In Zukunft Kältemittel - jetzt und - Danfoss
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Kältemittel – jetzt und
in Zukunft
Eine Anwenderbeschreibung aus der Perspektive von Danfoss über die weltweiten
Trends in Bezug auf Kältemittel in der Kälte- und Klimatechnik. Aktualisiert: Februar 2017.
Nachhaltige HVACR-
Systeme durch
intelligente Lösungen,
Energieeffizienz
und Kältemittel mit
geringem
GWP
1
www.refrigerants.danfoss.com
www.danfoss.com/ICF
Grundsatzerklärung
Danfoss setzt sich für die Weiterentwicklung und die Verwendung von Kältemitteln mit geringem
Treibhauspotenzial (Global Warming Potential, GWP) ein. Denn diese sind der Schlüssel, mit dem die
Erderwärmung verlangsamt und letztendlich aufgehalten werden kann. Es ist uns wichtig, einen Beitrag zum
Wohlergehen der Weltbevölkerung sowie der wirtschaftlichen Entwicklung und den erfolgreichen Fortbestand
unserer Branche zu leisten.
Wir werden unsere Kunden dabei unterstützen, diese Kältemittelziele zu erreichen. Zudem
werden wir die Energieeffizienz der Kälte- und Klimatechnik noch weiter optimieren.
Danfoss wird proaktiv Produkte für natürliche und synthetische
Kältemittel mit geringem Treibhauspotenzial entwickeln, um der
Kundennachfrage nach praxistauglichen und sicheren Lösungen gerecht
zu werden, bei gleichzeitiger Steigerung der Energieffizienz.
Danfoss ist sich seiner Verantwortung als eines der
führenden Unternehmen sehr bewusst und befasst
sich intensiv mit der Entwicklung von Lösungen für
natürliche Kältemittel.
Danfoss wird Produkte für synthetische Kältemittel mit
geringem Treibhauspotenzial entwickeln und
fördern, insbesondere für Anwendungen, bei denen
natürliche Kältemittel zum aktuellen Zeitpunkt weder
zweckmäßig noch wirtschaftlich vertretbar sind.Inhaltsverzeichnis
Grundsatzerklärung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Geschichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Nachhaltigkeit ist der Schlüssel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Regulierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Kältemitteloptionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Den Weg ebnen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Fazit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
Anhang 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Gesetzgebung und Regulierung
Anhang 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Auswirkungen direkter Leckagen als Funktion der Leckrate
3Zusammenfassung Danfoss, weltweit führender Anbieter von Verdichtern und Regelkomponenten, verfügt über eines der umfassendsten und vollständigsten Produktangebote der HVACR-Branche. Unsere Produkte kommen in zahlreichen Geschäftsbereichen zum Einsatz, wie dem Lebensmitteleinzelhandel, der Gewerbe- und Industriekältetechnik, der Klimatechnik, der Kältetechnik für den Großhandel sowie der Automatisierung in verschiedenen Industriezweigen. Mehr als achtzig Jahre Erfahrung haben Danfoss zum Vorreiter beim Entwickeln von Produkten gemacht, die Kältemittel nutzen, sowie beim Bewerten der Tauglichkeit von neu eingeführten Kältemitteln. Dieses Dokument liefert eine Zusammenfassung über unsere Erfahrung und unser Wissen sowie Informationen zu den Hintergründen, Trends und Einflussfaktoren, die den Rahmen für die aktuelle und zukünftige Auswahl von Kältemitteln bilden. Die Geschichte der Kältemittel ist lang und bildet eine Art Kreislauf. Wir erwarten, dass Kaltdampfverdichtungssysteme auch in absehbarer Zukunft die primäre Technologie darstellen werden und dass der Kältemittelverbrauch durch die wachsende Nachfrage der Schwellenländer drastisch ansteigen wird. Systeme und Technologien mit dem am besten geeigneten Kältemittel zu kombinieren, stellt eine Entscheidung dar, die jahrelange Auswirkungen für die Nutzer haben wird. Für die meisten Experten stellen Sicherheit, Erschwinglichkeit und Umweltfreundlichkeit die wichtigsten Faktoren dar, die beim Konstruieren eines Systems berücksichtigt werden müssen. Ein ausgewogenes Gleichgewicht zwischen den Faktoren lässt sich schwer erreichen, wenn nur ein Kältemittel im Fokus steht. Die Entscheidung für neue Kältemittelalternativen zieht Investitionen, Kosten und andere Konsequenzen nach sich. Wir sind jedoch davon überzeugt, dass sich durch die richtige Auswahl und einen innovativen Ansatz neue Möglichkeiten ergeben. Während wir neue sichere Technologien und Verfahren für den Umgang mit Systemen entwickeln, wissen wir, dass die Entwicklung der Kältemittel mit niedrigem Treibhauspotential noch viel weiter gehen wird, als diese, welche heute bereits im Einsatz sind. Wir rechnen mit einem jahrzehntelangen, komplexen Entwicklungsprozess. Das weltweite Abkommen über eine planmäßige und schrittweise Reduktion von Kältemitteln mit hohem Treibhauspotenzial gibt jedoch endgültig eine bestimmte Richtung vor. 4
Geschichte
Fast zweihundert Jahre sind vergangen, seit Jacob Perkins ein Patent für den
Kaltdampfverdichtungsprozess eingereicht hat, mit dem die Geschichte der Kältemittel
begann. Im Kaltdampfverdichtungsprozess wird das Kältemittel genutzt, um die Wärme von
der kalten auf die warme Seite einer Kälteanlage, einer Wärmepumpe oder einer Klimaanlage
zu transportieren. Der gleiche thermodynamische Kreisprozess kommt auch heute noch zum
Einsatz, die Kältemittel haben sich allerdings verändert.
Abbildung 1 zeigt die Entwicklung der Kältemittel seit 1835. Anfangs waren alle Kältemittel
leicht erhältlich, da sie in der Natur vorkamen oder bereits in Industrieprozessen eingesetzt
wurden. In den 1930er Jahren wurde deutlich, dass viele dieser frühen Kältemittel kritische
Sicherheitsrisiken mit sich brachten, da Leckagen unter anderem zu Bränden oder Vergiftungen
führen konnten. Daraufhin wurden die synthetischen Sicherheitskältemittel erfunden, die
sogenannten Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW), die bald weltweit verwendet wurden. Mit
der Weiterentwicklung der synthetischen Kältemittel in den 1950er Jahren wurden Kältemittel
eingeführt, die einen Wasserstoffanteil enthielten (Hydrofluorchlorkohlenwasserstoffe (HFCKW)
wie R22).
In den frühen 1970er Jahren erkannte man, dass FCKW- und HFCKW-Kältemittel zum
Abbau der Ozonschicht führen. FCKW weisen ein besonders hohes Ozonabbaupotenzial
(Ozone Depletion Potential, ODP) auf, während HFCKW im Vergleich dazu besser sind,
jedoch auch noch ein nicht unbedeutendes Ozonabbaupotiental haben. Infolgedessen
wurde das Montrealer Protokoll aufgesetzt, ein Abkommen zum schrittweisen Reduzieren
bzw. Beschränken (Phase-Down) von Stoffen, die zum Abbau der Ozonschicht führen. Es
gilt seither als weltweiter Erfolg in Bezug auf die Reduktion von gefährlichen Chemikalien.
