R290 in Wärmepumpen und Kaltwassererzeugern
Keine Angst vor Propan als Kältemittel
Der Umwelteinfluss von Energieträgern ist unbestritten groß. Natürliche Kältemittel haben die beiden großen Vorteile, einfach verfügbar und umweltfreundlich zu sein. Als Nachteile gelten höhere Investitionskosten und ein größerer Planungsaufwand. Trotzdem kommt nicht nur bei öffentlichen Gebäuden immer öfter Propan als Kältemittel zum Einsatz. Was ist wichtig, wenn wir Wärmepumpen und Kaltwassererzeuger mit R290 einsetzen?
Umweltschutz ist glücklicherweise kein Nischenthema mehr. Zudem wird stärker aufgegriffen, dass Gebäude und der Bausektor für 40 % des globalen Energieverbrauchs und für ein knappes Drittel aller Treibhausgasemissionen verantwortlich sind. Das äußert sich auch darin, dass bei der Planung von Wärmepumpen und Kaltwassererzeugern das zu verwendende Kältemittel eine wichtige Rolle eingenommen hat.
Propan als Kältemittel
Weil die Kältemittel sehr unterschiedliche Eigenschaften haben, beeinflussen sie die Kosten, den Einsatzbereich und den Energieverbrauch einer Anlage. Vergleicht man die Eigenschaften von Propan mit anderen Kältemitteln, fällt hauptsächlich auf, dass es
ein niedriges globales Erwärmungspotential (GWP=3) und
kein Ozonabbaupotential (ODP=0) hat sowie
hochentzündlich und gering toxisch (Sicherheitsklasse A3) ist.
Im Gegensatz zu synthetisch hergestellten Kältemitteln wie R32 kommt Propan in der Natur auch ohne menschliches Zutun vor. Wo aus Kohlenwasserstoffen in langen Zeiträumen Erdöl oder Butan entsteht, finden wir beispielsweise auch Propan.
Warum Propan einsetzen?
R290 besitzt ein breites Einsatzgebiet und ähnelt dem synthetischen Kältemittel R22, sein Temperaturverhalten ist mit dem von R134a vergleichbar. Beispiel: Swegon setzt Propan im Kühlfall energieeffizient für Vorlauftemperaturen zwischen -10 °C und +18 °C ein.
Die europäische F-Gase-Verordnung drängt besonders umweltschädliche Kältemittel Stück für Stück aus der Verwendung. Bestimmte Kältemittel sind bereits verboten, andere dürfen nicht mehr in neue Anlagen eingebracht oder die Verwendung mancher Kältemittel muss aufwändig gemeldet werden. Weil sich immer mehr Länder hohe Klimaziele setzen, sind sich alle Fachleute einig, dass die F-Gase-Verordnung weiter verschärft werden wird. Warum ist dies für die Verwendung von Propan wichtig? Das Kältemittel R290 hat einen sehr geringen Umwelteinfluss (GWP=3, ODP=0). Experten gehen davon aus, dass nur noch Kältemittel mit einem GWP unter 150 (wirtschaftlich) langfristig zukunftssicher sind.
Exkurs: Was ist GWP, ODP, TEWI?
Allein auf das Heizen und Kühlen von Gebäuden entfällt etwa ein Drittel des Gesamtenergieverbrauchs der Europäischen Union. Mit anderen Worten: Um das EU-Ziel zu erreichen, die Emissionen des Gebäudebestands bis 2050 auf Null zu reduzieren, müssen wir auf nachhaltigere Technologien umsteigen. Aber wie können wir verschiedene Technologien vergleichen, um die fundiertesten und nachhaltigsten Entscheidungen zu treffen? Hier ist das TEWI-Konzept sehr hilfreich, da es einen Vergleich der Umweltauswirkungen verschiedener Produkte ermöglicht.
