Praktischer Einsatz von Kohlenwasserstoffen

Zwei Kälteanlagenbauermeister nehmen Stellung zu den wichtigsten Fragen zu brennbaren Kältemitteln

Durch die F-Gase-Verordnung (EU) 2024/573, die die Verordnung (EU) Nr. 517/2014 zum 11. März 2024 abgelöst hat, kommt es schon in naher Zukunft zu einer Verknappung der traditionellen Kältemittel für den Neuanlagenbau und für Servicezwecke. Eine seit über hundert Jahren bekannte Alternative für halogenierte Kältemittel sind die Kohlenwasserstoffe, die aufgrund ihrer sehr geringen Umweltrelevanz – ähnlich wie CO2 und Ammoniak – von keiner dieser Verordnungen erfasst werden. Hier gibt es nicht nur einen Stoff, sondern eine ganze Stoffgruppe, die thermodynamisch einen großen Anwendungsbereich abdecken kann. Kritisch stehen viele der Brennbarkeit der Kohlenwasserstoffe gegenüber, die Umfragen zufolge gut die Hälfte der Betriebe als Haupthemmnis für den Einsatz sehen. Im folgenden Beitrag berichten zwei Geschäftsführer von typischen Handwerksbetrieben, die bereits seit mehreren Jahren Kohlenwasserstoffe einsetzen, wie sich die Entscheidungen für die Verwendung von Propan & Co. entwickelt haben und wie die Verwendung in der Praxis erfolgt.

Wie sieht die Situation der aktuell verwendeten Kältemittel aus?

Rockstroh: Die neue F-Gase-Verordnung stellt zwar auch für uns als Kälte- und Klimafachbetrieb eine Herausforderung dar, aber wir sehen sie auch als Chance für Innovationen und mehr Nachhaltigkeit in der Kältetechnik sowie als Anreiz für die fachliche Weiterentwicklung unseres Betriebes. Die Umstellung einer Bestandsanlage erfordert einerseits Investitionen und die Überwindung technischer Hürden, um eine nahtlose Kompatibilität zu gewährleisten, sie ist jedoch andererseits ein entscheidender Schritt hin zu einem umweltverantwortlicheren und energieeffizienteren Betrieb.

Durch die große Bandbreite der mittlerweile im Markt befindlichen Kältemittel setzen wir auch viele H-FKW-Gemische ein, die aber aufgrund ihrer thermodynamischen Eigenschaften, z.B. die hohen Verdichtungsendtemperaturen, nicht universell einsetzbar sind. Kohlenwasserstoffe sind da wesentlich unproblematischer. Die anfängliche Skepsis einiger Kunden gegenüber neuen Kältemitteln ist zwar eine große Herausforderung, die aber mittels Aufklärung, Vertrauen und Sachverstand auf jeden Fall gemeistert werden kann.

Schaaf: Aufgrund der Erfahrungen mit den H-FKW-Gemischen setzen wir in fast allen Neuanlagen – gerade im Bereich Kühlzellen – sowie in sämtlichen Kleinkälteanlagen bis zu 2,5 kg Füllmenge Kohlenwasserstoffe als Kältemittel ein. Dabei verwenden wir überwiegend R290. In Single-Split Klimaanlagen für den privaten und gewerblichen Bereich setzten wir ebenfalls Propan als Kältemittel ein. Hier haben mittlerweile mehrere Hersteller Geräte im Angebot.

Bei Bestandsanlagen haben wir Kältemittel wie R404A oder R449A, wo es aufgrund der Füllmengen und der Aufstellungsbedingungen sicherheitstechnisch möglich war, auch auf R290 umgestellt. Bei Bestandsanlagen – insbesondere Verbundanlagen – ist aufgrund der Größe der Anlagen eine Umstellung nicht so einfach zu realisieren. Hier werden weiterhin F-Gase verwendet. 

Bei einigen größeren Kälte- und Klimaanlagen haben wir eine indirekte Kühlung, sprich Kaltwasser bzw. Sole realisiert und dort dann auch Propan als Kältemittel ­eingesetzt.

Was war/ist die Motivation, Kohlenwasserstoffe einzusetzen?

