Kohlenwasserstoffe als Kältemittel – Isobutan (R600a) und Propan (R290)

Neben der Umweltfreundlichkeit bieten Kohlenwasserstoffe Kostenvorteile beim Heizen / Kühlen und Gefrieren. Als üblicher Ersatz für Fluorkohlenwasserstoffe (die heutzutage als umweltschädlich gelten), vertragen sich HCs mit den in vielen vorhandenen Anlagen zu findenden Ölen und anderen Komponenten. Außerdem sind sie preisgünstig und ergeben eine erheblich bessere Energieeffizienz, was sich in günstigeren Betriebskosten zeigt.

Ein Kohlenwasserstoff (HC) ist eine chemische Verbindung zwischen Wasserstoff und Kohlenstoff. Diese Elemente kommen in der Natur vor, so z B. in hoher Konzentration im Rohöl. Als innovative, ungiftige Kältemittel sind Kohlenwasserstoffe eine umweltfreundliche Alternative zu den ozonschädigenden Fluorkohlenwasserstoffen (CFC/HCFC/HFC).

HCs sind zwar feuergefährlich, trotzdem ist der Einsatz von Propan (R290) zum Kochen und Heizen allgemein üblich. Bestimmte Regeln für den sicheren Einsatz solcher Stoffe sind notwendig und werden von allen Nutzern akzeptiert.

Etliche HC-Arten können als Kältemittel eingesetzt werden, doch ist Isobutan (R600a) das in Haushaltskühl- und -gefriergeräten der am Häufigsten verwendete HC. Propan (R290) findet mehr in gewerblichen Wärmepumpen, Klimaanlagen sowie Kühl- und Gefrieranlagen seine Anwendung.

Geschichte der Kältemittel 

Wichtige Daten

• China, Januar 2030 - Reduzierung der HFKW-Emissionen um 60% (bisher keine spezifischen Regelungen bekannt)
• China, Januar 2025 - Reduzierung der HFKW-Emissionen um 25% (bisher keine spezifischen Regelungen bekannt)
• Europa, Januar 2022 - Verbot von HFKW mit GWP> 150 in kommerziellen Kühl- und Gefrierschränken
• USA, Januar 2021 - Verbot von R134a in Klimaanlagen von Fahrzeugen
• USA, Januar 2020 - Verbot von HFKW in allen MBP-Anwendungen & alleinstehenden LBP-Systemen
• Europa, im Januar 2020 - Verbot von HFKW mit GWP> 150 in mobilen Klimaanlagen
• Europa, im Januar 2020 - Verbot von HFKW mit GWP> 2500 in kommerziellen Kühl- und Gefrierschränken
• USA, Januar 2019 - Verbot von HFKW in Automaten und alle "MBP" Kälteanlagen (<2200 BTU / h)
• USA, Januar 2017 - Verbot von HFKW in Supermarkt-Systemen
• USA, Juli 2016 - Verbot von HFKW in allen Retrofit - Kälteanlagen
• Europa, Januar 2015 - Begrenzung der HFKW Mengen für den Import und die Produktion (+ Steuererhöhungen)
• Europa, Januar 2015 - Verbot von HFKW mit GWP> 150 in Haushalts-Kühl- und Gefrierschränken
• Weltweit Januar 2015 - Komplettes Verbot von R12 und Beginn der Ausstiegsphase aus R22

Kohlenwasserstoffe und die Umwelt 

HC-Kältemittel gelten nicht als Zerstörer der Ozonschicht, und die meisten Arten haben ein Erderwärmungspotenzial (GWP, Global Warming Potential) der Höhe 3. Im Vergleich dazu hat z.B. das synthetische Kältemittel R404A (für das HCs heute ein gängiger Ersatz sind) einen geradezu astronomisch hohen GWP-Wert von 3260.

