Propan-Split-Klimaanlagen

Kleine Split-Klimaanlagen mit einer Leistung von bis zu 5 kW sind in der letzten Dekade zu den meistgenutzten Raumklimaanlagen weltweit avanciert und damit für den größten Anteil an Treibhausgasemissionen (abgekürzt: THG) aus dem Sektor Kälte und Klimatisierung verantwortlich. Die weiterhin stark wachsende Nachfrage nach dieser Art von Klimaanlagen in vielen Regionen der Erde sorgt für steigenden Verbrauch an Strom, der vorrangig durch fossile Brennstoffe erzeugt wird. Die Auswirkung auf das Klima wird zusätzlich durch HFCKW- (R22) bzw. HFKW- (R410A und R32) Kältemittel verstärkt.

Längst werden Split-Anlagen nicht mehr nur in Ländern mit konstant hohen Umgebungstemperaturen in ariden und tropischen Regionen in riesigen Mengen verkauft und installiert, auch hierzulande dominieren Split-Klimageräte den Markt unter den direktverdampfenden Anlagen. Allein in Deutschland waren über 70 % der 157.000 verkauften Raumklimaanlagen Split-Geräte (JRAIA, 2018). In Europa ist momentan HFKW R410A das Kältemittel, das in den meisten Klimaanlagen verwendet wird. Es wird jedoch zunehmend durch das HFKW R32 ersetzt, das im letzten Jahr in ungefähr 37 % aller Klimaanlagen zu finden war [1]. Beide HFKW sind klimaschädlich und haben damit unter der europäischen F-Gas-Verordnung sowie dem Kigali Amendment des Montrealer Protokolls keine langfristige Zukunft.

Obwohl energieeffiziente Alternativen mit dem klimafreundlichen Kältemittel Propan (R290, GWP = 3) seit 2013 in China und Indien produziert und vertrieben werden und ein Modell bereits das Umweltzeichen Blauer Engel ergattern konnte, lässt die breite Einführung in Deutschland und Europa weiter auf sich warten.

Aktuelle Normen regeln Produktsicherheit, bestehende Einschränkungen verwehren jedoch Effizienzgewinne

Die Kriterien für den sicheren Betrieb von Propan-Split-Klimaanlagen sind in der produktübergreifenden Norm EN 378 sowie der für Klimaanlagen und Wärmepumpen spezifischen Norm EN IEC 60335-2-40 geregelt. Im Rahmen dieser beiden Normen gilt die Füllmengenbegrenzung aufgrund der Brennbarkeit von Propan als entscheidende Anforderung zur Gewährleistung der Produktsicherheit in Split-Klimaanlagen mit A3-Kältemitteln. Zwei wesentliche Beschränkungen sind zu berücksichtigen: 1 kg ist die grundsätzlich maximal zulässige Füllmenge von direktverdampfenden Systemen wie Mono-Split-Anlagen, weiterhin legt eine Funktion aus Raumfläche und in einigen Fällen Installationshöhe des Geräts die zulässige Propanfüllmenge fest.

Auf Basis dieser Einschränkungen unterstützte die Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ) GmbH das indische Unternehmen Godrej & Boyce bei der Entwicklung eines Propan-Split-Klimageräts. Das Projekt wurde vom Bundesumweltministerium unterstützt. Von 2011 bis 2013 beriet die GIZ bei der Entwicklung des Prototyps sowie der Werkzeugbestückung der Produktionslinie. Zugrunde gelegt wurden die Füllmengengrenzen der EN IEC 60335-2-40. Dadurch fasste das erste 5 kW-Modell 360 g im Kältekreislauf. Durch den Einsatz von Mikrokanal-Wärmetauschern konnte mit geringen Füllmengen ein hoher Wirkungsgrad erzielt werden. Damals wie heute gehören die R290-Split-AC-Modelle von Godrej zu den energieeffizientesten und klimafreundlichsten im indischen Markt. Etwa 700.000 Stück konnte Godrej seitdem verkaufen, bis heute ist dem Hersteller kein Zwischenfall aufgrund der Brennbarkeit von Propan bekannt. Laut dem Leiter der Produktentwicklung Klima Santosh Salian wird stetig an weiteren Optimierungen gearbeitet. Demnächst soll ein 7 kW-R290-Inverter-Modell auf den Markt kommen, wiederum das Effizienteste seiner Klasse.

