KÄLTEMITTEL
Kältemittel
R290, R410A und R32 in Wärmepumpen
KÄLTEMITTEL
Erfahren Sie mehr über die verschiedenen Arten von Kältemitteln, die in Wärmepumpensystemen verwendet werden, darunter R290, R410A und R32. Lernen Sie die Eigenschaften, Effizienz und Umweltauswirkungen dieser Gase kennen. Verstehen Sie, welche Vorteile moderne Kältetechnologien im Zusammenhang mit effizienter und umweltfreundlicher Heizung und Kühlung bieten.
Was sagen die gesetzlichen Vorschriften dazu?
Die Europäische Union setzt sich seit mehreren Jahren konsequent für die Begrenzung des Klimawandels ein. Das wichtigste Datum in dieser Angelegenheit ist der 16. September 1987, als das Montrealer Protokoll unterzeichnet wurde, das sich mit der Bekämpfung der Ausdünnung der Ozonschicht befasste. Damals wurden konkrete Beschränkungen für den Einsatz von Kältemitteln mit hoher Ozonabbaupotenzial (die wir später im Leitfaden beschreiben werden) festgelegt. Es ist auch erwähnenswert, dass das Wiener Übereinkommen fast ein Jahr später eingeführt wurde (am 22. September 1988) und zur Messung des Ozongehalts in der Atmosphäre sowie zur Durchführung von Forschungen zu den Auswirkungen der Ausdünnung der Ozonschicht verpflichtete.
Im Jahr 2014 war es zum letzten Mal möglich, Anlagen mit dem Kältemittel R22 zu warten, das bis dahin weit verbreitet war. Zu diesem Zeitpunkt wurde auch die EU-Verordnung Nr. 517/2014 über fluorierte Treibhausgase eingeführt. In Polen wurden die Vorschriften im Jahr 2017 an die EU-Richtlinien angepasst, d.h. das sogenannte F-Gas-Gesetz wurde eingeführt. Das Hauptziel dieser Vorschriften besteht darin, Fluorkohlenwasserstoffe (FKW) durch Werkzeuge, die Hersteller, Investoren und Wartungstechniker von ihrem Einsatz abhalten sollen, vom Markt zu nehmen. Dies wird durch die Einführung von belastenden Verfahren und Verpflichtungen erreicht, was zu einem allgemeinen Verzicht auf ihre Verwendung führt.
Ab 2025 wird der Einsatz des Kältemittels R410A in Geräten, bei denen seine Menge das Ziel von 3 kg überschreiten soll, verboten. Im Falle von Wärmepumpen für Privathaushalte wird nicht so viel Kältemittel in das System eingeführt. Das Projektieren größerer Systeme für den kommerziellen oder industriellen Einsatz wird jedoch problematisch werden – das Kältemittel R410A hat sich in solchen Fällen bewährt, worauf wir später im Leitfaden eingehen werden.
Welche Funktion erfüllt das Kältemittel in Wärmepumpen?
Das Kältemittel, auch thermodynamisches Kältemittel genannt, ist für den Wärmeaustausch zwischen zwei Quellen (unten und oben) verantwortlich. Die untere Quelle ist bei Wärmepumpen Luft oder Boden (selten Wasser), während die obere Quelle die Heizungsanlage oder die Warmwasserversorgung ist. Man kann sagen, dass das Kältemittel eine Art „Träger” von Wärmeenergie ist. Im Falle von Wärmepumpen ist die Bezeichnung „Kältemittel” irreführend, da diese Substanz auch Wärme übertragen kann. Viele Modelle haben jedoch eine Kühlfunktion für Räume im Sommer.
Was ist GWP und ODP?
Unter den Abkürzungen GWP und ODP verbergen sich Indikatoren für die Ökologie von Kältemitteln, die in Wärmepumpen verwendet werden.
Beginnen wir mit der Abkürzung ODP für Ozone Depletion Potential, also dem Potenzial zur Zerstörung der Ozonschicht. Es sei darauf hingewiesen, dass dieser Indikator für das Kältemittel R11 gilt, dessen ODP 1 beträgt. Wir müssen jedoch sofort betonen – alle modernen Kältemittel haben keinen Einfluss auf die Ozonschicht.
Die Abkürzung GWP für Global Warming Potential hingegen beschreibt den Einfluss des Kältemittels auf den globalen Treibhauseffekt. Dieser Wert ergibt sich aus dem Vergleich der Menge an Wärme, die von 1 kg Gas und der Menge an Wärme, die von 1 kg Kohlendioxid zurückgehalten wird – meistens über 100 Jahre betrachtet.