Rockstroh: Unsere wesentliche Motivation ist es, in erster Linie unseren Kunden eine zukunftsorientierte Lösung anzubieten und somit umweltfreundliche und energieeffiziente Kühlsysteme zu entwickeln. Dies ermöglicht es, sich in einem wettbewerbsintensiven Markt durch individuelle und klimafreundliche Konzepte hervorzuheben.

Schaaf: Durch die neue F Gase-Verordnung haben wir als Handwerksbetrieb fast keine Alternative mehr. Gerade unser Haupteinsatzgebiet, die kleinen und mittleren Kälteanlagen, lässt sich damit zuverlässig abdecken. Wir wollten so früh wie möglich mit den Kohlenwasserstoffen beginnen, damit wir rechtzeitig die notwendigen Erfahrung damit haben.

Als weitere Motivation haben wir festgestellt, dass die thermodynamischen Eigenschaften von Kohlenwasserstoffen einfach sehr gut sind und die Stromaufnahmen nach einer Umstellung deutlich zurückgehen. Auch bei der Umstellung von vielen Anlagen, z.B. mit R404A oder auch noch R22, auf R290 haben wir gute Erfahrungen gemacht. Insgesamt können wir sagen, dass der Weiterbetrieb von bestehenden, aber auch der Betrieb von Neuanlagen, ohne Probleme machbar ist. Im Gegensatz zu verschiedenen aktuellen F-Gas-Gemischen, wo wir leider sehr viel Lehrgeld haben zahlen müssen.

Der Umweltaspekt darf dabei aus meiner Sicht auch nicht unberücksichtigt beiben. Mit den Kohlenwasserstoffen haben wir mehrere Kältemittel, welche sowohl hinsichtlich der direkten Umweltauswirkungen wie auch indirekt über den Energiebedarf für die Umwelt so gut wie unbedenklich sind. Als Vater von zwei Töchtern werden mir diese das eventuell in Zukunft danken.

Wo oder wie wurde sich über die Verwendung von Kohlenwasserstoffen sachkundig gemacht?

Rockstroh: Die Fachkenntnisse über die Planung und den Umgang mit Kohlenwasserstoff-Kältemitteln haben wir durch spezielle Schulungen und Fortbildungen beim IKKE erworben. Da Informationen über die Eigenschaften nicht so weit verbreitet sind wie bei anderen Stoffen, nutzen wir einschlägige technische Software für Berechnungen. Bei komplexeren fachspezifischen Fragen – speziell bei der Umsetzung von größeren Projekten und bei sicherheitstechnischen Fragen – arbeiten wir auch mit Ingenieurbüros zusammen.

Schaaf: Vor dem ersten Einsatz von Kohlenwasserstoffen habe ich als Verantwortlicher einen zwei-tägigen Kurs beim IKKE in Duisburg besucht. Hier wurden alle relevanten Fragen, von der Ölthematik über die Auslegung bis hin zu sicherheitstechnischen Aspekten behandelt – letzteres ist für mich als Geschäftsführer besonders wichtig. Danach war die Umstellung einer kleinen Tiefkühlzelle von vormals R404A auf R290 für uns problemlos machbar.

Wie werden die Sicherheitskriterien bei der Verwendung von Kohlenwasserstoffen als Kältemittel erfüllt?

Rockstroh: In unserem Team werden Anlagen mit Kohlenwasserstoffen nur von vorher geschultem Personal betreut. Das fängt bei der Dimensionierung und der Planung des Aufstellungsorts an und zieht sich über Montage und Inbetriebnahme bis zu den wiederkehrenden Wartungen wie ein roter Faden. Wichtig ist, den Mitarbeitern die Angst zu nehmen, ohne dass sie den Respekt vor den Kohlenwasserstoffen verlieren. Wir halten uns streng an die gesetzlichen und berufsgenossenschaftlichen Vorgaben. Darüber hinaus bilden sich unsere Mitarbeiter stets in allen Bereichen weiter, um damit einen noch sicheren Arbeitsalltag zu schaffen.