Die Reduktion von FCKW-Emissionen hat nicht nur die Belastung der Atmosphäre durch
Stoffe mit hohem Ozonabbaupotenzial verringert. Auch die globale Erwärmung hat sich
dadurch verlangsamt. Ersatzkältemittel, sogenannte Fluorkohlenwasserstoffe (FKW), weisen
ein Ozonabbaupotenzial von Null, jedoch ein mittleres bis hohes Treibhauspotenzial auf,
das dennoch geringer ist als dasjenige der von dem Ausstieg bzw. Verbot (Phase-Out)
betroffenen FCKW. Wegen der zunehmenden Bedrohung durch den Klimawandel wurde die
Verwendung von FKW immer stärker hinterfragt, um deren Auswirkungen
auf die Umwelt zu reduzieren. Auch wenn FKW-Leckagen aktuell
keinen großen Einfluss auf die globale Erwärmung haben,
zeigen wissenschaftliche Untersuchungen, dass ihre
0 invention of the
zunehmende Verwendung, vor allem in Klimaanlagen 202 1834 vapor compression process,
Natural refrigerants
in Entwicklungsländern, erheblich zur globalen Montreal protocol
2016
on GWP refrigerants
Erwärmung beitragen wird, wenn keine C
, H eran
ts
CO Naigera
18
NH frig
3
2
Maßnahmen zum schrittweisen Reduzieren
re
, N ral ts
34
fr
e
H3
EU F-gas phase down 2014
tu n
tur 2 ,
ergriffen werden. Im Oktober 2016 haben
Na CO
R
,H
al
P
C
die Unterzeichnerstaaten des Montrealer O
HF GW
0
HF
Protokolls der schrittweisen Reduktion
201
Low
C/
von FKW zugestimmt. Diese Regelung soll Sustainable Technologies:
2019 in Kraft treten und mehr Gewissheit • Environmentally benign
hinsichtlich des Vorhabens bieten, die • Safe in use Growing need for
safety refigerants
• Affordable
Verwendung dieser Gase mit hohem
Treibhauspotenzial einzuschränken. Kyoto
HFC
1997
Protocol
s
Cs
CF
Global warming 1995
Alles in allem können Kältemittel langfristig
30
19
becomes an issue
19
90
schwerwiegende Folgen für die Umwelt 1930 Invention of safety
haben, wenn wir uns nicht umweltgerecht to
1950 refrigerants
Montreal Protocol HC FCs
verhalten. Die Geschichte gleicht einer on CFC and HCFC 1987
Lernkurve, wobei brennbare und giftige Discovery of the 1970 1980
Kältemittel durch sichere ersetzt wurden, die jedoch ozone depletion process
zum Teil umweltschädigend waren und dadurch
Abbildung 1: Die historische Entwicklung von Kältemitteln
nur kurzfristige Lösungen darstellten. Technologische
Entwicklungen haben es letztendlich zusammen mit
anerkannten Sicherheitsnormen möglich gemacht, dass immer
mehr echte langfristige Kältemittellösungen mit einem Ozonabbaupotenzial von Null und
geringem Treibhauspotenzial eingesetzt werden können.
5Nachhaltigkeit ist der Schlüssel
Nachhaltige Lösungen sind im besten Interesse aller Interessengruppen unserer
Branche. Das Prinzip „Nachhaltigkeit“ stellt langfristige Investitionen und die
unternehmerische Gesellschaftsverantwortung sicher. Zurückblickend wird
deutlich, dass die in der Vergangenheit getroffenen Entscheidungen in Bezug auf
Kältemittel nicht nachhaltig waren. Im Hinblick auf langfristig nachhaltige Kältemittel
berücksichtigt Danfoss drei wichtige Parameter, die aufeinander abgestimmt werden
müssen, um ein wirklich nachhaltiges Gleichgewicht zu erzielen: Erschwinglichkeit,
Sicherheit und Umweltfreundlichkeit.
Bei der Auswahl eines neuen Kältemittels für eine Anwendung müssen alle drei Affordability
Parameter gleichermaßen berücksichtigt werden. Wird dies nicht getan, ist es unmöglich, LLCC*
langfristig nachhaltige Ergebnisse zu erzielen. Auch ein Fokus auf zugrunde liegende
Parameter wie niedrigste Lebenszykluskosten, Serviceverfügbarkeit, Betriebseffizienz
und -sicherheit sowie geringes Treibhauspotenzial des Kältemittels ist wichtig. Eine Energy efficiency
nachhaltige Lösung wird nur erreicht, wenn alle diese Parameter im Gleichgewicht sind.
Um dieses Gleichgewicht zu garantieren, ist eine gründliche Auswertung der Faktoren Service**
erforderlich, die diese Parameter beeinflussen (siehe Abbildung 2).
GWP Toxicity
En
Flammability
vir
Bei der Entwicklung von nachhaltigen Lösungen spielen noch weitere Faktoren eine
y
fet
on
Rolle, die festlegen, ob neue Kältemittellösungen zukunftsfähig sind. Zum Bestimmen der
Sa
* Lowest Life Cycle Cost
me
** Ensure COP and Low Leakage
nt
industriellen Realisierbarkeit von entwickelten nachhaltigen Lösungen für neue Kältemittel
hat Danfoss ein Modell erarbeitet, dass die wichtigsten Parameter aufschlüsselt. Abbildung 2: Kältemittel-Nachhaltigkeitsdreieck
Wir nennen es das „7 Forces Model“ (7-Kräfte-Modell, siehe Abbildung 3). Die roten
Pfeile stellen die wirtschaftlichen Faktoren und die grauen Pfeile die kulturellen
Faktoren wie Wissen, Bildung und Gesetzgebung dar. Wenn das Gleichgewicht
zwischen den rot und den grau dargestellten Kräften das Realisierbarkeitsniveau
erreicht, ist es weitaus wahrscheinlicher, dass die Branche in neue Lösungen und
Technologien investiert. Für die Entscheidung, in neue Technologien zu investieren
oder neue Kompetenzen zu entwickeln, stellen die Gesetzgebung und die darauf
aufbauenden Normen die wichtigsten Antriebe dar.
In den letzten zehn Jahren hat sich das Realisierbarkeitsniveau für viele Kältemittel
mit geringem Treibhauspotenzial erhöht. Treffende Beispiele hierfür sind CO2-
Anwendungen für die Gewerbekälte, vor allem in Supermärkten.
Investment Cost
Life Cycle Cost
Complexity
Viability
level
TREND
Risk awareness
Market readiness
Technical ability
Legislation
Standards &
1. Investitionskosten Investitionen in die Produktentwicklung
2. Lebenszykluskosten Lebenszykluskosten für die Verbraucher, beinhaltet Anschaffungs- und Betriebskosten
3. Komplexität Komplexität in Bezug auf die Herstellung und Vermarktung des Produkts
4. Risikobewusstsein Differenz zwischen wahrgenommenem und tatsächlichem Risiko bei der Verwendung
des Produkts
5. Marktreife Kompetenz des Markts in Bezug auf die sichere Einführung neuer Technologien und
Produkte
6. Technische Kompetenz Fähigkeiten und Kompetenzen in Bezug auf die Entwicklung neuer Produkte
7. Normen und Gesetze Beinhaltet Verbote, Gebühren und freiwillige Absprachen
Abbildung 3: Das 7-Kräfte-Modell
6Regulierung
Sowohl nationale als auch internationale Vorschriften stellen einen der wichtigsten
Mechanismen zum Fördern von Investitionen in neue Technologien dar. Abbildung 4
gibt einen Überblick über die Beschränkungen und Verbote, die bereits für die
Branche gelten und über einige mögliche Maßnahmen für die Zukunft (siehe
auch den Abschnitt über Normen und Gesetze später in diesem Dokument). Die
Umsetzung einiger Richtlinien ist freiwillig, bei anderen ist sie jedoch vorgeschrieben
(rotes Dreieck). Alle zielen jedoch darauf ab, innerhalb des Markts Beschränkungen zu
erlassen. Neben der Beeinflussung der Marktentwicklung ist auch die Verfügbarkeit
von nachhaltigen Lösungen (grünes Dreieck) immer wieder Anlass für Bedenken.
Wenn neue Vorschriften entworfen werden, sollen sie diese Parameter bereits
berücksichtigen sowie sinnvolle und erfolgversprechende Prognosen stellen. Es
gibt aber auch immer zahlreiche Herausforderungen, die Branchenführer und
Gesetzgeber erst auf dem Weg lösen können. Anhang 1 liefert eine detaillierte
Übersicht über die wichtigsten Vorschriften, einschließlich des Montrealer Protokolls,
der europäischen F-Gas-Verordnung und der US-amerikanischen SNAP-Richtlinie.
Schrittweise Reduktion von FKW für Artikel-5- und Nicht-Artikel-5-Länder
120
Market CAPS on Consumption
100 • GWP limits on applications
• Demands on operation and service
• TAX and Incentives
80
% of baseline
60
EU F-gas reg.
