Verwendung, Neuregelungen und Verbote von Kältemitteln

Der folgende Beitrag liefert Ihnen eine Orientierungshilfe zu den aktuell gängigen Kältemitteln. Durch die letzte Revision der F-Gase-Verordnung, der EU-Verordnung Nr. 2024/573 über fluorierte Treibhausgase, ergeben sich wichtige Regelungen bezüglich derzeit noch verbreiteter Kältemittel. Mehrere dieser Stoffe werden je nach Anwendung in den kommenden Jahren verboten sein.

Als Betreiber von Kälte- und Klimaanlagen sowie Wärmepumpen finden Sie im Folgenden einige grundlegende Informationen zu Kältemitteln und können den Stand Ihrer Anlagen damit leicht einordnen. Somit erhalten Sie auch eine gute Entscheidungshilfe in der Frage Umrüstung oder Neuanschaffung Ihrer Anlagen.

Kältemittel und ihre wichtigsten Eigenschaften

Laut gängiger Definition sind Kältemittel Medien, die in einer Kältemaschine oder Wärmepumpe durch Verdampfung einem Medium Wärme entziehen können und somit Kälte herstellen. Zu beachten ist zunächst, dass es sich bei Kältemitteln nicht um Kühlmittel handelt. Letztere sind in der Lage, bestehende Kälte zu transportieren oder Wärme abzuführen, während ein Kältemittel eingesetzt wird, um Kälte zu erzeugen.

Besonders wichtig bei Kältemitteln sind ihre thermodynamischen Eigenschaften. Zunächst darf ein Kältemittel keinesfalls einfrieren. Das Mittel soll in der Lage sein, im Verdampfer bei allen Betriebstemperaturen und bei möglichst geringer Druckabsenkung ausreichend stark verdampfen zu können. Die Verdampfungswärme (Enthalpie) soll möglichst hoch sein, um mit möglichst kleinem Volumenstrom eine bestimmte Kälteleistung erzielen zu können.

Auch die kritische Temperatur muss hoch genug sein. Um die Temperatur bei der Verdampfung möglichst konstant zu halten, sollte der Temperaturgleit des Kältemittels sehr gering oder gar nicht vorhanden sein. Dies ist vor allem bei Einstoffkältemitteln oder auch bei „azeotropen“ Gemischen gegeben, die trotz unterschiedlicher Siedepunkte ein Entmischen beim Sieden vermeiden.

Um die Verflüssigung der Kältemittels im Kondensator zu ermöglichen, sollte ein nicht zu hoher Druck nötig sein. Zudem sollte ein Kältemittel eine möglichst hohe volumetrische Heizleistung aufweisen: Hierdurch kann der Volumenstrom geringgehalten werden und ein Gerät bzw. eine Anlage kompakter gebaut werden.

Weitere positive Anwendungseigenschaften

• nicht brennbar/explosiv
• nicht gesundheitsschädlich
• ökologisch unbedenklich (keine oder geringe Treibhauswirkung, keine ozonschädigende Wirkung)
• gute Verträglichkeit mit anderen im System verwendeten Materialien
• niedrige Viskosität der Flüssigkeit für möglichst gute Fließeigenschaften

Da kaum ein Kältemittel alle wünschenswerten Eigenschaften zugleich aufweist, müssen in der praktischen Anwendung so gut wie immer Einschränkungen hingenommen werden bzw. es ist ein gewisser Aufwand erforderlich, um unerwünschte Eigenschaften zu kompensieren. Vielfach gleicht – je nach Anlage bzw. Maschine – eine positive Eigenschaft eines Mittels eine andere, negative Eigenschaft aus.

So gibt es beispielsweise giftige oder ätzende Kältemittel, die jedoch eine hohe Verdampfungswärme erzielen können und daher gerne angewendet werden. Wegen der gesundheitsgefährdenden Eigenschaften werden dann, sofern machbar, entsprechende Sicherheitsvorkehrungen getroffen. Bei anderen Stoffen wird wiederum – sofern es die Sicherheitsvorschriften zulassen – eine Brennbarkeit zu Gunsten eines geringen Treibhauspotenzials akzeptiert.

Von der jeweiligen Anwendung ist abhängig, ob man sich für oder gegen ein bestimmtes Kältemittel mit seinen spezifischen Eigenschaften entscheidet. Da viele unterschiedliche Kältemittel im Einsatz sind, sollten die jeweiligen Vor- und Nachteile stets gegeneinander abgewogen werden.

