Vorteile und Hinweise beim Kältemittel Propan

Umweltschutz ist glücklicherweise kein Nischenthema für Nerds mehr. Das äußert sich auch darin, dass bei der Planung von Wärmepumpen und Kaltwassersätzen das zu verwendende Kältemittel eine wichtige Rolle eingenommen hat. Der Umwelteinfluss von Energieträgern ist unbestritten groß. Natürliche Kältemittel haben die beiden großen Vorteile, einfacher verfügbar und umweltfreundlicher zu sein. Als Nachteile gelten höhere Investitionskosten und ein größerer Planungsaufwand. Nicht nur bei öffentlichen Gebäuden kommt immer öfter Propan als Kältemittel zum Einsatz. Was ist wichtig, wenn wir Wärmepumpen und Kaltwassersätze mit R290 einsetzen?

Was ist das Kältemittel Propan?

Im Gegensatz zu synthetisch hergestellten Kältemitteln wie R32 kommt Propan in der Natur auch ohne menschliches Zutun vor. Wo aus Kohlenwasserstoffen in langen Zeiträumen Erdöl oder Butan entsteht, finden wir beispielsweise auch Propan.

Welches Kältemittel in Wärmepumpen oder Kaltwassersätzen genutzt wird, ist eine wichtige Entscheidung. Weil die Kältemittel sehr unterschiedliche Eigenschaften haben, beeinflussen sie die Kosten, den Einsatzbereich und den Energieverbrauch einer Anlage. Vergleicht man die Eigenschaften von Propan mit anderen Kältemitteln, fällt hauptsächlich auf, dass es

• eine niedriges globales Erwärmungspotential (GWP=3) und
• kein Ozonabbaupotential (ODP=0) hat sowie
• hochentzündlich und gering toxisch (Sicherheitsklasse A3) ist.

Warum überhaupt Propan einsetzen?

Seine Eigenschaften als Kältemittel ähnelt dem synthetischen Kältemittel R22, sein Temperaturverhalten ist mit dem von R134a vergleichbar. Beispiel: Propan setzt Swegon im Kühlfall energieeffizient für Vorlauftemperaturen zwischen -10°C und +18°C ein.

Die europäische F-Gase-Verordnung soll besonders umweltschädliche Kältemittel Stück für Stück aus der Verwendung drängen. Dafür (1) verbietet sie bestimmte Kältemittel bereits, andere dürfen (2) nicht mehr in neue Anlagen eingebracht oder die Verwendung bestimmter Kältemittel (3) muss aufwändig gemeldet werden. Weil sich immer mehr Länder hohe Klimaziele setzen, sind sich alle Fachleute einig, dass die F-Gase-Verordnung weiter verschärft werden wird. Warum ist dies für die Verwendung von Propan wichtig? Das Kältemittel R290 hat einen sehr geringen Umwelteinfluss (GWP=3, ODP=0). Experten gehen davon aus, dass nur noch Kältemittel mit einem GWP unter 150 (wirtschaftlich) langfristig zukunftssicher sind.

Exkurs: Was ist GWP, ODP, TEWI?

GWP = Global Warming Potential, die Referenzgröße CO2 hat einen GWP von 1

ODP = Ozone Depletion Potential (Ozonabbaupotential), Referenzgröße Trifluormethan hat einen ODP von 1

TEWI = Total equivalent warming impact (direkter + indirekter Treibhauseffekt)

 Beispiele (Mehr Informationen zu TEWI in einem separaten Blogbeitrag)

Wirtschaftlichkeit

Wie wirtschaftlich eine Wärmepumpe oder Kaltwassersatz ist, hängt von mehreren Faktoren ab. Die Hauptrollen spielen

• Anfangsinvestition und Förderung
• Planungs- und Installationsaufwand
• Betriebskosten

Anfangsinvestition

R290 Geräte müssen höhere Sicherheitsstandards erfüllen, was zu teureren Komponenten führt. Also ist der Herstellerpreis einer Propananlage höher, als der einer Anlage mit beispielsweise R32. Jedoch profitieren umweltfreundlichere Anlagen auch von höheren Förderungen.