Aufgrund seiner hervorragenden thermodynamischen Eigenschaften bietet Propan ein hohes Energieeffizienzpotenzial, welches vor allem durch die Menge im Kältekreislauf und die Größe und Auslegung der Wärmetauscher zur Geltung kommt. Das Ziel in den internationalen Arbeitsgruppen zur Überarbeitung der produktspezifischen Norm IEC 60335-2-40 sollte weiterhin sein, Maßnahmen für die Füllmengenoptimierung von Raumklimaanlagen zu entwickeln, die weitere Effizienzgewinne und angemessene Anlagensicherheit vereinen.

Folgende technische Maßnahmen zur Risikominderung, einhergehend mit einer höheren Füllmenge, werden derzeit diskutiert:

Verbesserung der Dichtheit des Systems über die angenommene Standardpraxis hinaus

Optimierung des Anlagengehäuses zur besseren Verteilung des Kältemittels

Einbau von Ventilen oder anderen Komponenten, um die im Falle eines Lecks freigesetzte Kältemittelmenge zu begrenzen.

Gewährleistung eines ausreichenden Luftdurchsatzes innerhalb des Raumes, um sicherzustellen, dass sich das ausgetretene Kältemittel nicht am Boden sammelt und die Konzentration unterhalb der unteren Zündgrenze (Lower Flammability Level) bleibt.

Ausbildung von Technikern –
Schulungsinhalte und Programme finden Anwendung

Godrej & Boyce setzt bei der Installation und Wartung der Propan-Klimaanlagen ausschließlich auf geschulte und registrierte Techniker: „Wir führen die Schulung und Zertifizierung von Klima-Technikern selbst durch und übernehmen hierfür auch die volle Verantwortung. Dadurch stellen wir eine gut funktionierende Belegschaft vor Ort sicher“, bestätigt Shakeel M. Jamadar, Leiter eines eigens geschaffenen Ausbildungsprogramms bei Godrej & Boyce. Durch die hauseigene Ausbildung setzt sich das indische Unternehmen einen eigenen Standard zur Qualitätssicherung. Auch der deutsche Arm des chinesischen Herstellers Midea plant produktspezifische Schulungen im Rahmen der Einführung des Blauer Engel-Split-Klimageräts.

Blickt man nach Deutschland, sind die Voraussetzungen sogar noch günstiger: An sämtlichen Schulen der Innungen werden Lehrgänge und Seminare zu dem Thema natürliche Kältemittel (insbesondere auch zu Propan als Kältemittel) angeboten. Sowohl in den Ausbildungsplänen der Mechatroniker für Kältetechnik, als auch in der Meisterausbildung ist der Umgang mit A2L- und A3-Kältemitteln ein fester Bestandteil geworden. Meinolf Gringel, unabhängiger Sachverständiger für Kältetechnik, bestätigt, dass sich die Installation einer R290-Klimaanlage handwerklich gesehen nicht von einem Gerät mit einem konventionellen HFKW-Kältemittel (z.B. R410A, R134a etc.) unterscheidet. Ausschlaggebend sei „die gewissenhafte Umsetzung der sicherheitstechnischen Maßnahmen.“

Die notwendigen Schulungsunterlagen zur sicheren Installation und Wartung sind in Deutschland vorhanden und werden teilweise auch international übernommen. GIZ Proklima berät Schwellen- und Entwicklungsländer bei diesen Anpassungen. Zusätzlich zu den erweiterten Curricula werden die Länder dabei unterstützt, die geschulten Techniker offiziell zu zertifizieren und registrieren. Der Dreischritt aus Qualifikation, Zertifizierung und Registrierung ermöglicht es, den nationalen Ausbildungsstand von Kältetechnikern zu überblicken und gezielt Fachkräfte für die Installation und Wartung klimafreundlicher Geräte zu finden.

