EU F-Gase Verordnung

EU F-Gase Verordnung

Ausgangssituation

Die seit 2007 geltende erste Fassung der EU F-Gase-Verordnung Nr. 842/2006 hatte eine deutliche Reduzierung der F-Gase Emissionen durch verbesserte Anlagendichtheit und Rückgewinnung der F-Gase zum Ziel. Dazu gehörten u.a. Vorgaben zur regelmäßigen Dichtheitskontrolle, besondere Anforderungen an die Ausbildung und Zertifizierung des Personals sowie Berichterstattung der Kältemittelhersteller über den Verbrauch von F-Gasen. Für den Bereich stationärer Kälteanlagen wurden keine Verwendungsverbote erlassen.

In der Verordnung wurde ebenfalls eine Überprüfung der Auswirkungen bis zum Juli 2011 festgelegt. Die dafür in Auftrag gegebene Studie kam zum Ergebnis, dass die Umsetzung der Maßnahme eine positive Entwicklung nimmt. Allerdings zeigte sich, dass die inzwischen von der EU definierten mittel- und langfristigen Ziele zur Minderung von direkten Emissionen mit den ursprünglichen Vorgaben nicht erreicht werden können. Als Folge wurde ein Verfahren zur Revision der Verordnung eingeleitet.

Kernelemente der revidierten F-Gase Verordnung

Gegenüber der bisherigen Verordnung No. 842/2006 erfolgt in wesentlichen Elementen eine Verschärfung, neue Anforderungen kommen dazu. Nachfolgend eine Liste der wichtigsten Änderungen:

1. Gestufte Reduzierung („Phase-Down") der zur Verfügung stehenden Gesamtmenge an F-Gasen (teilfluorierte Kohlenwasserstoffe). Dabei wird die Menge in Tonnen CO2-AquivaIent definiert - als Produkt von Kältemittelmenge und jeweiligem Treibhauspotenzial (GWP). Diese Menge wird in mehreren Stufen ab 2015 auf nur noch 21 % bis 2030 abgesenkt.
2. Quotensystem: Zur Kontrolle des Kältemittelverbrauchs werden den Herstellern auf Antrag Quoten zugewiesen. Dazu besteht die Pflicht der Berichterstattung über den tatsächlichen Verbrauch (CO2-Aquivalent).
3. Für eine Reihe von Anwendungen ist ein maximal zulässiger GWP-Wert des Kältemittels festgelegt. Dies bedeutet in verschiedenen Segmenten eine Verwendungsbeschränkung von derzeit eingesetzten Kältemitteln und Technologien bereits ab 2020 (Haushaltsgeräte ab 2015) - mit weiteren wesentlichen Einschränkungen ab 2022 (siehe Abb. 3).
4. Vorschriften zur Emissionsminderung („Containment"), Dichtheitskontrollen und Kennzeichnung sind neu geregelt. Regelmäßige Kontrollen sind von 2016 an bereits ab einer Kältemittelfüllung von 5 Tonnen CO2-Aquivalent vorgeschrieben, entspricht bei R134a ≥ 3,5kg; R404A ≥ 1,3 kg
5. Mit F-Gasen vorgefüllte Systeme (z.B. Klimageräte, Wärmepumpen, Kühlsätze), die aus Ländern außerhalb der EU importiert werden, dürfen nach einer gewissen Übergangsfrist nur in Verkehr gebracht werden, wenn sie im Quotensystem berücksichtigt sind. Hierüber besteht ebenfalls Berichtspflicht durch den Hersteller oder Importeur.

Die nachfolgenden Erläuterungen beziehen sich im Wesentlichen auf die gestufte Reduzierung („Phase-Down") von F-Gasen und die Beschränkungen der Verwendung in Kälte-, Klima- und Wärmepumpensystemen mittlerer bis größerer Leistung. Darüber hinaus werden für die einzelnen Segmente Lösungsansätze hinsichtlich Kältemittel sowie Verdichter- und System-Technologien behandelt.

Gestufte Reduzierung ("Phase-Down") von F-Gasen

Die Mengenbegrenzung (Abb. 1) stellt insgesamt die größte Herausforderung der neuen F-Gase Verordnung dar. Sie beschreibt den gesamten Verbrauch, also Neubefüllungen, Leckagemengen, Verluste durch Havarien und Wartung, Reparaturen und Recycling bezieht sich auf den Durchschnittsverbrauch der Jahre 2009 bis 2012.