Allgemein sind wir, meine Mitarbeiter und ich, gerne bereit die Brennbarkeit von diversen Kohlenwasserstoffen in Kauf zu nehmen. Die Risiken sind bekannt und, entsprechende Schulungen vorausgesetzt, gut zu beherrschen. Im Vergleich dazu sehen wir die chemische Instabilität von einigen F-Gasen und die dadurch resultierende Entstehung von toxischen Stoffen z.B. beim Löten eher kritisch. Sowohl was die Arbeitssicherheit der Techniker angeht als auch in Anbetracht der Risiken für die Umwelt.

Schaaf: Der Einsatz von Kohlenwasserstoffen bei Neu- und Bestandsanlagen erfolgt bei uns in enger Absprache mit dem Endkunden. Die Erfahrungen dabei sind durchweg positiv und ich muss dazu sagen, dass die meisten unserer Kunden von der Beratung und unseren vorgeschlagenen, zukunftsfähigen Lösungskonzepten sehr angetan sind.

Technisch gesehen bauen wir alle Anlagen dauerhaft geschlossen. Alle Verbindungen werden gelötet und bei allen Bauteilen wie Expansionsventilen, Trocknern, Schaugläsern etc. verzichten wir konsequent auf Bördel-Verbindungen. In Verdampfern mit elektrischen Abtauheizungen werden zusätzlich FI-Schutzschalter eingesetzt. Und natürlich halten wir die maximalen Füllmengen ein. Aber wir haben die Erfahrung gemacht, dass durch diese Ausführungen in fast allen Bereichen bis zu 2,5 kg eingesetzt werden können. Damit lassen sich problemlos im TK-Bereich bis zu 10 kW und im NK-Bereich bis zu 14 kW realisieren.

Nach Möglichkeit werden die Kälteaggregate nach draußen gesetzt. Bei größeren Füllmengen werden, wo es gefordert wird, Gaswarngeräte in Verbindung mit ATEX-Lüftern eingesetzt.

Wie kritisch ist die Verwendung von Kohlenwasserstoffen hinsichtlich der Arbeitssicherheit bei Wartungs- und Reparatur­arbeiten?

Rockstroh: Im Rahmen von durchzuführenden Arbeiten an Anlagen mit Kohlenwasserstoffen haben wir stets einen genauen Blick auf die Gefährdungsbeurteilung. Das bedeutet zum Beispiel, dass nur vorher geschultes, sachkundiges Personal an den Anlagen arbeitet und keine Maßnahmen ergriffen werden, ohne die vorgeschriebenen Sicherheitsmaßnahmen einzuhalten. Das fängt zum Beispiel mit dem Tragen eines mobilen Gaswarners am Körper an. Diese kennt man häufig schon aus dem Umgang mit Ammoniak. Sie schlagen bei Kohlenwasserstoffen an, sodass der Techniker frühzeitig entsprechende Maßnahmen ergreifen kann.

Danach folgt die Aufstellung eines ATEX-Lüfters. Dieser wird aufgestellt, um eine ausreichende Luftdurchmischung zu garantieren, sodass sich kein zündfähiges Gemisch bilden kann. Darüber hinaus gibt es kein ergänzendes oder spezielles Werkzeug, welches zum Einsatz kommen muss. Es muss nur das bereits vorhandene Werkzeug mit entsprechender Eignung bzw. entsprechenden Freigaben vorhanden sein, was aber unproblematisch ist. Hierunter fallen zum Beispiel elektrische Betriebsmittel wie Akku-Schrauber, Absauganlagen und Vakuumpumpen.

Zu guter Letzt ist es natürlich ebenfalls wichtig, beim Arbeiten mit brennbaren Stoffen stets einen kühlen Kopf zu bewahren und nicht in Routinen zu verfallen.

Schaaf: Aus unserer Sicht und unserer Erfahrung können wir nach mehreren Jahren sagen: annähernd unkritisch wie bei den traditionellen F-Gasen.

Alle unsere Mitarbeiter, wie auch ich selbst, gehen mit dem normalem, gesunden Menschenverstand an die Sache ran. Auch bei Anlagen mit F-Gasen muss man meiner Meinung nach genauso vorsichtig umgehen wie bei Kohlenwasserstoffen. Hier sind vornehmlich die Lötarbeiten zu nennen.