Beispiel Ghana

Das westafrikanische Land hat sich zum Ziel gemacht, den Markt für Split-Klimaanalanlagen bis 2030 soweit möglich auf Propan umzustellen. So sollen bis zum Jahr 2030 rund 7,86 Megatonnen CO2-eq eingespart werden. Gefördert durch das Bundesumweltministerium unterstützt die GIZ die ghanaische Umweltbehörde bei diesem ehrgeizigen Ziel, im ersten Schritt wurden knapp 400 chinesische R290-Split-Klimaanlagen in den Markt eingeführt und in verschiedensten Anwendungsbereichen verwendet. Zusätzlich wurden in Zusammenarbeit mit Midea Kältetechniker im sicheren Umgang mit den Geräten geschult. Für den Direktor der Klima- und Ozonschutzabteilung Emmanuel Osae Quansah ist die Umstellung auf klimafreundliche Kühlung „eine der Schlüsselmaßnahmen zur Erreichung der nationalen Klimaziele“. Ähnliche Projekte mit Pilotanlagen und Techniker-Schulungen wurden auf Costa Rica, dem karibischen Inselstaat Grenada, den Philippinen und in Indien durchgeführt. Alle Projekte haben zum Ziel, die Anwendung natürlicher Kältemittel bekannter zu machen und das notwendige Fachpersonal zu sensibilisieren und weiterzubilden.

Steigende Nachfrage, jedoch
ausbleibendes Angebot

Mit der Einführung des Blauen Engels für Raumklimageräte ist eine zunehmende Nachfrage nach HFKW-freien Klimaanlagen zu erkennen. Sowohl die GIZ als auch das Umweltbundesamt bekommen immer mehr Anfragen zu R290-Split-Klimageräten. Eine der Nachfragen kommt von Monika Witt, geschäftsführende Gesellschafterin der Firma Th. Witt Kältemaschinen aus Aachen. Sie möchte ihre Büro- und Geschäftsräume gerne mit R290-Split-Klimaanlagen ausstatten. Laut Frau Witt sind die Sicherheitsrisiken, die durch die Brennbarkeit gegeben sind, gut beherrschbar: „Daher kommt für uns nur ein Klimasystem mit natürlichen Kältemitteln in Frage.“

Während der Marktanteil von mobilen R290-Klimageräten in Deutschland und Europa immer weiter zunimmt, sind
HFKW-freie Split-Klimageräte weiterhin nicht erhältlich. Frau Witt vermutet, dass dies auch auf die Lobbyarbeit der Lieferanten von synthetischen Kältemitteln zurückzuführen ist, die konsequent den Einsatz von R290 verhindern wollen. Sie ist sich jedoch sicher, „dass sich R290 schnell durchsetzen wird, wenn die ersten Geräte mit CE-Zertifizierung auf dem Markt angeboten werden. Wir haben das bei den Kühlschränken gesehen: Zunächst wurde das verwendete Isobutan (R600a), das zur gleichen Gruppe wie Propan gehört, noch als unakzeptabel gefährlich von den Lobbyisten der synthetischen Kältemittel dargestellt, aber die Vorteile haben sich durchgesetzt und heute werden weltweit fast alle Kühlschränke mit Isobutan betrieben. Außerdem ist Propan mittlerweile in privaten Haushalten in Form von Grills und Outdoor-Heizungen weit verbreitet – und das mit deutlich größeren Füllmengen als für Split-Klimageräte erforderlich.“