Abb. 1   Mengenbegrenzung ("Phase-Down") bis 2030

Betrachtet man dabei den durchschnittlichen GWP-Wert (ca. 2200 - 2300) aller derzeit in der EU als Kältemittel eingesetzten HFKW, dann resultiert aus der Mengenbegrenzung auf 21 % ein durchschnittlicher GWP von deutlich unter 500 (siehe Abb. 2). Alle derzeit als Alternative verfügbaren Kältemittel mit GWP < 500, ausgenommen CO2, sind brennbar, teilweise auch toxisch. Bereits der niedrige Durchschnittswert Iässt den Schluss zu, dass eine Reduzierung des Verbrauchs durch die geplanten Verwendungsbeschränkungen (ab 2020 und 2022) alleine nicht ausreichen wird, um die Mengenbegrenzungen zu erreichen. Dies auch unter dem Gesichtspunkt eines künftig steigenden Bedarfs an kältetechnischen Anlagen. Das hat zur Folge, dass alternative Kältemittel und/oder Technologien künftig auch in Anwendungssektoren eingesetzt werden müssen, die nicht unmittelbar von den Beschränkungen betroffen sind.

Abb. 2   Theoretische durchschnittliche GWP-Werte durch Mengenbegrenzung ("Phase-Down")

Welche Verteilung sich aus der künftigen Quotenregelung und des tatsächlichen Bedarfs an F-Gasen ergeben wird, wäre derzeit reine Spekulation. Durch eine deutliche Abnahme des Verbrauchs an R134a in Kfz-Klimaanlagen ab 2017 sowie eines schon bald zu erwartenden Anstiegs von „Low GWP" Lösungen wird es wohl in verschiedenen Anwendungen möglich sein, bisher verwendete HFKW-KäItemitteI oder deren nicht brennbare Alternativen einzusetzen.

Verwendungsbeschränkungen / Verbote

Im Bereich stationärer Anlagen wird ab 2020 der Einsatz von Kältemitteln mit GWP über 2500 verboten sein. Dies gilt ebenfalls für die Wartung von Anlagen mit neuem Kältemittel bei mehr als 40 Tonnen CO2-AquivaIent. Dies entspricht bei R404A und R507A einer Füllmenge von etwa 10 kg. Ausgenommen sind Anwendungen im militärischen Bereich sowie Anlagen mit Lagertemperaturen unter -50°C. Ebenso kann in Bestandsanlagen Recycling-Kältemittel mit GWP > 2500 unter bestimmten Voraussetzungen noch bis 2030 eingesetzt werden.

Ab 2022 dürfen in „mehrteiligen zentralisierten Kälteanlagen" (Multipack Centralized Refrigeration Systems), also weit verzweigten Kälteanlagen mit mindestens zwei Verdichtern, mehreren Kühlstellen und über 40 kW Kälteleistung nur noch Kältemittel mit einem GWP < 150 eingesetzt werden. Ausgenommen ist die obere Stufe von Kaskaden (mit Sekundärkreislauf für Normalkühlung), bei denen Kältemittel bis GWP 1500 erlaubt sind, z.B. R134a.

Die folgende Tabelle (Abb. 3) zeigt eine Zusammenfassung der Verwendungsbeschränkungen bei gewerblichen Kühl- und Gefriergeräten sowie Kälteanlagen, außerdem eine Übersicht der künftig noch erlaubten Kältemittel für die einzelnen Anwendungssegmente. Bewegliche Raumklimageräte und Mono-Splitklimageräte sind ebenfalls von den Beschränkungen betroffen, werden jedoch im Rahmen dieser Publikation nicht betrachtet.

Abb. 3   Verwendungsverbote nach Produktgruppen und Kältemittel (Auszug)

Bewertung von KältemitteI-AIternativen mit reduziertem Treibhauspotenzial

Günstige Voraussetzungen hinsichtlich GWP und dem späteren Ersatz durch HFKW/HFO-Gemische bietet R134a. Der vergleichsweise geringe GWP von 1430 erlaubt den Einsatz dieses Kältemittels noch auf längere Sicht. Dessen direkte, nicht brennbare Gemisch-Alternativen (GWP ca. 600) ermöglichen zudem eine weitere Optimierung aktueller Systemlösungen sowie künftig eine relativ einfache UmsteIIung bestehender Anlagen.

Als weitere Option kann das HFO-KäItemitteI R1234yf (GWP 4) angesehen werden. Volumetrische Kälteleistung und Effizienz sind sehr ähnlich wie bei R134a, das Kältemittel ist jedoch brennbar (Sicherheitsgruppe A2L). Dies bedingt neben den besonderen Anforderungen an die Systemausführung ggf. auch den Einsatz eines Sekundärkreislaufs.

HFO R1234ze (GWP 7, Sicherheitsgruppe A2L) wird teilweise als R134a-Substitut bezeichnet, liegt jedoch in der volumetrischen Kälteleistung um mehr als 20% unterhalb R134a. Der Siedepunkt (-18°C) schränkt zudem die Anwendung bei tieferen Verdampfungstemperaturen stark ein. Mit Verdrängerverdichtern liegt deshalb der bevorzugte Einsatz bei Hochtemperaturanwendungen.