40 Non A5-1 • Safety
• Energy efficiency
Non A5-2 • Affordability
20 A5-1
A5-2
Market Low GWP solutions
0
2010 2020 2030 2040 2050
Abbildung 4: Reduktion von Kältemitteln (MP und EU) und zugrunde liegende Maßnahmen
Siehe für weitere Informationen Anhang 1.
Die Verwendung von HFCKW, vor allem R22, wurde innerhalb der EU bereits verboten.
Auch in den USA und anderen Industrieländern ist das Verwendungsverbot nahezu
umgesetzt. In Entwicklungsländern gelten seit 2015 ebenfalls Gesetze für das
schrittweise Verbot von HFCKW. Bis 2030 soll die Verwendung vollständig verboten
sein. Es darf nicht vernachlässigt werden, dass HFCKW wie R22 in vielen verschiedenen
Anwendungen zum Einsatz kommen. Ihr Verbot stellt somit eine Herausforderung dar,
da sie nicht durch ein einziges Kältemittel mit geringem Treibhauspotenzial ersetzt
werden können (Tabelle 2 in Anhang 1 zeigt den Reduktionsplan für HFCKW).
Im Oktober 2016 einigte man sich auf einen Reduktionsplan für FKW. Dieser wurde im
Montrealer Protokoll aufgenommen und gilt ab dem 1. Januar 2019 (Ratifizierung noch
ausstehend). Findet die Ratifizierung erst nach diesem Datum statt, tritt die Änderung
90 Tage später in Kraft (Tabelle 3 in Anhang 1 zeigt den Reduktionsplan für FKW).
Neben diesen Beschränkungs- und Verbotsinstrumenten ergreifen viele Regierungen
Maßnahmen zum Verringern des Verbrauchs von Kältemitteln mit hohem Treibhauspotenzial,
indem sie zum Beispiel je nach Treibhauspotenzial bestimmte Steuern erlassen.
Spanien, Dänemark, Norwegen und Schweden erheben Steuern für die Verwendung
von FKW. Darüber hinaus werden gegenwärtig in vielen anderen Ländern Anreize in
Form von Fördergeldern für Kältemittel mit geringem Treibhauspotenzial geschaffen.
Anhang 1 liefert eine Übersicht über die Beschränkungen und Verbote, die bereits für 7
einige Hauptmärkte der Branche gelten.SNAP delisting of R134a, R404A,
R507 in specific applications
Montreal Protocol agreement on HFC phase down in 2016 starting in 2019
National research and demonstration support for low GWP refrigerants
Abbildung 5: Übersicht über weltweite
Kältemittelvorschriften
Ausblick
Unser Nachhaltigkeitsdreieck (Abbildung 2) zeigt, dass Umweltbedenken beim Entwickeln und Verwenden von Kältemitteln eine
wichtige Rolle spielen. Sowohl Systemhersteller als auch -benutzer wünschen sich langfristige Lösungen, die umweltfreundlich, sicher
und erschwinglich sind. Mit Blick auf die verschiedenen Alternativen deutet alles auf Lösungen mit geringerem Treibhauspotenzial
hin. Natürliche Kältemittel weisen ein geringes Treibhauspotenzial auf. Wir erwarten, dass sie überall da zur bevorzugten Wahl
werden, wo ihr Einsatz sinnvoll ist, wenngleich die Sicherheit weiterhin ein wichtiger Faktor beim Regulieren der Verwendung
bestimmter Kältemittel darstellt. Als Trend zeigt sich eine steigende Akzeptanz von schwer entflammbaren A2L-Kältemitteln, vor
allem jetzt, nachdem sie in die neuen ISO- und IEC-Normen aufgenommen wurden. Auch lässt sich die verstärkte Nutzung von
leicht entflammbaren A3-Kältemitteln in kompakteren Systemen erkennen. 2015 wurden von den Vereinten Nationen zwei wichtige
Initiativen eingeleitet: Global Refrigerant Management Initiative (GRMI, globale Kältemittelmanagement-Initiative) und Refrigerant
Driving License (RDL, Kältemittelführerschein). Beide Initiativen zielen auf die Weiterentwicklung des Dienstleistungssektors ab,
um einen fachkundigen und sicheren Service sowie sichere Installationen zu fördern. Diese Initiativen befassen sich mit den
Haupthindernissen, die aktuell die flächendeckende Einführung von Kältemitteln mit geringem Treibhauspotenzial behindern,
und gewinnen bei der weltweiten Reduktion von FKW zunehmend an Bedeutung.
8Unsere internationale Danfoss-Expertengruppe hat eine Prognose erstellt, die
unserer Ansicht nach den wahrscheinlichsten Ausblick für die Zukunft der Kältemittel
beschreibt. Dieser Ausblick ist in der Tabelle 1 unten zusammengefasst. CO2 kommt
häufig in Industrie- und Gewerbekälteverbunden zum Einsatz. Wir sind davon
überzeugt, dass sich dieser Trend, der in Europa begann, auch im Rest der Welt
fortsetzen wird. Wir erwarten, dass Ammoniak weiterhin sehr gut angenommen
werden wird, vor allem in Anwendungen der Industriekältetechnik, obwohl durch
seine Toxizität einzigartige Sicherheitsvorkehrungen ergriffen werden müssen. Wir
gehen davon aus, dass eine Lösung, in der CO2 und Ammoniak eingesetzt werden,
künftig vorrangig verwendet werden wird. Wir beobachten, dass sehr effiziente
Kohlenwasserstoffe in Systemen mit geringen Füllmengen weltweit eine wichtige Rolle
spielen. Wir sind davon überzeugt, dass FKW nicht verschwinden werden, sondern sich
die Verwendung auf diejenige beschränken wird, die das geringste Treibhauspotenzial
aufweisen. Wir prognostizieren, dass die meisten FKW umweltfreundlicher werden,
jedoch schwer entflammbare Stoffe Sicherheitsaspekte noch weiter in den Fokus
rücken. Kältemittel mit geringem Treibhauspotenzial werden weiterhin unsere aktuelle
Sichtweise darüber infrage stellen, welche Kältemittel in bestimmten Anwendungen
verwendet werden können. Allerdings werden sie auch zu Innovationen hinsichtlich
der Systemkonstruktion führen.
Kältetechnik Klimatechnik Wärmepumpen
Anwendung Haushaltskälte Kompakte Gewerbliche Industriekälte A/C private A/C Gewerbe Wärmepumpen Wärempumpen
Gewerbekälte Verbunde und Haushalte (Haushalt und (Industrie)
Verflüssigungssätze (einschließlich Gewerbe)
reversible Systeme)
Watt 50–300 150–5.000 > 5.000 > 1.000.000 1.000–20.000 > 20.000
Kältemittel Region/Jahr 2017 2022 2027 2017 2022 2027 2017 2022 2027 2017 2022 2027 2017 2022 2027 2017 2022 2027 2017 2022 2027 2017 2022 2027
CO2 Nordamerika
*
Europa
China
*
Übrige Welt
NH3 (2L) Nordamerika
*
Europa
China
*
Übrige Welt
KW Nordamerika
Europa
China
Übrige Welt
FKW Nordamerika
Europa
China
Übrige Welt
FKW/ Nordamerika
HFO Europa
GWP < China
700
Übrige Welt
* Kaskadensysteme mit Ammoniak/CO2 werden in der Industriekältetechnik vorrangig eingesetzt werden
Hauptkältemittel
Regelmäßige Verwendung
Tabelle 1: Globale Trends in der Kälte- und Klimatechnik (Stand: 2017) Eingeschränkte Verwendung und nur
Nischenanwendungen
Nicht verwendbar oder unklare
Situation
9Kältemitteloptionen
Aufgrund des durch gesetzliche Vorschriften ausgelösten Drucks, Kältemittel
mit hohem Treibhauspotenzial zu beseitigen, werden viele Alternativen für FKW
vorgeschlagen. Bis heute liegt der Fokus auf neuen ungesättigten Fluorchemikalien,
sogenannten Hydrofluoroolefinen (HFO), vor allem R1234yf, R1234ze und R1233zd.