Beim Verringern der Mengen schädlicher Treibhausgase spielen Systeme mit HC-Kältemitteln eine doppelte Rolle: Zum einen werden die direkten Emissionen von Treibhausgasen (GHG) Emissionen dank des niedrigen GWP-Werts von HCs deutlich verringert. Beispielsweise werden in einem typischen Supermarkt zwischen 5 und 10 % des gesamten Kältemittels vor Ort frei in die Atmosphäre entlassen – durch Verwenden von HCs als Ersatzkältemittel sinken somit die Gasemissionen um viele Tonnen pro Jahr.

Zum anderen ermöglichen die physikalischen Eigenschaften von HC-basierten Systemen – niedrigerer Verflüssigungspunkt, Vorteile in puncto Thermodynamik und höhere Leistungszahl (COP, Coefficient of Performance) – zusammengenommen einen besonders energieeffizienten Betrieb. So ergibt sich beispielsweise bei einer Klimaanlage durch das Verwenden von Propan (R290) als Ersatz für HFC-134a eine Senkung der Treibhausgas-Emissionen von mindestens 80 %.

Weitere Pluspunkte von HCs sind die preisgünstige Verfügbarkeit als Nebenprodukt bei der Förderung und Verarbeitung von Öl und Gas sowie die Tatsache, dass die erzielbare Energieersparnis durch HC-Systeme bereits in vielen Studien belegt worden ist. Vor diesem Hintergrund haben sich Kohlenwasserstoffe als praktikabler Ersatz für Fluorkohlenwasserstoffe und andere umweltschädliche Kältemittel längst bewährt.

Kohlenwasserstoff-Technologien 

Die Bedeutung von HCs hat sich bisher am stärksten bei Haushalts- und Gefriergeräten gezeigt, in denen das seinerzeit erstmalig im »Greenfreeze«-Kühlschrank eingesetzte Kältemittel Isobutan (R600a) inzwischen weltweit verwendet wird. Bei gewerblichen Kleinkühlanlagen ist es inzwischen ebenso, in Supermärkten und vielen anderen Stellen wird hauptsächlich Propan (R290) als Ersatz für die Ozonabbauende Kältemittel eingesetzt. Ähnlich ist es im Bereich der Klimaanlagen. Dort finden sich HCs in Wohn- und Bürogebäuden. Darüber hinaus wird bei bestimmten Grundwasser-Wärmepumpen das energiesparende Propan (R290) eingesetzt.

HC-Systeme arbeiten mit demselben Kühlkreislauf wie solche mit synthetischen Kältemitteln. Propan (R290) ist als Kältemittel kompatibel mit den für die herkömmlichen – die Ozonschicht zerstörende – synthetische Kältemittel R22 konstruierten Geräten und Anlagen; deshalb ist es ein direkter Ersatz, der in puncto Leistung seinem synthetischen Konkurrenten weit überlegen ist.

Zusammengefasst hat die HC-Technologie folgende Vorteile:

• keine zerstörende Wirkung auf die Ozonschicht
• erheblich geringere Emissionen von Treibhausgasen
• niedriges Treibhauspotenzial und somit kleinerer Beitrag zur globalen Klimaerwärmung
• höhere Energieeffizienz
• einfacher Einsatz
• Umstellung mit sehr geringen Investitionen

Sicherheitsanforderungen 

HCs unterliegen wegen ihrer Feuergefährlichkeit internationalen Sicherheitsrichtlinien und Gesetzen. Ihr Einsatz ist auf eine Füllmenge von 150 g pro System begrenzt, allerdings ist ein Überschreiten dieses Wertes in Europa unter bestimmten günstigen Bedingungen offiziell zulässig. Alle Hersteller von HC-Systemen müssen Sicherheitsregeln einhalten, ihr Servicepersonal muss die vorgegebenen Verfahren zum sicheren Umgang mit HC verstehen und anwenden. Staatliche Sicherheitsvorschriften fordern Lecksimulationstests und für das Isolieren elektrischer Komponenten in der Nähe von Kältemittelflüssen gelten strenge Vorgaben. Darüber hinaus gelten für viele Haushalts- und Gewerbegeräte wie Haushaltskühl- und Gefriergeräte, Wärmepumpen, gewerbliche Kühlanlagen und Verdichter internationale Sicherheitsvorschriften.

