Umweltfreundliche Kaltwassersätze

Um die Erderwärmung durch fluorhaltige Kältemittel (F-Gase) zu reduzieren, hat die Europäische Union (EU) die Verordnung 517/2014, besser bekannt als F-Gase-Verordnung, erlassen. Durch diese Verordnung soll die Emissionsreduktion fluorierter Treibhausgase durch drei wesentliche Regelungsansätze erreicht werden. Eine wesentliche Rolle spielt die Einführung einer schrittweisen Beschränkung (Phase-Down) der am Markt verfügbaren Mengen an teilfluo­rierten Kohlenwasserstoffen (HFKW) bis zum Jahr 2030 auf ein Fünftel der heutigen Verkaufsmengen. Darüber hinaus gilt ein Erlass von Verwendungs- und Inverkehrbringungsverboten, wenn technisch machbare, klimafreundlichere Alternativen vorhanden sind.

Zu beachten ist auch, dass die Zahl der Kontrollintervalle für nicht-hermetische Anlagen nach CO₂-gewichteter Füllmenge geregelt ist. Als Maßstab dient das CO₂-Äquivalent, das als Produkt aus Füllmenge (Gewicht) des Kältemittels mit dem GWP berechnet wird. Das GWP ist die Maßzahl für ihren relativen Beitrag zum Treibhauseffekt, also ihre mittlere Erwärmungswirkung der Erdatmosphäre. Das ideale Kältemittel hat also einen GWP-Wert nahe null. Ein aktuell verwendetes Kältemittel wie beispielsweise R134a hat ein GWP von 1430, R410A von 2088. Das heißt, je niedriger der GWP eines Kältemittels ist, desto längere Intervalle zur Dichtheitsprüfung und Zertifizierung gelten.

Preissteigerungen für aktuelle
Kältemittel

All diese verschärften Vorschriften werden dazu führen, dass – wie von der EU beabsichtigt – etablierte Kältemittel nach und nach vom Markt verdrängt werden. Für Hersteller bietet diese Entwicklung Chancen und Risiken, um den Kunden und Betreibern einen sicheren und wirtschaftlichen Anlagenbetrieb zu ermöglichen. „Schon jetzt zeichnet sich ab, dass mit der Reduzierung der am Markt verfügbaren Mengen der aktuell noch gängigen Kältemittel für Kaltwassersätze, wie z.B. R134a, die Preise in die Höhe schießen. Gleichzeitig sinkt die Akzeptanz, Kältemittel mit einem hohen GWP einzusetzen, rapide“, erklärt Dror Peled, General Manager Marketing, Living Environment Systems bei Mitsubishi Electric.

Die Zielsetzung ist also klar: Unternehmen müssen eine Strategie haben, um sukzessive ihre Kaltwassersätze auf neue Kältemittel umzustellen und so zusätzliche Alternativen in der F-Gase-Diskussion zur Verfügung stellen. Dabei gilt, dass die Kältemittel R410A und R134a dem Markt noch für viele Jahre zu Verfügung stehen werden – wenn auch zu höheren Preisen und nicht in gleicher Größenordnung wie bisher. Ein Verbot für diese bewährten Kältemittel ist vonseiten des Gesetzgebers aber derzeit nicht geplant. 

Um die Anforderungen zur Beschränkung des Inverkehrbringens bestimmter Produktgruppen mittel- und langfristig zu erfüllen, besteht eine Notwendigkeit für Hersteller, Produkte mit klimafreundlicheren Alternativen zur Verfügung zu stellen. Eines dieser klimafreundlicheren Kältemittel, das der F-Gas-Verordnung und dem notwendigen Klimaschutz gerecht wird, ist das Kältemittel R513A. Es gehört in die Sicherheitsgruppe 1, ist nicht giftig und nicht entflammbar. R513A ist zudem als „Drop In“-Lösung für R134a geeignet. Das heißt, es kann durch kleinere Modifikationen, wie z. B. Software-Update für Regler und EEV-Treiber, Neujustierung der Hochdruckschalter in Kaltwassersätzen, die bislang mit R134a betrieben worden sind, verwendet werden.

R134a problemlos durch R513A ersetzbar

Der GWP-Wert von R513A ist im Vergleich zu R134a um rund 55 % niedriger und das Treibhauspotenzial damit um einiges geringer. Als Vergleich für das relative Treibhauspotenzial von Kältemitteln dient das CO₂-Äquivalent. Zu seiner Berechnung genügt eine einfache Formel. Als Beispiel dient ein System mit 10 kg Füllmenge des Kältemittels R134a. Das CO₂-Äquivalent in Tonnen beträgt demnach 10 kg mal 1430 geteilt durch 1000 gleich 14,3 t. Das relative Treibhauspotenzial entspricht in diesem Beispiel also 14,3 t. Das GWP von R513A liegt bei 631 und entsprechend der Berechnungsformel liegt das Treibhauspotenzial nur bei 6,31 t.

Auch die Reduzierung des Risikos von zusätzlichen Kostenerhöhungen ist im Vergleich zu R134a geringer, da eine stabile Kältemittelverfügbarkeit aufgrund des niedrigen GWPs gewährleistet ist. „Das Kältemittel R513A bietet eine praktikable Strategie, um als kurz- und mittelfristige Lösung eingesetzt zu werden. Insbesondere, wenn Investitionskosten im Vordergrund stehen oder eine Aufstellung aufgrund der Platzverhältnisse oder der Sicherheitsanforderungen an die Kälteanlage mit einem Kältemittel Sicherheitsgruppe A2L nicht möglich ist“, so Peled. Die meisten der mit R134a betriebenen Kaltwassersätze von Climaveneta – einer Marke von Mitsubishi Electric – lassen sich auf Wunsch einfach auf R513A umstellen.

