 und 99,2 m3/h verfügbar und für den Frequenzumrichterbetrieb konzipiert. Zudem sind sie mit der mechanischen Leistungsregelung VARISTEP für den Teillastbetrieb sowie mit Anlaufentlastung ausgestattet. Die 8-Zylinder-CO2-Hubkolbenverdichter zeichnen sich durch geringe Gaspulsationen und Vibrationen sowie niedrige Anlaufströme aus. Durch die verbesserte Gasführung wird der interne Druckabfall minimiert und die Ölwurfrate erreicht gewohnt niedrige BITZER Werte. Die Verdichter sind durch IQ Modul und Ölmanagement OLM einfach zu integrieren, zu installieren, zu bedienen und zu warten.
Seit 2003 hat BITZER über 270.000 CO2-Verdichter verkauft, hauptsächlich für Gewerbekälteanlagen und mit stark wachsender Tendenz. Auch für den Transport- und Wärmepumpenbereich sowie für industrielle Anwendungen steigt die Nachfrage. Für höchste Ansprüche besonders interessant sind die zu den 8-Zylinder-CO2-Hubkolbenverdichtern neuen passenden und variablen BITZER Ejektoren für CO2-Anwendungen.
Ammoniak kommt typisch in großen Anlagen mit über 100 kW Leistung als Kältemittel zum Einsatz, in der Regel jedoch nicht bei Publikumsverkehr. Die bewährte Anlagentechnik für Ammoniak mit Stahlrohren, überfluteten Verdampfern und nicht löslichen Ölen lässt sich nicht als Lösung für typische Gewerbekälteanwendungen übertragen. Außerdem sind auch hier in Bezug auf die Sicherheit einige Besonderheiten zu beachten. In Großkälteanlagen ist wegen der großen Füllmenge auch der deutliche Preisvorteil von Ammoniak im Vergleich zu anderen Kältemitteln ein Argument. In diesem Anwendungsbereich hat BITZER jahrelange Erfahrung und auch neue hocheffiziente Schraubenverdichter im Portfolio.
Offene Schraubenverdichter für Ammoniak-Kälteanlagen OS.A105
Mit den neuen offenen Schraubenverdichtern OS.A105 erweitert BITZER sein Ammoniakschraubenverdichter-Portfolio für industrielle Ammoniak-Kälteanlagen. Geplant sind drei Fördervolumenstufen mit 1.400, 1.700 und 2.000 m3/h bei 2.900 1/min. Damit ergeben sich in der klassischen Normalkühlung bei einer Verdampfungstemperatur von −10 °C Kälteleistungen von 950 kW bis 1.400 kW bei 2.900 1/min.
Die Verdichter sind für den Einsatz mit externem Frequenzumrichter konzipiert. Damit kann das Fördervolumen, und folglich die Kälteleistung pro Verdichter, jeweils nochmals um circa 40 Prozent gesteigert werden. Die neuen offenen Schraubenverdichter OS.A105 sind mit dem IQ Modul ausgestattet, mit dem der Doppelschieber für mechanische Leistungsregelung und Vi-Anpassung effizient bedient werden kann. Mit den Schiebern lässt sich die Kälteleistung zwischen 10 und
100 Prozent stufenlos einstellen. Darüber hinaus sind die Verdichter serienmäßig mit einem integrierten Rückschlagventil ausgestattet und eignen sich deshalb ohne Umbau für den Verbundbetrieb. Die neuen Verdichter verbinden große Kälteleistung mit Zuverlässigkeit und Laufruhe. Das integrierte IQ Modul vereinfacht die Inbetriebnahme, den Betrieb und die Wartung gleichermaßen. Der OS.A105 Verdichter wird nach der aktuellen Vorserienphase 2024 auf den Markt kommen
Birgt die Regulatorik rund um Kältemittel Ihrer Meinung nach auch Chancen?
Es ist wohl kaum machbar, mit einem Kältemittel alle Anwendungen abzudecken. Das Wichtigste ist, dass die Kälteanlage anwendungsspezifisch und für das richtige Kältemittel der Zukunft ausgelegt ist, um in Summe über die Nutzungsdauer so wenig Emissionen wie möglich zu verursachen. Dennoch bieten neue Verdichter und Komponenten auch ein hohes Maß an Energieeffizienz und somit Kosteneinsparpotenziale. Bei BITZER haben wir seit 1987 beispielsweise Propan-Verdichter im Portfolio und entwickeln diese seither weiter. Bei den Ammoniak-Schrauben-Verdichtern sind tatsächlich unsere neuesten, großen Schraubenverdichter in der Leistungsklasse die effizientesten, die wir im Markt kennen. Bei Kohlendioxid sind das ganz eigene Konstruktionen. Dadurch, dass man bei Kohlendioxid häufig zweistufig fahren muss, haben wir speziell angepasste Verdichter für die niedere Druckstufe und die höhere Druckstufe, sodass wir da auch die günstig mögliche Kombination aus Motor, Druckverlust und Konstruktion der Zylinderköpfe, Ventilplatten so hinbekommen, dass sie für die jeweiligen Arbeitsbereich hoch optimiert sind.