Es muss jedoch eine wichtige Sache berücksichtigt werden. Keines der Kältemittel hat einen Einfluss auf die globale Erwärmung, wenn keine Leckage aus der Wärmepumpe oder Klimaanlage auftritt. Das „verbrauchte” Kältemittel sollte recycelt werden. Wenn also niemals ein Leck aus der Pumpe aufgetreten ist und das Kältemittel recycelt wurde – unabhängig von der Art des Kältemittels – sind wir zu 100% ökologisch!
Arten von Kältemitteln in Wärmepumpen
In diesem Leitfaden werden die beliebtesten Kältemittel, die in Wärmepumpen verwendet werden, näher erläutert – R410A und R32. Wir werden auch das Kältemittel beschreiben, das erst seit kurzem in Heizgeräten auftaucht – R290. Am Ende fügen wir noch einige Worte zu weniger bekannten „Substanzen” hinzu, die Wärme an Gebäude übertragen.
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R-410a
R-410a
Dieses Kältemittel ist eines der beliebtesten, das in Klimaanlagen und Wärmepumpen eingesetzt wird. R410A wurde von dem amerikanischen Unternehmen AlliedSignal (im Zusammenhang mit der Automobil-, Ingenieur- und Luftfahrtindustrie) im Jahr 1991 entwickelt. Bis heute ist Honeywell (im Jahr 1999 fusionierte AlliedSignal mit diesem Unternehmen) der Marktführer im Verkauf von R410A. Der erste Wohnraumklimatisierer mit diesem Kältemittel wurde jedoch im Jahr 1996 produziert.
Das Kältemittel R410A ersetzte das Kältemittel R32, das aufgrund seines sehr hohen Ozonschicht-Abbaupotenzials im Jahr 2020 vollständig aus der Produktion in den USA zurückgezogen wurde. Es ist erwähnenswert, dass alle derzeit in Wärmepumpen eingesetzten Kältemittel eine ODP von 0 aufweisen. Dies ist auf den Einsatz von Fluor anstelle von Brom oder Chlor zurückzuführen, die aus dem Gebrauch gezogen werden.
Es ist sehr interessant zu wissen, dass 50% des R410A aus R32 besteht. Die andere Hälfte besteht aus R125.
Das Kältemittel R410A wird in Kühl-, Heiz- und Klimaanlagen eingesetzt, bei denen die Verdampfungstemperatur von -70°C bis 40°C reicht.
Das Kältemittel R410 ist nicht brennbar und nicht explosiv und gehört zur Gruppe A1/A1. Es ist nicht giftig für den Menschen, aber das Einatmen kann psychoaktive Wirkungen haben. Direkter Kontakt kann Hautfrostungen und Augenreizungen verursachen. Es hat eine geringe Fraktionierungsfähigkeit (Aufspaltung der „Struktur” des Kältemittels), die jedoch bei der Anwendung berücksichtigt werden sollte.
Die Materialien, die zusammen mit dem Kältemittel R410A empfohlen werden, sind Stahl, Aluminium, Kupfer oder Messing. Es reagiert jedoch chemisch auf Magnesium, Zink und Blei. Der Kontakt mit Materialien wie Kalium, Natrium, Calcium und pulverisiertem Aluminium ist strengstens untersagt.
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R-32
R-32
Die Situation auf dem Markt für Kältemittel ändert sich sehr schnell. Noch vor kurzem wurde das Kältemittel R32 von Installateuren gefürchtet, die sich vor seiner Entflammbarkeit fürchteten. Dies ist ziemlich interessant, wenn man bedenkt, dass sich kaum jemand beim Heizen mit Gas darüber Gedanken macht.
Die Knappheit von R410A auf dem Markt und sein höherer GWP-Wert zwangen die Hersteller jedoch unweigerlich dazu, das Kältemittel R32 einzusetzen und Installateure, Wärmepumpen und Klimaanlagen mit dieser Substanz zu installieren.
Das Kältemittel R32 hat eine viel niedrigere GWP als das Kältemittel R410A und beträgt genau 675.
Das Kältemittel R32 gehört gemäß ISO 817 zu der Gruppe mit niedriger Entflammbarkeit. Die Selbstentzündung des Kältemittels R32 kann erst bei einer Temperatur von +600°C erfolgen, die weit außerhalb der „Reichweite” normaler Arbeitsbedingungen liegt. Darüber hinaus würde das Gas selbst dann, wenn es vollständig aus der Wärmepumpe in einen Raum mit einer Fläche von 12m2 gelangen würde, die untere Entflammbarkeitsgrenze nicht erreichen.
Es ist erwähnenswert, dass die maximale Füllmenge des R32-Kältemittels im System 60 kg beträgt, was bedeutet, dass es in großen VRF-Systemen nicht eingesetzt werden kann. Darüber hinaus müssen ab einer Menge von mehr als 12 kg zusätzliche Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden, so dass selbst bei kleineren VRF-Installationen die Verfahren sehr lästig werden.