Marktüberblick 

Kältesysteme mit Isobutan (R600a) dominieren heute die Märkte für Haushaltskühl- und Gefriergeräte den europäischen Binnenmarkt zur Gänze, in China zu 50 % und überall in der ersten Welt mit guten Verkaufszahlen. Propan (R290) und andere Kohlenwasserstoffe sind in gewerblichen Kühlanlagen gut eingeführt und ähnliche Entwicklungen laufen bereits im Bereich Klimaanlagen. Ein wichtiger Zukunftsmarkt sind die USA. Der Einfluss durch Weltmarken wie etwa McDonalds ist noch nicht abzusehen. Wenn HC-Systeme sich hier etablieren, entsteht ein großer Bedarf an den notwendigen Komponenten.

Brennbare Kältemittel R600a und R290 

R600a und R290 sind Kohlenwasserstoffe. Diese Kältemittel sind brennbar und nur für den Einsatz in Geräten erlaubt, die die Anforderungen erfüllen, die in der aktuellen Überarbeitung der EN / IEC 60335-2-24 festgelegt sind. (Um potenzielle Risiko abzudecken, die aus der Verwendung brennbarer Kältemittel entstehen).

Folglich sind R600a und R290 die einzigen Kältemittel, die in Haushaltsgeräten eingesetzt werden dürfen, weil sie die oben genannten Standards erfüllen. R600a und R290 sind schwerer als Luft und die Konzentration am Boden ist immer höchste. R600a darf nur in zugelassenen Behältern gelagert und transportiert werden und muss nach gültigen Richtlinien behandelt werden.

Um Service und Reparaturen an R600a and R290Systemenausführen zu können, muss das Servicepersonal genau und ordnungsgemäß geschult werden.
Dazu gehören Kenntnisse über Werkzeuge, Transport des Kompressors und Kältemittel sowie den einschlägigen Vorschriften und Sicherheitsvorkehrungen.

Kein offenes Feuer, wenn Sie mit Kältemittel R600a und R290 arbeiten!

Eine Umwandlung von Kältemittel R12 oder R134a R600a ist nicht zulässig, da die Kühlschränke nicht für den Betrieb mit brennbaren Kältemittel zugelassen sind, und die elektrische Sicherheit nach bestehenden Standards nicht getestet wurde. Das gleiche gilt für Konvertierungen von Kältemittel R22, R502 oder R134a R290. Secop Verdichter für brennbare Kältemittel R600a und R290 sind mit einem gelben Warnetikett ausgestattet.

Typische Einsatzfälle

Haushaltskühl- und -gefriergeräte

1. Flaschenkühler
2. Eismaschinen und Kühltheken
3. Gewerbekühlgeräte
4. Bierkühler
5. Getränkespender
6. Luftentfeuchter
7. Wärmepumpen

R600a als Ersatz von R134a in Haushaltskühlschränken 

1993 erfolgte die Einführung des Greenfreeze Kühlschranks, der von Greenpeace in Zusammenarbeit mit dem ostdeutschen Hersteller Foron (vormals VEB dkk Scharfenstein) entwickelt wurde. Es konnte bewiesen werden, dassR600a, obwohl brennbar, keine Probleme in einem Haushaltskühlschrank verursacht.
Die Kampagne von Greenpeace hat so viel Druck auf die traditionellen Hersteller (Bosch-Siemens, Liebherr , Miele, AEG, Electrolux, Bauknecht) ausgeübt, dass sie beschlossen, die Einführung von R600a zu beschleunigen und die kürzlich eingeführten R134a auslaufen zu lassen!
Ebenfalls 1993 führte Danfoss Compressors (Secop) Verdichter für R600a ein.
Heute wird weltweit in mehr als 700 MillionenheimischenKühlschränkenR600a verwendet.
Bis zum Jahr 2020 wird75% der weltweiten Produktion auf R600a basieren.

"Mit freundlicher Freigabe der Secop GmbH"