Geballtes Kältemittel-Know-how
Schulungsangebot der SCHAUFLER Academy
Ob digital oder vor Ort – die SCHAUFLER Academy in Rottenburg bietet Kältefachleuten ein breitgefächertes Schulungsangebot nicht nur zum Umgang mit den verschiedenen natürlichen Kältemitteln.
www.trainings-events.bitzer.de
BITZER Kältemittel-Report Online-Edition
Alle relevanten Informationen zu Kältemitteln auf einen Blick: Seit 1992 bietet der BITZER Kältemittel-Report der Fachbranche ein verlässliches Nachschlagewerk. Die neue, wesentlich erweiterte Fassung, ist ausschließlich online erhältlich und ist somit stets auf dem aktuellsten Stand in Bezug auf Regularien und Vorgaben sowie inklusive einer Gesamttabelle mit Filterfunktion zu den Kältemitteln.
www.bitzerkältemittelreport.com
Was muss aus Ihrer Sicht passieren, dass natürliche Kältemittel grundsätzlich noch besser angenommen werden?
In jedem Fall müssen die Kälteanlagenbetreiber den Handlungsbedarf erkennen, also informiert sein über das, was da kommt. Zudem sollten die Kälteanlagenbauer und Mechatroniker den Umgang mit natürlichen Kältemitteln lernen. Wir müssen bei beidem unterstützen mit Informationen, Trainings und mit unseren passenden Produkten. Das sehe ich als unsere Aufgabe an.
Vielen Dank für das Gespräch!
Wichtige Kältemittel-Regularien im Überblick
EU-F-Gase-Verordnung
Seit 2015 gilt die EU-Verordnung 517/2014 zur Regelung der Emission von fluorierten Treibhausgasen und beschreibt Anwendungsverbote für Stoffe, teilweise abhängig vom jeweiligen GWP-Wert. Das Phase-Down-Szenario ist dabei das wesentliche Werkzeug, um die Gesamtemissionen fluorierter Treibhausgase zu reduzieren. Es handelt sich im eine gestufte Begrenzung der Gesamtemissionsmenge in Kohlendioxid-Äquivalenten, die von 2015 bis 2030 festgelegt wurde. Im Jahr 2023 wird eine Revision der Verordnung erwartet. Der entsprechende Entwurf von April 2022 lässt eine deutlich erhöhte Zahl an Anwendungsverboten sowie verschärftere Grenzwerte für maximal zulässige Emissionsmengen erwarten. Bereits zum jetzigen Zeitpunkt ist es deswegen wichtig, Kälteanlagen und Wärmepumpen mit Kältemitteln zu entwickeln und zu bauen, die langfristig sicher verfügbar sein werden. (vgl. Bild 1)
Bild 1: Vergleich der Phase-Down-Stufen in % der Verordnung 517/2014 (in hellgrün), anfangend bei 100 % im Jahr 2015, und dem Phase-Down des Entwurfes (in dunkelgrün) ab 2024. In hellgrau: Mengen in importierten Produkten, die in der Grundmenge nicht erfasst waren.
Montreal Protokoll Kigali Amendment
Das Montrealer Protokoll wurde 1987 verabschiedet und hat weltweit 197 Mitglieder. Es handelt sich um einen Vertrag, ozonzerstörende Substanzen einzudämmen. Das im Oktober 2016 in Kigali, Ruanda, beschlossene Amendment erweitert das Montrealer Protokoll hinsichtlich Regelungen zur Reduzierung von Emissionen fluorierter Treibhausgase. Dabei setzt es auf ein Phase-Down-Szenario nach dem Vorbild der EU-F-Gase-Verordnung, jedoch mit angepassten Stufen für vier verschiedene Gruppen von Mitgliedern und einer Zeitschiene bis mindestens 2050. Bisher haben 138 Mitglieder (Stand: Oktober 2022) das Amendment ratifiziert. Jedes Mitglied wird in festgelegten Jahren einen 100%-Wert ermitteln sowie einen Maßnahmenplan zum Einhalten des Szenarios erstellen. Auf diese Weise werden ähnliche Kältemittelumstellungen wie in der EU weltweit durchgeführt werden. (vgl. Bild 2)
Bild 2: Phase-Down-Stufen in % für fluorierte Treibhausgase des Montrealer Protokolls (MP) für vier Ländergruppen – Standard-Mitglied.
European Green Deal
Der European Green Deal soll die Europäische Union deutlich umweltfreundlicher machen. Ein Teil des Ziels ist es, ab dem Jahr 2050 netto null Kohlendioxidemissionen zu erzeugen. Ein Zwischenziel ist, die Emission bis 2030 um 55 Prozent gegenüber dem Basisjahr 1990 zu senken. Der Beitrag der Wärmepumpe und Wärmerückgewinnung kann hier groß sein, denn geringere Kohlendioxidemissionen sind nur möglich, wenn deutlich weniger fossile Brennstoffe verbrannt werden, um Wärme bereit zu stellen. Für den weitaus größten Teil der Heizaufgaben eignen sich Wärmepumpen sehr gut. Werden diese mit elektrischer Energie aus erneuerbaren Quellen betrieben, fallen keine Emissionen aus dem Betrieb an. Bei Wärmerückgewinnung aus Kälteanlagen oder Einsatz von Industriewärmepumpen, um Prozessabwärme wieder nutzbar zu machen, ist die Öko-Bilanz schwierig sauber und glaubwürdig darstellbar. Die Technologie wird manche Anlagen komplexer machen, ist aber ebenso wichtig für die Ziele des Green Deal.
