In diesem Beitrag wird dargestellt, warum diese Untersuchungen von brennbaren Low-GWP“-Kältemitteln für die Kälte- und Klimabranche so wichtig sind. Die Zusammenarbeit des Ministeriums DOE und der Branchenverbände ASHRAE und AHRI finanziert die Untersuchung sowohl von schwer entflammbaren Kältemitteln der Brennbarkeitsklasse 2L wie Hydrofluorolefinen (HFO) und R32 als auch von brennbaren Kohlenwasserstoffkältemitteln der Klasse 3. Das Energieministerium trägt den größten Anteil mit 3 Mio. US-Dollar, ASHRAE und AHRI steuern 1,2 Mio. US-Dollar und 1 Mio. US-Dollar bei.
ASHRAE hat bisher Hunderte von Kältemittel-Forschungsprojekten gefördert, die jetzige Zusammenarbeit markiert jedoch den bisher höchsten einzelnen Förderbeitrag aus seinen Forschungsmitteln und zeigt eine bemerkenswerte Anerkennung der wachsenden Bedeutung von 2L-Fluiden bei der Einführung von Low-GWP-Kältemitteln. Die Entwicklung von Low-GWP-Kältemitteln resultiert nicht zuletzt aus gesetzlichen Vorgaben. In den USA wird die Verwendung von Kältemitteln durch die SNAP-Verordnung der US-Umweltbehörde EPA geregelt. In Europa gibt es gesetzliche Regelungen sowohl für mobile Klimaanlagen (Richtlinie über Emissionen aus Klimaanlagen in Kraftfahrzeugen, 2006) als auch für stationäre Kälte- und Klimaanlagen (F-Gase-Verordnung, 2014). Die Richtlinie zu Fahrzeugklimaanlagen verbietet seit 1. Januar 2017 die Verwendung von Kältemitteln mit einem GWP von über 150 in Neufahrzeugen. Die F-Gase-Verordnung beschränkt den maximalen GWP-Wert von Kältemitteln für eine ganze Reihe von Anwendungen, unter anderem werden Kältemittel mit einem GWP über 150 für neue Verbundanlagen in der Gewerbekälte ab 2022 nicht mehr erlaubt sein. Daher wird intensiv nach Kältemitteln mit niedrigeren GWP-Werten gesucht.
Neue Kältemittel werden gemäß ihrer Toxizität (Giftigkeit) und ihrer Entzündlichkeit klassifiziert. Die verbreitetste Klassifizierung ist die Einstufung durch ASHRAE. Kältemittel wie R404A, R407A und R410A sind in die Brennbarkeitsklasse 1 eingestuft, sie zeigen in Luft keine Flammenausbreitung in Tests bei 60 °C und 101,3 kPa. Kältemittel der Klasse 2 sind bei 60 °C und 101,3 kPa erst bei Konzentrationen über 0,10 kg/m3 in der Luft brennbar und weisen eine Verbrennungswärme von unter 19 MJ/kg auf. Kältemittel der Klasse 3 sind auch bei kleineren Konzentrationen brennbar oder weisen eine größere Verbrennungswärme auf. Die Brennbarkeitsklasse 3 umfasst viele Kohlenwasserstoffe. Eine Übersicht über die Einstufung in die Brennbarkeitsklassen gibt Tabelle 1.
Viele der Kältemittel mit niedrigem GWP fallen aufgrund ihrer Schwerentflammbarkeit in die Brennbarkeitsklasse 2L, eine Untergruppe der Klasse 2 mit einer Flammenausbreitungsgeschwindigkeit von unter 10 cm/s. Diese Gruppe wurde 2010 eingeführt und umfasst Kältemittel wie R32, NH3, R1234yf und R1234ze. Zurzeit sieht es so aus, dass für viele Anwendungen die Kältemittel mit den niedrigsten GWP-Werten zu einem gewissen Grad brennbar und wahrscheinlich in Klasse 2L eingestuft werden.
Viele Kältemittelanwendungen sind heute für nicht brennbare Kältemittel ausgelegt und der Umstieg auf brennbare Kältemittel, auch auf 2L-Fluide, würde, wenn überhaupt möglich, beträchtliche Ausgaben für zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen nach sich ziehen. Außerdem ist die noch fehlende Aufnahme der 2L-Klasse in die gegenwärtigen Normen und Regelwerke ein beträchtliches Hindernis bei der Einführung dieser Kältemittel. Diese Aspekte erfordern weitere Forschung und Entwicklung und die erwähnte Förderung dieser Arbeiten in den USA ist ein wichtiger Beitrag bei der Implementierung von Kältemitteln der Klasse 2L in die entsprechenden Normen und Regelwerke in den USA und auch weltweit.
Der letztgenannte Aspekt ist entscheidend, denn gegenwärtig gibt es in vielen Ländern und auch in Europa Regelungen, die der Verwendung von brennbaren Kältemitteln in zahlreichen Anwendungen entgegenstehen. Obwohl 2L-Kältemittel weniger brennbar sind als andere Low-GWP-Alternativen – beispielsweise Kohlenwasserstoffe – ist ihre Verwendung in einigen Ländern stark eingeschränkt. In einigen Fällen liegt dies ganz wesentlich an der noch fehlenden Anerkennung der Schwerentflammbarkeit von 2L-Fluiden in den entsprechenden Normen und Regelwerken. Kältemittel werden ganz allgemein entweder als brennbar oder als nicht brennbar klassifiziert.
Da die meisten Normen und Regelwerke die Kategorie 2L noch nicht enthalten, müssen 2L-Kältemittel in jetzigen Anlagen und Umgebungen wie Kältemittel der Gruppe 2 behandelt werden. Gemäß der bisher gültigen EN 378 beträgt die maximale Füllmenge für ein wandhängendes Split-Innengerät in einem 9 m2 großen Raum für Propan etwa 0,23 kg und für R32 etwa 3,08 kg. Dieser Unterschied erleichtert wohl in manchen Anwendungen den Einsatz von 2L-Kältemitteln, unterschiedliche Regelungen oft auf nationaler Ebene schränken ihre Verwendung jedoch wesentlich stärker ein. In Italien und Frankreich ist zum Beispiel die Verwendung von brennbaren Kältemitteln aller Art in Raumklimageräten verboten. In der überarbeiteten Norm EN 378 wird die Brennbarkeitsklasse 2L eingeführt und neue Füllmengenbegrenzungen werden festgelegt. Die in den USA geförderten Untersuchungen verbessern das Wissen über 2L-Kältemittel und ihre Anwendung weiter. Dies wird weltweite Fortschritte ermöglichen.
Durch die Förderprogramme wird das Wissen über das Verhalten von 2L-Kältemitteln in gebräuchlichen Anwendungen erweitert und dadurch die Beurteilung in den entsprechenden Normen und Regelwerken erleichtert. Fachleute aus der Industrie wie Anlagen- und Komponentenhersteller und Kältemittelproduzenten sollten dabei in die Untersuchungen einbezogen werden, um eine Abstimmung mit anderen Förderprogrammen zu gewährleisten und einen reibungslosen Transfer der am besten geeigneten Kältemittel in die Praxis zu erleichtern. AHRI führt zum Beispiel eine ganze Reihe von Untersuchungsprojekten zu Low-GWP-Kältemitteln durch, an denen auch Mexichem regelmäßig teilnimmt.
Dr. Stuart Corr,
Technisch-kaufmännischer Direktor bei Mexichem Fluor, Runcorn, Cheshire, Großbritannien
Dr. Karsten Schwennesen,
Sales Manager bei Mexichem Fluor, Frankfurt/M.