R32 oder R410A Kältemittel?
Ab 2025 sind gemäß den Änderungen, die von der Europäischen Kommission eingeführt wurden, alle Kältemittel mit einem GWP von mehr als 750 im Einsatz verboten – auf dieser Liste steht daher das R410A-Kältemittel. Es sei jedoch daran erinnert, dass diese Einschränkung nur für neue Wärmepumpen und Klimasysteme gilt. Die Vorschriften betreffen auch nicht die Situation, wenn die Menge des Kältemittels in der Anlage 3 kg nicht überschreitet.
Die Betriebsdrücke beider Kältemittel sind ähnlich. Für R32 beträgt es 4,29 MPa, während es für R410A 4,15 MPa beträgt.
Es ist jedoch bemerkenswert, dass R32 in ähnlichen Systemen um bis zu 30% weniger eingesetzt werden kann als R410A. Aus diesem Grund werden in Kälte- und Heizsystemen kleinere Rohrleitungen eingesetzt, was sich auch auf die Leistung der Installation auswirkt. Es ist auch erwähnenswert, dass der Preis beider Kältemittel – im Fall von R410A – ständig steigt, während der Preis von R32 sinkt. Die Kosten von R32 sind um etwa 20% niedriger als die des Kältemittels R410A.
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R-290
R-290
Der Kältemittel ist ein Schlüsselelement für Wärmepumpeninstallationen. Dank ihm geschieht die gesamte Magie und im Grunde reine Wissenschaft – die Thermodynamik. Das Kältemittel (auch als Arbeitsmittel oder Kreislaufmittel bezeichnet) ist nichts anderes als ein Gemisch aus Gasen, das seinen Aggregatzustand von flüssig auf gasförmig und umgekehrt ändert, um Wärmeenergie an das Gebäude zu übertragen. Bei Änderungen des Aggregatzustands des Kältemittels findet ein Energieaustausch statt.
Wir unterscheiden synthetische und natürliche Kältemittel. Die ersten synthetischen Kältemittel waren sogenannte Freone. Sie stellten sich als sehr schädlich für die Umwelt, insbesondere für die Ozonschicht, heraus, und wurden daher allmählich durch sogenannte F-Gase (fluorierte Gase) ersetzt.
F-Gase zerstören bei einem potenziellen Leck die Ozonschicht nicht in dem Maße wie Freone, haben jedoch immer noch einen hohen Einfluss auf den Treibhauseffekt.
Eine Alternative zu synthetischen Kältemitteln sind natürliche Kältemittel, also Gase, die durch natürliche Prozesse entstanden sind, wie z.B. das Kältemittel R744, das allgemein als Kohlenstoffdioxid bekannt ist, R717 oder Ammoniak oder eben R290 – Propan.
Die Zukunft natürlicher Kältemittel (einschließlich des beliebten R290) ist derzeit das Top-Thema unter Wärmepumpenherstellern.
Dies ist ein unaufhaltsamer Trend, und die Tage der beliebten F-Gase scheinen gezählt zu sein. Warum? Das Kältemittel R290 bietet neben Bequemlichkeit und Umweltschutz noch etwas: hervorragende thermodynamische Eigenschaften, die sich in einer überdurchschnittlichen Leistung von Pumpen widerspiegeln.
Die Wärmepumpenbranche unterliegt seit einigen Jahren einer schrittweisen Transformation in Bezug auf Kältemittel. Der Grund dafür ist das wachsende Umweltbewusstsein der Investoren und die geltenden Gesetze. In Polen regelt diese Fragen das Gesetz über ozonschichtabbauende Stoffe von 2015, das sogenannte f-Gas-Gesetz, sowie dessen Novellierung von 2017, die an die EU-Verordnungen angepasst wurde.
Neben den Verpflichtungen, die den Investoren und Installateuren auferlegt werden, beschränkt das Gesetz die Verwendung von Kältemitteln mit hohem Ozonschichtabbau-Potential (ODP) oder solchen, die zum Treibhauseffekt (Global Warming Potential – GWP) beitragen.
Das f-Gas-Gesetz sieht eine schrittweise Reduktion des Einsatzes von f-Gasen um 79% (im Vergleich zu den ursprünglichen Emissionen) bis 2030 vor.
Infolgedessen entscheiden sich Hersteller von Wärmepumpen immer häufiger für die Verwendung von natürlichen Kältemitteln wie R290, das nur einen geringen Einfluss auf den Treibhauseffekt hat (GWP = nur 3) und kein Ozonschichtabbau – Potential aufweist (ODP = 0).
Ein hochwertiges Unternehmen, das moderne ökologische Technologien verkauft und montiert und sich der Kundenzufriedenheit verpflichtet fühlt.
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