Diese weisen ein sehr geringes Treibhauspotenzial auf, sind nur schwer entflammbar
(mit Ausnahme von R1233zd) und gehören zur Gruppe der Kältemittel mit geringer
Dichte. Zum Senken des Treibhauspotenzials von FKW mit hoher Dichte werden
HFO beigemischt. Wie in Abbildung 7a und 7b dargestellt sind die vorgeschlagenen
Gemische sehr ähnlich. Die wesentlichen Unterschiede hängen davon ab, welcher
R1234-Typ verwendet wird und welches Kältemittel genau ersetzt werden soll.
Es wird jedoch ein Kompromiss zwischen geringerem Treibhauspotenzial und
Entflammbarkeit (siehe Abbildung 6) eingegangen. Die Abbildungen 7a und 7b zeigen,
dass für die meisten Kältemittel keine einfachen Alternativlösungen mit geringem
Treibhauspotenzial existieren: Die Entflammbarkeit steht im Zusammenhang mit dem
Treibhauspotenzial und der Kältemittelleistung. Je geringer das Treibhauspotenzial und
je höher die Leistung, desto höher ist auch die Entflammbarkeit.
Hauptkältemittel
Legende
R404A
> 4000 A1 – Nicht
Entflammbar- brennbar
R452A keitslinie A2L – Schwer
entflammbar
R22 R410A
< 2500 A3 – Leicht
R407A/R407F entflammbar
R449A B2L – Toxisch und
schwer entflammbar
R134a R448A Altes
GWP < 1500
N20 Referenzkältemittel
Neu und auf dem
R450A/N13 R454A/XL40/DR7 Markt
R32
R513A/XP10 L40
< 700 Noch nicht auf
R515 R444B/L20 R452B/DR55 dem Markt
R1270 R454C/XL20/DR3
R1233zd R744/CO2
Keine Option mit
< 150 R12336mzzz R600a R455A/HD110 geringerem GWP
DR2 R717/NH3
R1234ze R290
Wie R123 Wie R134a Wie R404A bzw. R22 Wie R410A Sonstige
Dichte
Abbildung 6: Kältemittel mit Kohlenstoffketten (KW, FKW, HFCKW); GWP im Verhältnis zur Dichte (Druck) der wichtigsten Kältemittelgruppen
10Es gibt Argumente für und gegen die Verwendung bestimmter Kältemittel, wobei
sich einige Überlegungen auf die Produktstrategie beziehen: Ist das Kältemittel für
einen schnellen Umstieg vorgesehen oder ist es Teil einer großen Umrüstung? Wie
sind die Klimabedingungen und sind die Märkte vor Ort für das Kältemittel bereit? Wie
groß ist der Einfluss des „Glide“ aus serviceorientierter Sicht? Macht es Sinn, auf einen
einzigen Kältemitteltyp zu setzen oder ist eine Doppelstrategie besser? Die jüngsten
Fachmessen zeigen, dass A2L-Kältemittel einsatzbereit, effizient sowie verfügbar
sind und dass Komponenten dafür bereits oder bald erhältlich sind. Für R1234ze
gelten besondere Bedingungen. R1234ze ist als A2L-Kältemittel kategorisiert, jedoch
tatsächlich nur oberhalb von 30 °C entflammbar. Aus diesem Grund teilt die EN 378
(2014/68/EU), die mit der europäischen Druckgeräterichtlinie (DGRL) harmonisiert ist,
R1234ze der Fluidgruppe 2 zu. Dies hat den Vorteil, dass für Rohre und Komponenten
mit einem Nenndurchmesser bis 100 mm keine Materialverfolgbarkeit gilt, während
dies bei Rohren und Komponenten ab einem Nenndurchmesser von 25 mm für
brennbare Kältemittel der Fall ist.
Wichtige Optionen für den Wechsel: Zusammensetzung und GWP
100
90
80 R744
70
R32
Zusammensetzung in %
60
R152a
50
R125
40
R134a
30
20 R1234ze
10 R1234yf
0
Abbildungen 7a und 7b: Hauptalternativen
R4 A
R4 3
R4 B
B
R1 50A
R1 4yf
e
R4 A
B
2
R4 A
R4 A
A
DR
54
13
52
4z
R3
44
49
48
52
55
23
mit Zusammensetzung und GWP
R4
23
R5
R4
R134a R404A, R410A,
2500 subs. R407 series. subs.
2000
GWP
1500
1000 A1
A2L
500
0
A
R1 A
e
A
R4 A
A
B
R4 3
A
B
B
2
R1 yf
4z
DR
R3
44
54
52
13
50
48
49
52
55
4
23
23
R4
R4
R4
R5
R4
R4
R4
11Den Weg ebnen
– Standardisierung und Risikobewertung
Alle Kältemittel können sicher in der Handhabung sein, wenn Vorschriften und
Richtlinien eingehalten werden. Mit Vorschriften werden einheitliche Praktiken, die
technologische Ausrichtung und die Rechtskonformität sichergestellt. Dieser letzte Punkt
ist aus Sicht der Branche besonders wichtig, da so bei der Entwicklung neuer Produkte
Risiken reduziert und die rechtliche Sicherheit gewährleistet werden können. Danfoss
beteiligt sich an Arbeitsgruppen für die Standardisierung, die zur Erarbeitung von
wichtigen Sicherheitsnormen wie der ISO 5149, EN 378 und der ASHRAE 15 beitragen.
GB9237 corresponding to ISO5149
ISO5149 being implemented
Abbildung 8: Übersicht über weltweite Normen
12In Abbildung 9 unten und gemäß ASHRAE 34 werden Kältemittel je nach Toxizität und
Entflammbarkeit in Klassen eingeteilt. A1-Kältemittel sind nicht brennbar und nur sehr
schwach toxisch. Im Gegensatz dazu stehen B3-Kältemittel, die eine hohe Entflammbarkeit
und Toxizität aufweisen. Für Kohlenwasserstoffe, die sich durch eine geringe Toxizität und
hohe Entflammbarkeit auszeichnen, sind besondere Vorsichtsmaßnahmen erforderlich.
Ammoniak ist dagegen sehr toxisch und nur schwer entflammbar. Es kommt häufig
zum Einsatz (vor allem in der Industriekältetechnik) und ermöglicht einen sehr
effizienten Betrieb.
Zur A2L-Unterklasse gehören Kältemittel mit einer geringen Entflammbarkeit. Bei
diesen beträgt die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit weniger als 10 cm/s und
ist demnach eher gering. Es wird erwartet, dass diese Kältemittel eine zunehmend
wichtigere Rolle spielen werden, je mehr wir uns von den alten FKW mit hohem
Treibhauspotenzial wegbewegen.
Increasing Toxicity
Lower Toxicity Higher Toxicity
No flame A1: CFC, HCFC, most HFCs B1: Seldom used
Increasing Flammability
Propagation
Lower A2L: Most HFOs, R32 B2L: Ammonia
Flammability
Flammable A2: R152 B2: Seldom used
Higher A3: Hydrocarbons B3: no refrigerants
Flammability
Abbildung 9: Kältemittel-Sicherheitsklassen
Abbildung 10 zeigt, in welchem Zusammenhang Kältemittel- und Sicherheitsnormen
stehen. Zum Beispiel wurden die Bestimmungen der Norm ASHRAE 34 in der ISO 817
verwendet, um Kältemittelklassen zu bilden. Diese Klassen kommen wiederum in
Sicherheitsnormen wie der ISO 5149, der ASHRAE 15 und der EN 378 zum Einsatz.
Beim Bewerten von Kältemitteln stellt das Risikobewusstsein immer einen entscheidenden
Parameter dar. Stellen Sie sich die Frage: „Welches Risikoniveau ist akzeptabel?“ Bevor
Sie antworten, berücksichtigen Sie die Differenz zwischen wahrgenommenen und
tatsächlichem Risiko. Das wahrgenommene Risiko eines neuen Kältemittels wird in der
Regel höher als das tatsächliche Risiko eingeschätzt. Mit wachsender Branchenkompetenz
und zunehmender Benutzererfahrung wird das wahrgenommene Risiko in Bezug auf die
Verwendung eines Kältemittels immer niedriger eingeschätzt. Hier bietet sich ein Vergleich
zwischen dem wahrgenommenen Risiko beim Fliegen mit einem Flugzeug und beim
Fahren mit einem Auto an: Oftmals wird das Risiko des Autofahrens geringer eingeschätzt
als das Risiko beim Reisen per Flugzeug. Tatsächlich ist ein Flugzeug jedoch weitaus sicherer.