Bezug von fluorierten Kältemitteln

Für den Bezug ist oft eine spezielle Zertifizierung (Betriebszertifizierung oder personenbezogene Zertifizierung) notwendig. Diese erteilen die jeweils zuständigen Landesämter für Umwelt. Fachbetriebe für Kälte- und Klimatechnik müssen ihre Betriebszertifizierung oder personenbezogene Zertifizierung vorlegen, um fluorierte Kältemittel vom Großhandel zu beziehen. Ein Verkauf der Kältemittel an nicht zertifizierte Betriebe oder Personen ist verboten.

Halogenfreie Alternativen zu F-Gasen

Um die umweltrelevanten Nachteile der fluorierten Kohlenwasserstoffe zu umgehen, kommt der Einsatz von nicht halogenierten (chlorierten oder fluorierten) Kohlenwasserstoffen (Flüssiggasen) in Betracht, z. B. die Kältemittel R 290 und R 1270. Substanzen wie Propan, Propen und Butan sind weder ozon- noch klimaschädlich und zudem ungiftig. Ihr wesentlicher Nachteil besteht darin, dass sie brennbar und (sofern sie in höherer Konzentration in die Luft gelangen) explosiv sind.

Entsprechend aufwändig sind die Sicherheitsvorkehrungen und technische Maßnahmen, die erforderlich werden, um diese Stoffe vorschriftskonform und ohne Gefährdung zu verwenden. Einen weiteren Nachteil der Kohlenwasserstoffe stellt ihre große Öllöslichkeit mit den üblicherweise verwendeten Schmierstoffen dar.

Ammoniak, verwendet z. B. im Kältemittel R 717, kommt bereits seit längerer Zeit in industriellen Anlagen und Kleinanlagen sowie in Absorptionswärmepumpen zum Einsatz. Jedoch hat sich die Verbindung von Stickstoff und Wasserstoff als verbreitete Alternative zu den halogenierten Kohlenwasserstoffen nicht durchgesetzt. Ammoniak hat zwar überzeugende thermodynamische Eigenschaften, ist jedoch stark giftig und verträgt sich schlecht mit anderen Materialien; so korrodiert es z. B. in Verbindung mit Wasser Metalle (Kupfer).

Als weitere mögliche halogenfreie Alternative zu den klimaschädigenden Kältemitteln wird auch CO₂ gesehen (Kältemittel R 744). Kohlendioxid besitzt zwar ebenfalls eine klimaschädigende Wirkung, diese ist jedoch weit schwächer als die von F-Gasen. Zudem benötigt man eine relativ geringe Menge an CO₂, um Kälteaggregate und Wärmepumpen damit zu betreiben.

CO₂ ist außerdem nicht brennbar und recht kostengünstig zu erwerben. Zudem weist es mehrere günstige kältetechnische Eigenschaften auf, vor allem eine hohe volumetrische Kälteleistung. Nachteilig ist bei diesem Kältemittel, dass es einen relativ hohen Druck und damit eher aufwändige Aggregate (starke Rohrleitungen, erhöhter Materialaufwand) benötigt, um verflüssigt werden zu können.

Halogenhaltige Alternativen

Wie bereits am Beispiel von R 1234yf als mögliche Alternative zu R 134a beschrieben, richtet sich die Aufmerksamkeit der Hersteller und Betreiber inzwischen stark auf Kältemittel aus der Gruppe der Hydro-Fluor-Olefine (HFO) und auf HFO-Gemische. Diese sogenannten „Low GWP-Kältemittel“ überzeugen zunächst durch ihr sehr geringes Treibhauspotenzial; auch weisen sie vielfach ähnliche Eigenschaften auf wie die derzeit noch verbreitet eingesetzten F-Gase.

Ihre größten Nachteile bestehen in der – wenn auch geringfügigen - Brennbarkeit. Weitere ungünstige Eigenschaften sieht man in der z.T. zu geringen volumetrischen Kälteleistung, dem z.T. vergleichsweise hohen Temperaturglide bei der Verwendung in Gemischen und der erhöhten Druckgastemperatur. Nicht zuletzt sind die Kosten für HFO und ihre Gemische noch recht hoch, zudem ist noch keine umfassende Verfügbarkeit sichergestellt.