Bei Kohlenwasserstoffen muss man im Reparaturfall besonders drauf achten, dass das ganze Kältemittel vorher abgesaugt wird, um die Entstehung von gefährlichen Gas-Luftgemischen zu vermeiden. Das minimiert die Brandgefahr so weit, dass wir in dieser Hinsicht keine Gefährdung mehr sehen. Bei F-Gasen muss dies ebenfalls gemacht werden, denn die Zersetzungsprodukte, die entstehen, wenn F-Gase verbrennen, schätzen meine Mitarbeiter und ich um einiges gefährlicher ein, als eine kleine Stichflamme, die bei Kohlenwasserstoffen entstehen kann.

In welchen Bereichen/Anlagenkonzepten werden Kohlenwasserstoffe eingesetzt?

Rockstroh: Grundsätzlich können Kohlenwasserstoffe in vielen Bereichen eingesetzt werden, wo auch F-Gase üblicherweise eingesetzt worden sind. Das bedeutet, dass sowohl Direkt- als auch Indirektverdampfungsanlagen für Kohlenwasserstoffe möglich sind. Hierbei können im Direktverdampfungsbereich sowohl Plus- als auch Tiefkühlung abgedeckt werden, was die Kältemittel-Logistik vereinfacht. Indirekte Verdampfung findet man vorrangig bei Flüssigkeitskühlsätzen, die mittlerweile ausschließlich mit R290 angeboten werden.

Die technischen Anwendungsbereiche von Kohlenwasserstoffen werden hier nur durch Vorgaben, beispielsweise zur Aufstellung und Empfehlungen für die maximalen Füllmengen, eingeschränkt. Allerdings kommt dem Einsatz von Kohlenwasserstoffen entgegen, dass nur ca. 40% der Füllmenge von F-Gasen erforderlich sind.

Schaaf: Wir setzen Kohlenwasserstoffe mittlerweile in sämtlichen Kälte- und Klimaanlagen ein. Von der klassischen Kleinkälte, wie der typischen Bäckereikühl- oder Schanktheke über Kühlzellen bis hin zu Single-Split Klimaanlagen. Und natürlich indirekt mit Wasser oder Sole als Kälteträger in größeren Verbundanlagen. Damit ersetzen wir klassische, größere Kälteanlagen oder auch Klimaanlagen.

Sind nur Neuanlagen gebaut worden oder sind auch Bestandsanlagen auf Kohlen­wasserstoffe umgerüstet worden?

Rockstroh: Unsere erste Kälteanlage mit Kohlenwasserstoffen, eine kleine R290-Thekenkühlung, haben wir 2018 aufgestellt. Die erste Umrüstung einer Bestandsanlage erfolgte bereits ein Jahr später. Seitdem haben wir neben vielen Flüssigkeitskühlsätzen schätzungsweise 90 Kleinkälte-Anlagen mit Füllmengen zwischen 500 g und 2,5 kg geplant, aufgestellt oder umgerüstet.

Eine häufig gestellte Frage dazu ist, wie es mit der Gewährleistung z.B. für den Verdichter aussieht. Neue R290-Verdichter haben eine ganz normale Gewährleistung und bei der Umrüstung einer Bestandsanlage spielt diese ohnehin keine Rolle mehr. Das ist vom verwendeten Kältemittel unabhängig.

Die Kleinanlagen unter 500 g Füllmenge zählen wir nicht mehr. Darunter fallen sowohl Normal- als auch Tiefkühlanlagen hauptsächlich im Leistungsbereich von 100 W bis 5.000 W.

Schaaf: Wir haben zuerst einige Anlagen von z.B.R404A oder R507A auf Propan umgestellt. Außerdem einige Kaltwassersätze und Wärmepumpen, welche mit R407C betrieben worden sind. Dabei haben wir keine Probleme mit dem vorhandenen Öl festgestellt. Allerdings müssen die Anlagen technisch angepasst werden.