Auch in anderen Teilen Europas steigt das Interesse an klimafreundlichen HFKW-Alternativen in Split-Klimaanlagen. Die Colruyt-Gruppe ist einer der größten Retailer in Belgien mit rund 29.000 Angestellten und über 500 Läden. Seit 2014 setzt die Supermarktkette auf 100 % natürliche Kältemittel, um so glaubhaft ihre Nachhaltigkeitsstrategie zu verfolgen. Collin Bootsveld verantwortet als leitender Projekt-Ingenieur die Umstellung der Kühlsysteme. Für ihn sind natürliche Kältemittel „die einzige realistische Langzeitlösung.“ In allen installierten Geräten könnten sie ihren Zweck genauso gut oder sogar noch besser als ihre synthetischen Counterparts erfüllen. Er ist überzeugt, dass R290 in Split-Klimaanlagen durch ihre hohe Energieeffizienz und mittel- bis langfristigen Kostenvorteile zur dominierenden Technologie zum Kühlen und Heizen in kleinen Büros und Wohnungen avancieren werden. Es müsse einzig noch das passende Angebot geschaffen werden: „Die Nachfrage ist da. Meine Freunde, Kollegen und unser Management verstehen die Logik und die Vorteile.“

Obwohl auf der Nachfrageseite alle Weichen gestellt scheinen, sind R290-Split-Klimageräte weder im Netz noch beim Fachhändler erhältlich. China stellt mit mehr als 70 % die größten Produktionskapazitäten für Split-Klimaanlagen. Doch bis dato werden die klimafreundlichen Alternativen nur auf dem heimischen Markt vertrieben. Im Jahr 2018 forderte die China Household and Electrical Appliances Association die chinesischen Split-Klimaanlagenhersteller zu einem Absatz von 160.000 Geräten innerhalb von zwölf Monaten auf, Midea führt den Verkauf mit dezeit etwa 92.000 Geräten an. Doch was die Erschließung des europäischen Markts angeht, ist weiterhin Zurückhaltung zu verzeichnen. Nachdem das mit dem Blauen Engel zertifizierte R290-Monosplit-Klimagerät bereits im März 2018 öffentlichkeitswirksam auf der Klimatechnik-Messe „Mostra Convegno Expocomfort“ in Mailand vorgestellt wurde, steht die für das gleiche Jahr versprochene europäische Markteinführung weiterhin aus. Dieses Jahr ist die Markteinführung auf Grund von COVID-19 auf 2021 verschoben worden.

Sicherlich ist die Herstellung von R290-Split-Klimaanlagen zu Anfang mit höheren Kosten verbunden, schlussendlich sollte sich der gewinnbringende Verkauf spätestens über die Skaleneffekte realisieren lassen. Eine ähnliche Entwicklung war bei R32 zu beobachten. Der Druck auf die Industrie wächst, mit einer zukunftssicheren Alternative zu HFKW für das Segment der direktexpandierenden Raumklimageräte aufzuwarten. Der Firma Daikin ist mittlerweile bewusst, dass R32 nur eine weitere Zwischenlösung sein kann. Das Unternehmen arbeitet laut CEO Masanori Togawa an einer R32-Nachfolge mit einem Treibhausgaspotenzial von 10, ähnlich wie R32 soll das Kältemittel in der Klassifizierung A2L („mildly flammable“) rangieren. Hinsichtlich der Klimawirkung wäre dies eine ernstzunehmende Alternative zu Propan. Ob das Kältemittel als HFKW tatsächlich eine nachhaltige Lösung darstellt, bleibt abzuwarten.

Staatliche Förderung als Impuls für Hersteller und Händler?

Von staatlicher Seite gibt es verschiedene Ansätze, die Markteinführung klimafreundlicher Split-Klimageräte zu erleichtern. Das Öko-Institut hat in Zusammenarbeit mit dem Umweltbundesamt (UBA) und einer Expertenjury Kriterien definiert, die eine Kennzeichnung von Geräten mit dem Umweltzeichen „Blauer Engel“ möglich machen.