Die Verordnung (EU) Nr. 2024/573 über fluorierte Treibhausgase und künftige Verschärfungen der Verbote von F-Gasen

Die Novellierung zur F-Gase-Verordnung (Verordnung (EU) Nr. 2024/573 über fluorierte Treibhausgase, kurz F-Gase-Verordnung) ist am 11. März 2024 in Kraft getreten. Sie sieht vor, die Emissionen fluorierter Treibhausgase des Industriesektors weiterhin drastisch zu senken.

Damit verbunden ist – neben einer teilweisen Verschärfung der Regelungen zu Dichtheitsprüfungen, Zertifizierung, Entsorgung und Kennzeichnung – vor allem eine verschärfte schrittweise Beschränkung (Phase down) der jährlichen Mengen an teilfluorierten Kohlenwasserstoffen (HFKW), sodass bis zum Jahr 2050 die Quote der derzeitigen Verkaufsmengen (CO2-Äquivalente) auf 0 % abgesenkt wird. Zudem werden Verwendungs- und Inverkehrbringungsverbote für bestimmte F-Gase drastisch verschärft, um klimafreundlichere Alternativen anstelle von F-Gasen zu forcieren.

Damit Sie die Konsequenzen für Ihr Unternehmen schnell einschätzen können, stellen wir Ihnen hier einen GWP-Rechner zur Verfügung. Mithilfe des Rechners können Sie ganz einfach feststellen, wie hoch der GWP-Wert der von Ihnen verwendeten Kältemittel ist und welche Konsequenzen für Sie damit verbunden sind.

Einschränkungen und Verbote für Kältemittel

Mit der novellierten F-Gase-Verordnung gibt es für das Inverkehrbringen von Erzeugnissen und Einrichtungen, die F-Gase enthalten, zahlreiche Verschärfungen.

Für die Verwendung als Kältemittel gelten z-T. unterschiedliche Verbotstermine je nach Anlagenart und GWP-Wert des eingesetzten Kältemittels.

Weiterhin fallen die HFO-Kältemittel (z. B. R 1234yf, R 1234ze) künftig unter die Regelungen der F-Gase-Verordnung. So gelten beispielsweise die Sachkundeanforderungen nach Art. 10 sowie die Pflichten zur regelmäßigen Dichtheitskontrolle nach Art. 5 auch für Anlagen mit HFO-Kältemittel. Diese sind ab 1 kg Inhalt an HFO durchzuführen bzw. ab 2 kg bei hermetischen Anlagen (in Wohngebäuden ab 3 kg). Für HFKW-Anlagen sind unverändert 5 t (bzw. 10 t bei hermetischen Anlagen) CO2-Äquivalent die Untergrenze. Zu beachten ist, dass viele der neueren Kältemittelgemische HFO-Anteile enthalten, so dass evtl. schon die 1 kg-Mengenschwelle für die Dichtheitskontrollen greifen kann.

Verwendung von F-Gasen für bestehende Anlagen (Artikel 13 der F-Gase-VO)

Wie bereits in der F-Gase-VO von 2014 geregelt, ist seit 2020 die Verwendung von F-Gasen mit einem GWP ≥ 2500 (Frischware) ab 40 t GWP-Äquivalent zur Instandhaltung oder Wartung von Kälteanlagen verboten. Die neue F-Gase-VO kennt nun keine Untergrenze mehr: Ab dem 1. Januar 2025 ist die Verwendung von fluorierten Treibhausgasen mit einem GWP ≥ 2 500 zur Instandhaltung oder Wartung von Kälteanlagen jeglicher Art verboten (Ausnahmen: Militär und Anwendungen mit t0 < ‑50°C). Ausnahmen betreffen hier die Verwendung von recyceltem und aufbereitetem Kältemittel bis 01.01.2030.

Für die Instandhaltung oder Wartung von bestehenden ortsfesten Kälteanlagen (außer Chillern) darf darüber hinaus ab 01.01.2032 kein neu produziertes Kältemittel mit GWP ≥ 750 verwendet werden. Die Verwendung von recyceltem und aufbereitetem Kältemittel (mit GWP unter 2.500) ist weiterhin möglich.

Für bestehende Klimaanlagen und Wärmepumpen gilt das Verbot ab 01.01.2026 von F-Gasen mit einem GWP > 2500 (Frischware). Ausgenommen ist recyceltes und aufbereitetes Kältemittel (bis 01.01.2032).

Ihre Nachricht an uns

Sie möchten mehr über unsere Leistungen erfahren? Füllen Sie hierzu einfach das Kontaktformular aus – wir freuen uns auf Ihre Anfrage.