Logiklinie
ISO 5149
Application
Tatsächliches Risiko
standards
EN378
ASHRAE 15 Benutzererfahrung „Neue“ Kältemittel
Refrigerant
ISO 817
standards
Alte Kältemittel Branchenkompetenz
ASHRAE 34
Wahrgenommenes Risiko
Abbildung 10: Anwendungs- und Abbildung 11: Wahrgenommenes und
Kältemittelnormen tatsächliches Risiko
13Vor dem Umstieg auf ein neues Kältemittel mit einer höheren Entflammbarkeit sollte
ein umfassender Prozess Anwendung finden. Seit mehr als einem Jahrzehnt entwickelt
Danfoss Produkte, die für den Einsatz mit Kohlenwasserstoffen vorgesehen sind. Indem wir
Risikobewertungen durchführen, sind wir in der Lage, die Wahrscheinlichkeit von hypothetischen
Störungen zu bestimmen. Diese Ergebnisse werden genutzt, um interne Vorschriften für Produkte
mit brennbaren Kältemitteln zu entwickeln. Wir konsultieren dann Versicherungsträger und holen
die Genehmigung für das neue Kältemittel ein. Schließlich genehmigt die obere Führungsebene
das Kältemittel und die Ergebnisse werden vom zuständigen Produktmanager umgesetzt.
Infolge des kontinuierlichen Entwickelns von Störfallszenarien durch Kältemittel haben wir
unsere internen Vorschriften in Bezug auf brennbare Kältemittel angepasst, um das tatsächliche
Verwendungsrisiko abbilden zu können. Aktuell verfügen wir weltweit über ein umfassendes
Angebot an Regelkomponenten für brennbare Kältemittel.
Propose scenarios based on Establish knowledge on
application experience Standards & Legislation
Perform process of risk assessment & conclude
on probability of scenarios
Make Standard for framing product activities
with flammable refrigerants
Advice and get acceptance
from insurance company
Top Management approval
Product Manager
deployment
Abbildung 12: Zulassungsverfahren bei Danfoss
Fazit
Kältemittel sind in der heutigen Welt unerlässlich und haben einen großen Einfluss auf die zukünftige Welt. Während einige
Lösungen der Vergangenheit Folgen für die heutige Umwelt hatten, ist es unbedingt notwendig, dass die Branche an die Zukunft
denkt und zukunftsfähige Lösungen für aktuelle Probleme findet. Um dies effektiv umzusetzen, ist eine solide Partnerschaft mit
einem Unternehmen erforderlich, das nicht nur breitgefächerte Erfahrungen und ein umfassendes Wissen über aktuelle Normen,
Gesetze und künftige Technologien vorweisen kann, sondern auch die zukünftige Entwicklung hinsichtlich Sicherheit und
Umweltverantwortung im Blick hat. Danfoss ist ein solches Unternehmen.
Mit mehr als achtzig Jahren Erfahrung und dem Willen, künftige Herausforderungen zu meistern, sind wir ein Branchenführer,
der bereit ist, seinen Partnern zuverlässige Lösungen anzubieten. Danfoss ist gerüstet, um zusammen mit Ihnen die beste
Alternativlösung für Ihre Anwendungen zu finden und umzusetzen. Wir können gemeinsam die aktuellen Probleme lösen
und gleichzeitig die Ansprüche von morgen erfüllen.
14Anhang 1
Gesetzgebung und Regulierung
Montrealer Protokoll
Nachdem 2016 Ziele für eine weltweite Reduktion von FKW in das Montrealer Protokoll
aufgenommen wurden, reguliert das Abkommen nun zwei Arten von Stoffen: Stoffen mit hohem
Ozonabbaupotenzial sowie mit hohem Treibhauspotenzial. Der Ausstiegsplan für HFCKW ist in
Tabelle 2 und der Reduktionsplan für FKW in Tabelle 3 dargestellt. Es ist anzumerken, dass für die
Nicht-Artikel-5-Länder bereits fixierte Ausgangsniveaus gelten, während sich die Artikel-5-Länder
an eine Kombination aus HFCKW- (bereits fixiert) und bisher noch nicht festgelegten FKW-
Ausgangsniveaus halten müssen. Dies hat einige Spekulationen über die Anreize für Artikel-5-Länder
verursacht, die dazu führen können, dass diese Länder frühzeitig auf Kältemittel mit geringem
Treibhauspotenzial umsteigen, da dies ihr Ausgangsniveau verringern würde.
Anhang C – Gruppe I: HFCKW (Verbrauch)
Vertragsparteien, die nicht unter Artikel 5.1 fallen: Vertragsparteien gemäß Artikel 5.1: Verbrauch
Verbrauch (Industrieländer) (Entwicklungsländer)
HFCKW-Verbrauch 1989 + 2,8 Prozent
Ausgangsniveau: Ausgangsniveau: Durchschnitt 2009–2010
des FCKW-Verbrauchs von 1989
Inkrafttreten: 1996 Inkrafttreten: 1. Januar 2013
Reduktion um Reduktion um
1. Januar 2004 1. Januar 2015
35 % 10 %
Reduktion um Reduktion um
1. Januar 2010 1. Januar 2020
75 % 35 %
Reduktion um Reduktion um
1. Januar 2015 1. Januar 2025
90 % 67,5 %
1. Januar 2030
Bis zum 1. Januar 2040 ist ein
1. Januar 2020
Verbrauch in der Höhe von 2,5 % des
Bis zum 1. Januar 2030 ist ein
Ausgangsniveaus erlaubt, wenn dieser
Reduktion um Verbrauch in der Höhe von 0,5 % des Reduktion um
dem Durchschnittsverbrauch der zehn
100 % Ausgangsniveaus erlaubt (gilt für die 100 %
Jahre von 2030 bis 2040 entspricht
Wartung von Kälte- und Klimageräten,
(gilt für die Wartung von Kälte- und
die am 1. Januar 2020 vorhanden sind).
Klimageräten, die am 1. Januar 2030
vorhanden sind).
Tabelle 2: Ausstiegsplan für HFCKW sowie Ausgangsniveaus
Quelle: United Nations Environment Programme (UNEP)
Nicht-Artikel-5.1- Nicht-Artikel-5.2-
Artikel-5.1-Länder Artikel-5.2-Länder
Länder Länder
Inkrafttreten – – 2024 (100 %) 2028 (100 %)
Schritt 1 2019 – 90 % 2020 – 95 % 2029 – 90 % 2032 – 90 %
Schritt 2 2024 – 55 % 2025 – 65 % 2035 – 70 % 2037 – 80 %
Schritt 3 2029 – 30 % 2029 – 30 % 2040 – 50 % 2042 – 30 %
Schritt 4 2034 – 20 % 2034 – 20 % – –
Letzter Schritt 2036 – 15 % 2026 – 15 % 2045 – 20 % 2047 – 15 %
Länder Alle Nicht-Artikel-5- Weißrussland, Alle Artikel-5-Länder mit Indien, Pakistan, Iran,
Länder mit Ausnahme Russland, Kasachstan, Ausnahme von Artikel- Irak, Bahrain, Kuwait,
von Nicht-Artikel-5.2- Tadschikistan, 5.2-Ländern Oman, Katar, Saudi-
und EU-Ländern Usbekistan Arabien, Vereinigte
Arabische Emirate
Ausgangsniveau FKW- HFCKW- HFCKW- HFCKW-
Durchschnittsverbrauch Durchschnittsverbrauch Durchschnittsverbrauch Durchschnittsverbrauch
(2011–2013) + (2011–2013) + (2020–2022) + (2024–2026) +
15 % des HFCKW- 25 % des HFCKW- 65 % des HFCKW- 65 % des HFCKW-
Ausgangsniveaus Ausgangsniveaus Ausgangsniveaus Ausgangsniveaus
(Nicht-Artikel-5-Länder) (Nicht-Artikel-5-Länder) (Artikel 5) (Artikel 5)
Anmerkungen Der Ausstiegsplan für Der Ausstiegsplan für Der Ausstiegsplan für Der Ausstiegsplan für
HFCKW entspricht HFCKW entspricht den HFCKW entspricht den HFCKW entspricht den
nicht den 15 % im Jahr 25 % in den Jahren 2010 65 % in den Jahren 2020 65 % in den Jahren 2020
2011, spiegelt jedoch bis 2014. bis 2024. bis 2024.
wahrscheinlich den
tatsächlichen Verbrauch 15
wider.