Nicht brennbare Alternativen zu R404A/R507A (GWP 3922/3985) oder R22 mit vergleichbarer volumetrischer Kälteleistung und Effizienz weisen einen GWP von ca. 1300 bis 1400 auf. Die längerfristigen Einsatzmöglichkeiten, z.B. in gewerblichen Kälteanlagen bis 40 kW Kälteleistung, hängen von den real erreichbaren Mengenreduzierungen in anderen Sektoren der Kälte- und Klimatechnik ab.

Neuerdings werden auch nicht brennbare HFKW/HFO-Gemische mit GWP ca. 1000 als Substitute für R404A/R507A und angeboten. Hierbei ist jedoch zu berücksichtigen, dass die volumetrische Kälteleistung bis ca. 20% geringer ist als bei den Referenz-KäItemitteIn.

Wirklich langfristig einsetzbare System-Alternativen werden zu einem hohen Grad mit brennbaren Kältemitteln betrieben (HFO, HFKW/HF0-Gemische, Kohlenwasserstoffe, NH3 bei Großanlagen). Dabei ist anzumerken, dass HFO und HFKW/HFO-Gemische in Sicherheitsgruppe A2L eingestuft sind und damit die Sicherheitsanforderungen entsprechend geringer ausfallen als bei reinen Kohlenwasserstoffen, wie z.B. Propan, Propen (A3). Dennoch kann es bei verschiedenen Anwendungen mit erhöhtem Gefährdungspotenzial auch bei A2L Kältemitteln erforderlich sein, Systeme mit Sekundärkreislauf einzusetzen. Eine weitere Option mit langfristiger Perspektive bietet die CO2 Technologie. Je nach Einsatzbedingungen, Leistungsgröße und den klimatischen Bedingungen werden reine CO2-Anlagen, Hybrid-Systeme (Tiefkühlung mit CO2) sowie Anlagen mit CO2 Sekundärkreislauf eine größere Verbreitung finden.

R410A (GWP 2088) hat sich insbesondere in der Klima- und Wärmepumpentechnik mit Rollkolben- und Scroll-Verdichtern durchgesetzt. Auf Grund seiner thermodynamischen Stoffdaten und den guten Wärmeübertragungs-Eigenschaften ermöglicht R410A recht kostengünstige und effiziente Systemlösungen.

Das Kältemittel selbst und die vorzugsweise damit betriebenen Erzeugnisse und Einrichtungen unterliegen keinen direkten Verwendungsbeschränkungen. Allerdings hängen auch hier die längerfristigen Einsatzmöglichkeiten von den real erreichbaren Mengenreduzierungen in anderen Sektoren der Kälte- und Klimatechnik ab.

Nicht brennbare KältemitteI-AIternativen mit deutlich geringerem GWP sowie vergleichbarer volumetrischer Kälteleistung und Effizienz stehen nicht zur Verfügung.

Als Substitute mit ähnlicher Kälteleistung und geringerem GWP gelten R32 (GWP 675) sowie Gemische aus R32 und HFO (GWP ca. 400 - 500). Sie wurden bereits in verschiedenen Programmen getestet, wobei die grundsätzliche Eignung nachgewiesen werden konnte. Wegen der Brennbarkeit (Sicherheitsgruppe A2L) gelten jedoch erhöhte Sicherheitsanforderungen gegenüber R410A. Dies bedingt ggf. auch den Einsatz eines Sekundärkreislaufs.

Falls es die besonderen Sicherheitsbestimmungen für A3- und B2(L)-KäItemittel erlauben sollten, sind auch Propan und Propen (bei Systemen mit geringer Kältemittelfüllung) und Ammoniak (z.B. für Flüssigkeitskühlsätze größerer Leistung) als Alternative möglich. Allerdings ist die volumetrische Kälteleistung jeweils deutlich geringer als bei R410A und auch die thermodynamischen Stoffdaten weisen große Unterschiede auf. Bei Ammoniak (NH3) ist noch die korrosive Wirkung gegenüber Kupferwerkstoffen zu berücksichtigen. In Summe bedeutet dies, dass die Verdichter anders konstruiert und ebenfalls die Systeme völlig neu aufgebaut werden müssen. Damit wird deutlich, dass diese Kältemittel nur in begrenztem Umfang als direkte Substitute eingesetzt werden können.

Wegen der bereits hohen Variantenvielfalt an Alternativ-Kältemitteln enthält die nachfolgende Tabelle nur eine vereinfachte Übersicht der jeweils wesentlichen Gemisch-Komponenten. Inzwischen werden von Kältemittelherstellern bereits Kältemittel unter diversen Handelsnamen für Testzwecke angeboten. Einige Produkte sind auch schon in der ASHRAE-NomenkIatur gelistet.

Abb. 3   Kältemittel-Alternativen mit reduziertem Treibhauspotenzial

Die aktuellen Dokumente der revidierten F-Gase Verordnung Nr. 517/2014 können über folgende Web-Adresse heruntergeladen werden:

http://eur-lex.europa.eu

Mit freundlicher Freigabe von Bitzer Kühlmaschinenbau GmbH 

Quelle: Bitzer EU F-GAS REGULATION