GWP = Global Warming Potential, die Referenzgröße CO2 hat einen GWP von 1
ODP = Ozone Depletion Potential (Ozonabbaupotential), Referenzgröße Trifluormethan hat einen ODP von 1
TEWI = Total equivalent warming impact (direkter + indirekter Treibhauseffekt)
Unter Anderem berücksichtigt TEWI bei Wärmepumpen die
Effizienz der eingesetzten Technologie
Art und Menge des verwendeten Kältemittels
Betriebsbedingungen und das Lastprofil der Wärmepumpe
Verwendung von erneuerbarer Energie zum Anlagenbetrieb
CO2-Emissionen zur Herstellung, Wartung und Entsorgung der Anlage
Warum Propan-Wärmepumpen wirtschaftlich sind
Wie wirtschaftlich eine Wärmepumpe oder ein Kaltwassererzeuger ist, hängt von mehreren Faktoren ab. Die Hauptrollen spielen
Anfangsinvestition und Förderung
Planungs- und Installationsaufwand
Betriebskosten
Anfangsinvestition
R290-Geräte müssen höhere Sicherheitsstandards erfüllen, was zu teureren Komponenten führt. Also ist der Preis einer Propananlage höher als der einer Anlage mit beispielsweise R32.
Grundsätzlich wird die Investition in eine Wärmepumpe in attraktiver Weise staatlich gefördert. Zurzeit orientiert sich eine Mehrheit der Förderprogramme hauptsächlich an der Anlageneffizienz. Jedoch existieren auch Fördermöglichkeiten für besonders umweltfreundliche Anlagen (mit natürlichen Kältemitteln). Als Beispiel ist die Bundesförderung für Energie- und Ressourceneffizienz, insbesondere das Fördermodul „Energie- und ressourcenbezogene Optimierung von Anlagen und Prozessen“ zu nennen. Zudem priorisieren Zertifizierungsinstitutionen wie die DGNB oder Regulatorien wie die allgemeine Verwaltungsvorschrift zur Beschaffung klimafreundlicher Leistungen schon heute die Verwendung umweltfreundlicher bzw. natürlicher Kältemittel.
Planung, Installation und Betrieb
Die Anlagen- und Betriebssicherheit spielt nicht nur bei Planungen mit Propan-Anlagen eine zentrale Rolle. Aufstellflächen, Kältemittelmengen, Zugänge, Abstände etc. sind bei jeder Planung eines Kaltwassererzeugeres bzw. einer Wärmepumpe wichtig. Die Hauptvorgaben liefern DIN EN378, DIN EN 60079-14 und die Betriebssicherheitsverordnung (2009/104/EG).
Weil das Kältemittel Propan die Sicherheitsklasse A3 hat, muss der Anlagenhersteller bestimmte Sicherheitsvorkehrungen treffen. Beispielsweise muss die Elektrik separiert ausgeführt sein, um Zündquellen zu vermeiden, oder es müssen Leckagesensoren, die die Anlage abschalten und eine Entlüftung einleiten können, eingesetzt werden.
Aufstellungshinweise bei Propan-Wärmepumpen
Die Aufstellungsplanung folgt der DIN EN 378 bzw. VDMA 24020. Gemäß EN378 Teil 1 sind Zugangsbereiche und Aufstellorte je nach Sicherheitsklasse des verwendeten Kältemittels zu ermitteln. Ebenfalls einzuhalten sind Abstände, Ablaufsicherungen, Beschilderung und Schutzmaßnahmen (wie zum Beispiel Ramm- bzw. Anfahrschutz). Bei Propananlagen führt dies in den meisten Planungen zur Außenaufstellung mit einem Zugangsbereich, zu dem nur befugte Personen Zutritt haben.
Betrieb und Pflichten des Betreibers
Der Betrieb einer Propan-Wärmepumpe ist nicht aufwändiger als der einer Wärmepumpe mit synthetischem Kältemittel. Bei Propan kann man sogar davon ausgehen, dass die Beschaffung und Verfügbarkeit einfacher als bei synthetischen Kältemitteln ist. Zu den Aufgaben des Anlagebetreibers gehört eine Gefährdungsbeurteilung durch eine sicherheitstechnische Begutachtung eines unabhängigen Sachverständigen. Zudem sichert der Betreiber den bestimmungsgemäßen und sicheren Betrieb der Anlage durch regelmäßige Wartungen mittels Fachpersonal.
Fazit
Vor dem Einsatz einer R290 Wärmepumpe muss niemand Angst haben. Der geringe Umwelteinfluss des Kältemittels und teilweise exklusive Fördertöpfe machen sie in bestimmten Fällen besonders interessant. Mit dem richtigen Industriepartner und unter Beachtung der relevanten Richtlinien ist die Planung, die Installation und der Betrieb solcher Anlagen ökologisch und ökonomisch attraktiv.