Tabelle 3: Reduktionsplan für FKW sowie Ausgangsniveaus
Quelle: United Nations Environment Programme (UNEP)Europäische MAC-Richtlinie Diese Richtlinie verbietet die Verwendung von jeglichen Kältemitteln mit einem Treibhauspotenzial von über 150 in Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen: • Gilt seit Januar 2011 für neue Modelle bestehender Fahrzeuge • Gilt ab Januar 2017 für alle neuen Fahrzeuge Die Richtlinie gilt nicht für andere Anwendungen. R134a – nach wie vor das weltweit am häufigsten in mobilen Klimaanlagen (Mobile Air Conditioning, MAC) eingesetzte Kältemittel – weist ein Treibhauspotenzial von 1.430 auf und ist damit ebenfalls vom Verbot betroffen. Dafür wird zunehmend R1234yf eingesetzt, wodurch aktuell mehrere Millionen US-amerikanische und europäische Autos dieses HFO nutzen. Nach 2011 wurde die Frist bis zum 1. Januar 2013 verlängert. Seitdem gab es Versuche, die Frist noch weiter zu verlängern – die Diskussion darüber ist jedoch noch nicht beendet. Europäische F-Gas-Verordnung Die Verordnung über bestimmte fluorierte Treibhausgase gilt seit dem 1. Januar 2015. Die Verordnung sieht für 2015 bis 2030 einen Reduktionsprozess für FKW vor. Dieser wurde mithilfe eines Quotensystems und sektorspezifischer Verbote für Kältemittel mit hohem Treibhauspotenzial entwickelt. R404A und R507 stehen besonders im Fokus und werden wahrscheinliche in allen Gewerbesystemen verboten. Es wurde ein europäisches Quotensystem eingerichtet. Der erste Reduktionsschritt wurde 2016 durch im Vergleich zum Ausgangsniveau um 7 % verringerte Quoten realisiert. Im Rahmen des Quotensystems werden Herstellern und Importeuren von Bulkgasen Quoten zugeteilt. Quoteninhaber können (nach einer Registrierung) Anteile ihrer Quote auf Importeure von vorbefüllten Einheiten übertragen. Die Berechtigungen können erneut übertragen werden, jedoch nur noch ein Mal. Alle Aktivitäten müssen in einem Zentralregister eingetragen werden, um die Einhaltung der Verordnung sicherzustellen. Weitere Informationen sowie Frage- und Antwort-Dokumente finden Sie auf der Website der EU oder der European Partnership for Energy & the Environment (EPEE). Beim Ausgangsniveau für die Reduktion werden die Kältemittelmenge von importierten vorbefüllten Einheiten und die für die Umrüstung von R22-Systemen erforderliche FKW-Menge nicht berücksichtigt. Die Höhe der Menge von importierten vorbefüllten Einheiten wird auf 11 % des offiziellen Ausgangsniveaus geschätzt. Da die FKW-Menge in importierten vorbefüllten Einheiten bei der offiziellen Quote von 2017 berücksichtigt wird, wird davon ausgegangen, dass dies in Bezug auf das Verwenden von FKW zusätzliche Herausforderungen birgt. Indem die für vorbefüllte Einheiten erforderliche Menge zu den Reduktionsschritten hinzugefügt und ein im Laufe der Jahre konstanter Verbrauch in metrischen Tonnen angenommen wird, offenbart sich ein anderes Szenario. Bis 2018 verringert sich die Quote im Vergleich zu den früheren 63 % auf 56 % des Ausgangsniveaus. Das Ziel für 2030, eine Quote von 21 % des Ausgangsniveaus, wird sich in Wirklichkeit auf etwa 19 % belaufen. Die Berechnungen werden in Abbildung 13 dargestellt. 16
100% Alternativer
Jahr Reduktionsplan
90% 2015 100 %
Ursprünglicher 2016 94 %
80% Reduktionsplan (ohne 2017 83 %
importierte vorbefüllte 2018 56 %
70% Einheiten) 2019 56 %
2020 56 %
60% 2021 40 %
2022 40 %
50% Alternativer,
2023 40 %
2024 28 %
neu festgelegter
40% Reduktionsplan
2025 28 %
2026 28 %
(einschließlich
30% 2027 21 %
importierter 2028 21 %
20% vorbefüllter 2029 21 %
Einheiten) 2030 19 %
10%
0%
2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030
Alternativreduktion
Erstreduktion in % metrische Tonnen
Abbildung 13: Die von der EU festgelegte schrittweise Reduktion in Abhängigkeit der Einbeziehung oder Nichteinbeziehung
von vorbefüllten Einheiten
Abbildung 14 zeigt dagegen die erwarteten brancheninternen Beiträge zur
Reduktion bis 2021. Es ist offensichtlich, dass die Kältetechnikbranche am meisten zur
schrittweisen Reduktion beitragen wird, während sich der Beitrag der Klimatechnik-
und der Wärmepumpenbranche erst später erhöht.
250
Millionen Tonnen CO2-Äquivalent von auf den Markt
Mobile und andere Klimageräte
(ohne Kältetechnik)
Klimatechnik und Wärmepumpen
200
Kältetechnik
Quote
150
Reduktionen
innerhalb der
Branche
100
gebrachten FKW
50
0
Ausgangsniveau 2018 2021
Abbildung 14: Beitrag der Branchen zur Reduktion von FKW in Europa
Quelle: Danfoss auf Basis des Gapometer-Projekts der EPEE
17Vorläufige Ergebnisse von Ende 2016 zeigen, dass Kältemittelhersteller in zwei
aufeinanderfolgenden Jahren die Preise für FKW um etwa 10 bis 15 % erhöht haben,
während 2015 von einem Quotenanteil von 9 % nicht Gebrauch gemacht wurde. Dies
liegt laut Berichten vor allem an den vielen neuen Marktteilnehmern, die ihre zugeteilte
Quote nicht ausgenutzt haben. Eine weitere wichtige Ursache ist möglicherweise,
dass 2014 vermehrt größere Bestände von R404A angelegt wurden. Darüber hinaus
wurde berichtet, dass viele in 2015 und 2016 auf den Markt gebrachten Produkte
immer noch FKW mit hohem Treibhauspotenzial enthalten. Auch durch die zusätzliche
Quotenerhöhung für vorbefüllte Einheiten im Jahr 2017 erweist es sich als sehr schwierig,
vorherzusagen, wie sich der tatsächliche Verbrauch im Vergleich zum Bedarf entwickelt.
Einschränkungen für Produkte
Der Reduktionsplan wurde um Verbote für neue Produkte und für Serviceprodukte
ergänzt, in denen Kältemittel mit hohem Treibhauspotenzial zum Einsatz kommen
(siehe Abbildung 15). Auch wenn die Verbote für Serviceprodukte noch weit in der
Zukunft liegen, fallen sie dennoch in die erwartete Lebensdauer aktueller neuer
Produkte. Dadurch gerät die Branche unter Druck, Systeme mit R404A bzw. R507 nicht
mehr herzustellen.