R1234ze beste langfristige Lösung

Eine noch größere Sicherheit für Kunden im Hinblick auf einen stabilen Kältemittel- und Gerätepreis sowie eine langfristige Kältemittelverfügbarkeit bietet das Kältemittel R1234ze. Das Tetrafluorpropen aus der Gruppe der Hydrofluorolefin (HFO)-Kältemittel verfügt über ein ausgesprochen niedriges GWP von nur 7, das als langfristige Lösung eingesetzt werden kann. Es gehört in die Gruppe der A2L-Kältemittel, ist nicht giftig, schwer entflammbar und kann sehr gut als langfristige Lösung eingesetzt werden. Ein weiterer Vorteil sind die längeren Wartungsintervalle aufgrund des geringeren GWPs. Dies wirkt sich positiv auf die Betriebskosten aus.

Es gibt allerdings auch Wermutstropfen bei der Planung und dem Betrieb von Kälteanlagen mit dem Kältemittel R1234ze. So haben Kaltwassersätze mit R1234ze eine um ca. 20 bis 25 % geringere volumetrische Kälteleistung. Hinzu kommen aktuell noch höhere Investitionskosten und größere Geräteabmessungen. Und anders als R513A kann es nicht als „Drop In“-Lösung – also in Kaltwassersätzen, die bislang mit R134a betrieben werden, eingesetzt werden. Positiv wirkt sich hingegen aus, dass Mitsubishi Electric nahezu das gesamte Programm an Kaltwassersätzen mit Schrauben- und Turbocor-Verdichtern mittlerweile wahlweise mit dem Kältemittel R513A oder mit HFO R1234ze anbieten.

Produktprogramm wird
kontinuierlich erweitert 

Bei Mitsubishi Electric stehen beispielsweise luftgekühlte Kaltwassersätze der Marke Climaveneta mit dem Kältemittel R513A in unterschiedlichen Leistungsstufen von 140 bis 1.710 kW für die Komfort-, Prozess- und IT-Kühlung zur Verfügung. Diese sind je nach Leistung mit einem bis zu drei Verdichtern und Kreisläufen ausgestattet. Bei den wassergekühlten Kaltwassersätzen bietet der Hersteller Leistungsgrößen von 124 bis 4.550 kW an. Je nach Geräteserie kann zwischen drei Effizienzklassen, teilweiser oder vollständiger Wärmerückgewinnung und vier Akustikversionen gewählt und so die Kaltwassersätze für die objektspezifischen Bedingungen konfiguriert werden.

Bei Kaltwassersätzen mit dem HFO-Kältemittel R1234ze ist die Produktvielfalt des Ratinger Unternehmens ähnlich breit aufgestellt. Die Leistungsstufen bei den luftgekühlten HFO-Kaltwassersätzen reichen von unter 100 bis über 2.600 kW und bei den wassergekühlten HFO-Kaltwassersätzen von 100 bis 3.600 kW. Auch im Hinblick auf die technologische Entwicklung kann das Unternehmen punkten. So steht beispielsweise mit der „i-FX-G04“-Serie ein energieeffizienter und leistungsstarker Kaltwassersatz zur Verfügung, der moderne Invertertechnik mit einem HFO-Kältemittel vereint. Der neue Kaltwassersatz ist mit vollständig invertergeregelten Schraubenverdichtern eine Lösung für Komfortanwendungen von 377 bis 1.463 kW.

Fazit

Mit dem Phase-Down erfolgt eine stufenweise Reduzierung der in Verkehr gebrachten F-Gas-Mengen in mehreren zeitlichen Schritten sowie eine Beschränkung des Inverkehrbringens bestimmter Produktgruppen, für die klimafreundliche Alternativen verfügbar sind. Die phasenweise Reduktion bewährter Kältemittel am Markt führt jetzt schon zu erheblichen Preisaufschlägen durch die künstliche Verknappung. Das stellt Hersteller von Kaltwassersätzen vor große Herausforderungen. Gefragt sind klima­freundlichere Kältemittel, die vergleichbare Sicherheitsmerkmale und Lösungen in den Bereichen Nachhaltigkeit, Verfügbarkeit, Effizienz sowie Wirtschaftlichkeit bieten.

Mitsubishi Electric sieht für seine Produkte der Marke Climaveneta das HFO-Kältemittel R1234ze langfristig als die beste Alternative zu Kältemitteln wie R134a an. Zahlreiche Produkte sind bereits mit R1234ze verfügbar. Und das Produktportfolio wird weiter mit HFO-Alternativen ausgebaut, wie z. B. durch den Inverter geregelten luftgekühlten Kaltwassersatz „i-FX-G04“. Die finanzielle Investition oder eventuell geringe Platzverhältnisse können unter Umständen gegen diese besonders zukunftsorientierten und nachhaltigen Varianten sprechen. Mit den R513A‑Modellen bietet Mitsubishi Electric daher eine gute Alternative als „Drop In“-Lösung zu bestehenden Kaltwassersätzen mit R134a.