Geräte, die mit dem „Blauen Engel“ ausgezeichnet werden, sind umweltfreundlicher als vergleichbares, konventionelles Equipment. Bei der Beurteilung wird der gesamte Lebensweg betrachtet. Das seit mehr als 40 Jahren existierende Ökolabel hat einen Bekanntheitsgrad von über 90 % in Deutschland und bietet eine klare Orientierung beim umweltbewussten Einkauf – auch für Raumklimageräte. Split-Klimageräte mit dem „Blauen Engel“ sind energieeffizienter (SEER von mindestens 7) als vergleichbare Anlagen, enthalten kein halogenhaltiges Kältemittel, und müssen leicht zu reinigen und leise im Betrieb sein, sowohl innen als auch außen. Laut Dr. Daniel de Graaf (UBA) hätten Raumklimageräte, die mit dem Blauen Engel ausgezeichnet sind, einen „erheblichen Verkaufsvorteil.“ Trotzdem hätten bisher nur sehr wenige Hersteller ein entsprechendes Gerät im Portfolio. Doch warum wird gezögert? „Wenn ein Hersteller das Wagnis eingeht und die Markteinführung umsetzt, wird das unter scharfer Beobachtung der Wettbewerber sein. Wenn dann etwas passieren sollte, wäre das ein riesiger Imageschaden. R32 ist in unseren Augen nicht die Lösung“, so Dr. Daniel de Graaf, Umweltbundesamt.

Eine weitere Möglichkeit stellen finanzielle Anreize von staatlicher Seite dar. Denkbar wäre beispielsweise ein Rabattsystem auf den Kauf von Propan-Raumklimageräten. Chinesische Hersteller haben gegenüber GIZ Proklima geäußert, dass solche Programme die Markteinführung in Deutschland stark erleichtern würden. Aus deutscher Sicht gibt es jedoch erhebliche Vorbehalte. „Der deutsche Markt für Split-ACs ist im europäischen Vergleich nicht sehr groß, außerdem gibt es keine deutschen Hersteller.“, sagt de Graaf (UBA). „Die Motivation, einen reinen Importmarkt mit finanziellen Anreizen zu fördern, ist aus Sicht der Bundesregierung eher gering.“ Trotzdem seien natürliche Kältemittel wie Propan langfristig der richtige Weg. De Graaf erhalte vor allem in den Sommermonaten vermehrt Bürgeranfragen zur Verfügbarkeit von Geräten auf Propanbasis, die er meist negativ bescheiden muss. Zwischenlösungen wie R32 seien aber nicht die Lösung.

Zusammengefasst: Begünstigende Faktoren für eine erfolgreiche Markteinführung

Die Vorgaben des Montrealer Protokolls und seiner zuletzt in Kigali beschlossenen Erweiterungen (2016) sowie die F-Gas-Verordnung in der EU machen eine weltweite, schrittweise Umstellung auf natürliche Kältemittel unumgänglich. Split-Klimaanlagen nehmen mit ihrem Löwenanteil an globalen THG-Emissionen eine Schlüsselrolle im Klimaschutz im Sektor Kälte und Klimatisierung ein. Mit R290 existiert eine nachhaltige Lösung, die sich bereits im indischen Markt bewährt hat. Das größte Hindernis stelle laut einer EU-Studie dabei nicht die Technologieumstellung oder Investitionskosten dar, sondern ein Informationsmangel [2]. Um den Markteintritt zu erleichtern, muss deshalb vor allem verstärkt Aufklärungsarbeit betrieben werden – sowohl bei Herstellern als auch Verbrauchern. Das Umweltzeichen „Blauer Engel“ ist in Deutschland ein erster Schritt in die richtige Richtung. Zudem muss verstärkt Wert auf die Schulung entsprechender Fachkräfte gelegt werden.

[1] BSRIA (2020). BSRIA’s view on refrigerant trends in AC and Heat Pump segments. Verfügbar unter: https://www.bsria.com/uk/news/article/bsrias_view_on_refrigerant_trends_in_ac_and_heat_pump_segments

[2] Life front (2018). Impact of standards on hydrocarbon refrigerants in Europe. Market research report