Serviceprodukte mit neuen Kältemitteln Single-Split-Klimaanlagen mit FKW-
mit einem GWP ≥ 2.500 für Temperaturen Füllmenge < 3 kg, GWP ≥ 750. Verbot von
≥ -50 °C und Füllmengen ≥ 40 Tonnen CO2- R134a, R407C und R410A. Scheint für A2L-
Äquivalent. Nicht für Militäranwendungen. Verbot Kältemittel sehr wahrscheinlich realisierbar.
von Serviceprodukten mit R404A/R507 mit
Haushaltskühlgeräte und einer Füllmenge ≥ 10,2 kg. Zurückgewonnene Serviceprodukte mit Kältemitteln
-gefriergeräte, GWP ≥150. Verbot Kältemittel sind weiterhin erlaubt. mit einem GWP ≥ 2.500 für
von R134a. Natürliche Kältemittel
Temperaturen ≥ -50 °C und Füllmengen
wie R600a werden verwendet.
≥ 40 Tonnen CO2-Äquivalent. Nicht
Gewerbliche Kühlgeräte und für Militäranwendungen. Verbot von
Gefriergeräte, hermetisch abgedichtet, Serviceprodukten mit R404A/R507 mit
Mobile Raumklimaanlagen, einer Füllmenge ≥ 10,2 kg.
hermetisch abgedichtet, GWP ≥ 150. GWP ≥ 150. Verbot von R134a.
Verbot von herkömmlichen FKW. Hauptsächlich werden natürliche
Für Füllmengen unter 150 g werden Kältemittel verwendet. HFO-Lösungen
natürliche Kältemittel verwendet. können eingesetzt werden.
2015 • • • • 2020 • • • • 2025 • • • • 2030
Zentralisierte Multipack-Kälteanlagen
Gewerbliche Kühlgeräte und für die gewerbliche Nutzung mit einer
Festinstallierte Kälteanlagen
Gefriergeräte, hermetisch dicht, GWP Leistung ≥ 40 kW, GWP ≥ 150 und ≥
für Temperaturen > -50 °C, GWP
≥ 2.500. Verbot von R404A/R507. 1.500 für den Primärkreislauf. Verbot von
≥ 2.500. Verbot von R404A/R507.
Hauptsächlich werden natürliche herkömmlichen FKW, außer von R134a
Natürliche Kältemittel und auch neue
Kältemittel verwendet. in Kaskadensystemen. Auch neue FKW-/
FKW werden zunehmend verwendet.
HFO-Gemische können eine Rolle spielen.
Viele verschiedene Lösungen.
Abbildung 15: Einschränkungen für neue Produkte
18US-amerikanische SNAP-Richtlinie
Die Umweltschutzbehörde (Environmental Protection Agency, EPA) der USA hat bereits 1989
das Significant New Alternatives Policy (SNAP) Program als Instrument für die Umsetzung des
Verbots für Kältemittel mit hohem Ozonabbaupotenzial entwickelt. Der ursprüngliche Zweck
des SNAP-Programms war das Fördern eines sicheren und reibungslosen Wechsels weg von
ozonabbauenden Stoffen, jedoch wird es seit Kurzem auch eingesetzt, um bestimmte FKW mit
hohem Treibhauspotenzial zu verbieten. So werden bestimmte Kältemittel entweder für die
Verwendung in speziellen Anwendungen zugelassen oder ihre Verwendung wird letztendlich
verboten. Tabelle 4 zeigt 17 Hauptanwendungen (für Kaltwassersätze gelten vier Kategorien).
2014 bis 2016 wurden für bestimmte Branchen Fristen für ein Verbot der am häufigsten
eingesetzten Kältemittel mit hohem Treibhauspotenzial gesetzt, während neue FKW bzw. HFO
mit geringem oder mittlerem Treibhauspotenzial und sogar KW für spezielle Anwendungen als
akzeptabel gelten. Tabelle 4 zeigt eine Übersicht über die wichtigsten Kältemittelanwendungen
und verdeutlicht somit, wie sich die Verwendung von Kältemitteln mit hohem bzw. geringem
Treibhauspotenzial entwickelt. Für eine vollständige und aktualisierte Liste mit akzeptierten
Alternativen und Fristen für aktuell zugelassene Kältemittel siehe die SNAP-Website.
Als erstes wurde die Regel 17 erlassen, die die Verwendung von vier bestimmten
Kohlenwasserstoffen in Haushaltskühl- und –gefriergeräten sowie in Kälteanlagen des
Lebensmitteleinzelhandels erlaubte. Zu diesen Kohlenwasserstoffen zählen unter anderem
R600a (mit einer Füllmenge von maximal 57 g) für das Segment der Haushaltsgeräte sowie R290
(mit einer Füllmenge von maximal 150 g) für die Kälteanlagen im Lebensmitteleinzelhandel.
Seit dem Erlass dieser Regel wurden noch mehrere andere Anwendungen (mit ähnlichen
Füllmengenobergrenzen wie die von Regel 17) erlaubt und weitere Regeln vorgeschlagen.
Abschnitt 608 des Clean Air Act (Gesetz zur Reinhaltung der Luft) erweitert die
Verwendungsanforderungen für Kältemittel. Darin werden niedrigere Leckraten-Grenzwerte
genannt, die kennzeichnen, dass eine Reparatur der Kälte- und Klimageräte zwingend
erforderlich ist:
• Verringert von 35 auf 30 % für Geräte der industriellen Prozesskühlung
• Verringert von 35 auf 20 % für Geräte der Gewerbekälte
• Verringert von 15 auf 10 % für Geräte der Komfortkühlung
Kühl- und Klimageräte, bei denen die Leckrate höher als zulässig ist, erfordern vierteljährliche
bzw. jährliche Leckageprüfungen. Zudem ist der Betreiber oder der Bediener verpflichtet, es
der EPA zu melden, wenn in einem Kalenderjahr in Systemen mit Füllmengen von 50 oder mehr
Pfund Kältemittelleckagen von 125 % der Gesamtfüllmenge oder darüber hinaus auftreten.
Zudem müssen Kälteanlagenbauer Aufzeichnungen darüber führen, wie viel Kältemittel bei
der Entsorgung von Systemen mit einer Füllmenge von 5 bis 50 lbs zurückgewonnen werden
konnte.
Dem California Air Resources Board (CARB) wurde gesetzgebende Gewalt eingeräumt, um einen
strengen Plan für eine frühzeitige Reduktion von FKW zu verfolgen. Die Maßnahmen des Plans
sind weniger komplex als diejenigen in der SNAP-Richtlinie und es werden bestimmte maximale
Treibhauspotenzial-Werte für spezielle Branchen vorgeschrieben.