Als Beispiel wie das technisch bewerkstelligt wird, nenne ich hier eines unserer letzten Projekte: der Austausch einer Bestandsanlage für eine TK-Zelle mit einer Kälteleistung von 8 KW, die ursprünglich mit R507A betrieben wurde.

Der Verflüssigungssatz befand sich vor der Umstellung im Außenbereich. Auf Kundenwunsch wurde das neue Kälteaggregat in eine große Lagerhalle oben auf die Kühlzelle gesetzt. Dadurch konnte man im Winter die Abwärme des Verflüssigungssatzes als kleine Zusatzheizung nutzen.

Sämtliche mechanische Thermostate im Inneren der TK-Zelle wurden ausgebaut und durch eine elektronische Regelung mit zwei Fühlern außerhalb des Kühlraums ersetzt. Die vorhandenen Abtauheizungen wurden über einen zusätzlichen FI-Schutzschalter abgesichert. Das neue R290-Expansionsventil und das neue Magnetventil wurden als Lötausführung außerhalb der Kühlzelle montiert. Am Bestandsverdampfer wurden alle lösbaren Verbindungen sowie Schrader-Anschlüsse ausgetauscht, so dass der Verdampfer hermetisch dicht war. Sämtliche Druckschalter und Bördel Verbindungen wurden ausgetauscht und verlötet. Der vorhandene 25 l-Sammler wurde durch einen 2 l-Sammler ersetzt.

Die Anlage hat nun eine Füllmenge von 1,7 kg Propan – im Gegensatz zu knapp 14 kg R507A vor der Umstellung. Außerdem konnte der Strombedarf im Vergleich zu der bestehenden Anlage um gut 15 % gesenkt werden. Sowohl der Kunde wie auch wir haben bei dieser Füllmenge keine Bedenken, dass dort im normalen Betrieb jemals etwas passieren kann.

Wie sehen die bisherigen Erfahrungen bei der Verwendung von Kohlenwasserstoffen aus?

Rockstroh: Generell haben wir festgestellt, dass die Anlagen nach einer ordnungsgemäßen Auf- oder Umstellung und einer korrekten Einstellung aller Regelorgane keinerlei kältetechnische Probleme machen. Nach der Inbetriebnahme können wir im laufenden Betrieb von keinerlei Ausfällen, Problemen oder Leckagen berichten. Dies ist aus unserer Sicht eine Konsequenz da­raus, dass z.B. R290 kein Gemisch ist, keine Säuren bilden kann und eine sehr geringe Heißgastemperatur hat.

Schaaf: Unsere Erfahrungen können wir durchweg als sehr positiv bezeichnen. Mit den Kohlenwasserstoffen – vornehmlich R290 – hat man weder einen Temperatur-Glide noch Entmischung bei auftretenden Leckagen. Leckagen haben wir bei Kohlenwasserstoffen ohnehin nur ein einziges Mal erlebt, wobei diese Leckage sehr klein war. Eine korrosionsbedingte Undichtigkeit an einem Verdampfer, wo aber aufgrund der Größe des Raumes, der zudem keine Zündquellen aufwies, nichts passieren kann. Die Füllmengen der Anlagen sind generell sehr gering, was bei den Endkunden auch ein willkommenes Argument ist. Bei einigen Anlagen, welche von uns umgestellt wurden, haben wir den Stromverbrauch über einige Monate gemessen und konnten teilweise einen um bis zu 20 % geringeren Energiebedarf feststellen.

Wie werden die Einsatzmöglichkeiten von Kohlenwasserstoffen in der Zukunft eingeschätzt und wie kann die BAFA-Förderung eingesetzt werden?

Rockstroh: Wir glauben, dass Kohlenwasserstoffkältemittel durch ihre breit gefächerten Einsatzmöglichkeiten in der Zukunft immer mehr Anwendung finden werden. Hierzu bedarf es allerdings, wie bereits erwähnt, Weiterbildungen und natürlich stets ein wachsames Auge im Umgang mit den Stoffen. Wir gehen davon aus, dass wir in Zukunft rund 90 % der Anlagen mit Kohlenwasserstoffkältemitteln planen und bauen werden. Damit sind wir nicht allein, denn auch andere Betriebe, mit denen wir kooperieren, gehen ähnliche Wege.