Beispielinvestition:

Reversible Wärmepumpen, ca. 83kW Heizleistung mit Inverterverdichter und EC Ventilatoren

Maschine mit R32 :        ca. 28.050.- Euro

Maschine mit R290 :      ca. 40.800.- Euro                Diff 12.750.-

 Reversible Wärmepumpe, ca. 130kW Heizleistung mit Inverterverdichter und EC Ventilatoren

Maschine mit R32 :        ca. 33.900.- Euro

Maschine mit R290:       ca. 55.390.- Euro                Diff 21.490.-

Förderung

Falls eine Wärmepumpe in einem Bestandsgebäude eine alte Ölheizung ersetzt, fördert die Bundesförderung energieeffiziente Gebäude (BEG) diese Maßnahme mit bis zu 45% als Direktzuschuss. Bei Kaltwassersätzen kommt die BAFA Kälte-Klima ins Spiel. Dort ist sogar die Planungsleistung Förderbestandteil.

Beispielhafter Ablauf der Förderung nach Kälte-Klima-Richtlinie (Quelle: KKA)

Beispielhaft die Förderung für die oben beschriebene 83 kW Kältemaschine mit R290:

(1248 x 83^-0,2964 + (-67)) x 83 = 22.395 EUR

Legende:

F=(A*X^B + C)*X

A, B, C: Anlagenspezifische Koeffizienten

X: Kälteleistung in kW

Planung, Installation und Betrieb

Die Anlagen- und Betriebssicherheit spielt nicht nur bei Planungen mit Propan-Anlagen eine zentrale Rolle. Aufstellflächen, Kältemittelmengen, Zugänge, Abstände etc. sind bei jeder Planung eines Kaltwassersatzes bzw. einer Wärmepumpe wichtig. Die Hauptvorgaben liefern DIN EN378, DIN EN 60079-14 und die Betriebssicherheitsverordnung (2009/104/EG).

Besondere Anlagenkomponenten

Weil das Kältemittel Propan die Sicherheitsklasse A3 aufweist, muss der Anlagenhersteller bestimmte Sicherheitsvorkehrungen treffen. Beispielsweise muss die Elektrik separiert ausgeführt sein, um Zündquellen zu vermeiden, oder Leckagesensoren die Anlage abschalten und eine Entlüftung einleiten können.

Aufstellungshinweise bei Propan-Wärmepumpen

Die Aufstellungsplanung folgt der DIN EN 378 bzw. VDMA 24020. Mittels EN378 Teil 1 sind Zugangsbereiche und Aufstellorte je nach Sicherheitsklasse des verwendeten Kältemittels zu ermitteln. Ebenfalls einzuhalten sind Abstände, Ablaufsicherungen, Beschilderung und Schutzmaßnahmen (Wie zum Beispiel Ramm – bzw. Anfahrschutz). Bei Propananlagen führt dies in den meisten Planungen zur Außenaufstellung mit einem Zugangsbereich, zu dem nur befugte Personen Zutritt haben.

Betrieb und Pflichten des Betreibers

Der Betrieb eine Propan-Wärmepumpe ist nicht aufwändiger als der einer Wärmepumpe mit synthetischem Kältemittel. Weil Propan natürlich ist, kann man sogar davon ausgehen, dass die Beschaffung und Verfügbarkeit einfacher als bei synthetischen Kältemitteln ist.

Zu den Aufgaben des Anlagebetreibers gehört eine Gefährdungsbeurteilung durch eine sicherheitstechnische Begutachtung eines unabhängigen Sachverständigen. Zudem sichert der Betreiber den bestimmungsgemäßen und sicheren Betrieb der Anlage durch regelmäßige Wartungen mittels Fachpersonal.

Fazit

Vor der Planung einer R290 Wärmepumpe muss niemand Angst haben. Der geringe Umwelteinfluss des Kältemittels und die hohen Fördersummen machen sie sogar besonders interessant. Mit dem richtigen Industriepartner und unter Beachtung der relevanten Richtlinien ist die Planung, die Installation und der Betrieb solcher Anlagen ökologisch und ökonomisch attraktiv.