19Verbotsjahr der FKW
Zugelassene Kältemittel
Max. GWP, Max. GWP, mit einem GWP über
Anwendung mit geringem und Anmerkungen
gegenwärtig zukünftig* dem zukünftigen
mittlerem GWP
Maximalwert
Kaltwassersätze (4 Kategorien)
9.810 630
Zentrifugalverdichter R134a, R404A, für engen
(R236fa) (R513A) CO2 , R1234ze, R1233zd,
2024 (neu) Anwendungsbereich zugelassen,
Schrauben-, Scroll-, 3.990 630 R1336mzz, R513A, R450A
Regel 21
Hubkolbenverdichter (R507A) (R513A)
Haushalts- und kompakte R290, R441, R32, Verwendung nur
3.990 3.990
gewerbliche Klimageräte N/A R290, R441, R32 unter bestimmten Bedingungen
(R507A) (R507A)
und Wärmepumpen Regel 19
Industrielle 3.990 3.990 R513A, R450A, NH3, CO2 ,
N/A
Prozessklimatechnik (R507A) (R507A) R1336 mzz
Industrielle 3.990 3.990 R513A, R450A, NH3, CO2,
N/A
Prozesskühlung (R507A) (R507A) R290
3.990 1.820
Kühlhäuser 2023 (neu) R513A, R450A, NH3, CO2 Regel 21
(R507A) (R407F)
3.990 3.990
Eislaufbahnen N/A NH3, CO2
(R507A) (R507A)
Gewerbliche 3.990 3.990 R290, R450A, R513A, R290, nur für eigenständige
N/A
Eismaschinen (R507A) (R507A) R448A, R449B Einheiten, Regel 21
R290, R600a, R441, Verwendung
3.990 630 R513A, R450A, R152A,
Haushaltskühlgeräte 2021 (neu) unter bestimmten Bedingungen
(R507A) (R513A) R290, R600a, R441
Regel 17, 19 und 21
3.990 3.990 CO2, R513A, R450A, R448A,
Transportkühlung N/A
(R507A) (R507A) R449A
2019 (neu)
R290, R600a, R441, Verwendung
3.990 630 2016 (umgerüstete CO2, R290, R600a, R441,
Verkaufsautomaten unter bestimmten Bedingungen
(R507A) (R513A) R404A- und R507A- R513A, R450A
Regel 19 und 20
Systeme)
Kältetechnik im Lebensmitteleinzelhandel
R290, R600a, R441, Verwendung
3.990 630 2019–2020 CO2, R290, R600a, R441,
Eigenständige Einheiten unter bestimmten Bedingungen
(R507A) (R513A) 2016 (umgerüstet) R450A, R513A
Regel 20
Kühl- und
Verarbeitungsanlagen 3.990 1.510
2021 (neu) Regel 21
für Lebensmittel sowie (R507A) (R426A)
Dosieranlagen R513A, R450A, R448A,
Abgesetzte 3.990 630 2018 (neu) R449A, R449B, NH3, CO2
Regel 20
Verflüssigungssätze (R507A) (R513A) 2016 (umgerüstet)
3.990 630 2017 (neu)
Supermarktsysteme Regel 20
(R507A) (R513A) 2016 (umgerüstet)
Tabelle 4: US-amerikanische SNAP-Richtlinie
* Maximales zukünftiges GWP, nach jetziger Schätzung; Änderungen möglich
20Chinas Ausstiegsplan für HFCKW (HCFC Phase-out Management Plan, HPMP)
Die schrittweise Reduktion der FKW erfolgt gemäß den Vorgaben des Montrealer Protokolls,
auf die sich im Oktober 2016 geeinigt wurde. Eine Gesamtübersicht zum Verbot von
HFCKW und zur Beschränkung von FKW wird in Abbildung 15 dargestellt. Um den HPMP
zu erfüllen, fördern die chinesischen Behörden Projekte für den Umstieg auf alternative
Kältemittel gemäß dem Ausstiegsplan für HFCKW, der auf der UNEP-Website zu finden ist.
Bei der Bewertung der Alternativlösungen wurde sich nicht nur auf das
Ozonabbaupotenzial konzentriert, sondern es wurde auch auf das Treibhauspotenzial, die
Sicherheit und die Anwendungseignung geachtet. Die Empfehlungen der chinesischen
Behörden hängen von der Anwendung und der zeitlichen Perspektive ab (siehe Tabelle 5).
Sie empfehlen auch die Verwendung zahlreicher bekannter Kältemittel mit geringem
Treibhauspotenzial. Die Empfehlungen werden vom in internationalen Sicherheitsnormen
(z. B. ISO 5149 (GB 9237) und IEC 60335) beschriebenen Einführungsprozess gestützt (siehe
für eine Übersicht Tabelle 6). Diese Normen werden stetig überprüft und aktualisiert, wie
man an den Versionsangaben erkennen kann.
120
HCFC
HFC
100
80
%of baseline
60
40
20
0
2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 2055
Year
Abbildung 16: China: Ausstiegsplan für HFCKW und Reduktionsplan für FKW
Kurzfristig (bis
Anwendung Aktuell Langfristig (bis 2025)
2020)
Haushaltskühlgeräte R22, R600a R600a R600a
NH3, CO2, R290, R600a,
Industrie- und R22, R134a,
R134a, NH3 Gemische mit geringem
Gewerbekältetechnik R410A, NH3
GWP
Kompakte und
mittelgroße R22, R410A R410A, R32 R290, R32
Kaltwassersätze
Große Kaltwassersätze R22, R123, R134a R134a, R1234ze R1234ze, NH3
Einheitliche
R22, R410A, R32, Gemische mit
Klimaanlagen/VRF- R410A, R32
R407C geringem GWP
Systeme/Wärmepumpen
Raumklimatechnik R22, R410A R410A, R290 R290, R32
Tabelle 5: Kältemitteloptionen je Anwendung
Chinesische Norm IEC-Norm
Entsprechende
Nr. Aktuelle Version Nr. Aktuelle Version
IEC-Version
GB 4706.13 2014 2012 IEC 60335-2-24 2012
GB 4706.32 2012 2005 IEC 60335-2-40 2013
GB 4706.102 2010 2007 IEC 60335-2-89 2015
Tabelle 6: Normenreihe IEC 60335 und chinesische Normen 21Japan
Japan hat 2014 ein umfassendes Programm zum Reduzieren der Emissionen von FKW
eingeführt. Das Programm nutzt einen Lebenszyklus-Ansatz, um das Treibhauspotenzial
verwendeter FKW zu senken sowie Leckagen während des Systembetriebs (Wartung
und Rückgewinnung) und der -außerbetriebnahme zu reduzieren. Das Programm sieht
keine direkten Verbote oder spezielle Quoten vor, wie das in den USA oder in Europa
der Fall ist. Stattdessen werden bestimmte Treibhauspotenzial-Werte für spezielle
Anwendungen in Kombination mit Kennzeichnungen vorgeschrieben.
Zieljahr für vollständige
Anwendung GWP-Sollwert (max.)
Umsetzung
Raumklimatechnik 750 2018
Gewerbeklimatechnik 750 2020
Gewerbekältetechnik 1.500 2025
Kühlraumtechnik 100 2019
Mobile Klimatechnik 150 2023
Tabelle 7: Treibhauspotenzial-Werte und Zeitrahmen
Andere lokale Initiativen
Etliche Länder und Regionen haben bereits Maßnahmen ergriffen, um
Alternativlösungen mit geringem Treibhauspotenzial zu fördern. Solche Maßnahmen
umfassen eine Begrenzung der Kältemittelfüllmenge (Dänemark), die Besteuerung von
Kältemitteln mit hohem Treibhauspotenzial (z. B. Dänemark, Norwegen und Australien)
und Zuschüsse für Systeme, die natürliche Kältemittel nutzen (z. B. Deutschland und
die kanadische Provinz Québec).
22Anhang 2
Auswirkungen direkter Leckagen als Funktion der Leckrate
Beispiel
Das folgende Beispiel kann dazu dienen, das Verhältnis zwischen direkten und
indirekten Auswirkungen aufzuzeigen.
Typische Kälteanlage in einem mittelgroßen Supermarkt
• Marktgröße: 1.000 bis 1.500 m2
• Kältemittel: R404A
• Kältemittelfüllmenge: 250 kg
• Kälteleistung: 100 kW
• Energieverbrauch: 252.000 kWh/Jahr
• Lebensdauer: 10 Jahre
• Treibhauspotenzial: 3.920
• Betriebszeit: 19 Stunden pro Tag
• Rückgewinnung/Wiederverwendung: 90 %
CO2-Emissionen der Stromerzeugung
Land A (fossile Brennstoffe): 0,8 kg CO2 pro kWh
Land B (Wasser- und Windkraft): 0,04 kg CO2 pro kWh
5.000 5.000
TEWI TEWI
4.000 Country A: 250 kg R404A 4.000 Country B: 250 kg R404A
5.000 5.000
kg CO2
kg CO2
3.000 3.000
4.000 4.000
2.000 2.000
3.000 3.000
1.000 1.000
2.000 2.000
0 0
1.000 0% 5% 10% 15% 1.000 0% 5% 10% 15%
Leakage rate (%) Leakage rate (%)
0 0
0% 5% 10% 15% 0% 5% 10% 15%
Leakage rate (%) Leakage rate (%)
TEWI TEWI
Country A: 250 kg CO2 Country B: 250 kg CO2
5.000 5.000
kg CO2
kg CO2
4.000 4.000
5.000 5.000
3.000 3.000
4.000 4.000
2.000 2.000
3.000 3.000
1.000 1.000
2.000 2.000
0 0
1.000 0% 5% 10% 15% 1.000 0% 5% 10% 15%
Leakage rate (%) Leakage rate (%)
0 0
0% 5% 10% 15% 0% 5% 10% 15%
Leakage rate (%)
Leakage Recovery/recycling Leakage rate (%)
Energy consumption
Abbildung 15: Verhältnis zwischen direkten und indirekten Auswirkungen der Kälteanlage
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