Die BAFA-Förderung kann auf verschiedene Weise genutzt werden. Aktuell machen wir von dieser Möglichkeit auf zwei Arten Gebrauch:

Zum einen beantragen wir BAFA-Förderungen für die Installation neuer Anlagen, wie beispielsweise Kaltwasseranlagen, die mit dem Kältemittel R290 betrieben werden. Diese Strategie hat es uns ermöglicht, uns in den letzten Jahren gut im Markt zu platzieren. Außerdem nutzen wir die Förderung für den Umbau oder die Umstellung bestehender Kälteanlagen. Hierfür müssen allerdings bestimmte Voraussetzungen erfüllt sein.

Durch diese Ansätze konnten wir nicht nur unsere Technologien und unsere Dienstleistungen verbessern, sondern auch einen Beitrag zum Umweltschutz leisten, indem wir energieeffizientere Lösungen anbieten.

Schaaf: Wenn die Großhändler und Hersteller in der Kältebranche endlich mit auf den Zug aufspringen würden, wären wir heute schon um einiges weiter beim Thema Kohlenwasserstoffe. Aus unserer Sicht sind die Kälteanlagenbauer und auch die Anlagenbetreiber der Thematik gegenüber sehr offen. Wir werden in Zukunft nur noch auf Kohlenwasserstoffe setzen und auch alle anderen Kältefirmen und Anlagenbetreiber sollten darüber nachdenken.

Die BAFA-Förderung nutzen wir im Kundengesprächen als Ass im Ärmel. Im Endeffekt entscheiden am Ende immer die Kosten. Wenn höhere Investitionskosten von der BAFA-Förderung aufgefangen werden – in Verbindung mit geringeren Betriebskosten – sind die Anlagenbetreiber mehr als überzeugt.

André Rockstroh

Der 38-jährige André Rockstroh ist einer der Geschäftsführer und Mitgründer der GKKT ­Gesellschaft für Kälte Klima Technik mbH. Sein Werdegang begann 2002 mit dem Beginn seiner Ausbildung im Kälteanlagen­bauerhandwerk, welche er 2006 abschloss und 2010 mit einem Meistertitel vervollständigte. Die GKKT – neben André Rockstroh auch unter der Leitung von Karl Fuchs – ist ein mittelständischer Kälte-Klima-Fachbetrieb mit Sitz im Kölner Stadtteil Vogelsang. Der Fokus des Unternehmens liegt in den Bereichen Kälte-, Klima- und Lüftungstechnik sowie Kaltwassersysteme. Die Kunden kommen vorrangig aus der Industrie und dem Lebensmittelsektor. Darüber hinaus werden auch alternative Lösungen mit innovativen Wärmepumpen nicht nur für gewerbliche, sondern auch für private Haushalte angeboten. Seit der Gründung im Jahr 2012 hat sich der Personalstamm auf mittlerweile über 20 Mitarbeiter erweitert. Dieses Team hat durch die breit gefächerte fachliche Qualifi­kation wesentlich zur positiven Entwicklung des Unternehmens beitragen.

Nino Schaaf

Der 37-jährige Nino Schaaf ist ebenfalls Kälteanlagenbauermeister und einer von drei Geschäftsführern im familiär geführten Betrieb Eppmann und Schaaf GmbH in ­Herzogenrath bei Aachen.
Der Betrieb wurde 1973 von seinem Großvater gegründet und feierte somit 2023 sein 50-jähriges Bestehen als klassischer Handwerksbetrieb im Kälteanlagenbau. Neben Nino Schaaf sind auch sein Bruder Marco Schaaf und sein Vater Gerhard Schaaf als Geschäftsführer tätig. Das Team ist über die Jahre auf zehn festangestellte Mitarbeiter ­angewachsen. Der Kundenstamm von Eppmann und Schaaf weist die typische Struktur eines Handwerksbetriebs im Kälteanlagenbau auf und geht von der Gewerbe- und Industriekälte bis hin in den Bereich Wärmepumpen und Klimaanlagen, die auch für den privaten Sektor angeboten werden.

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