Das Kältemittel Propan bietet in Kälte- und Klimasystemen eine hohe Energieeffizienz und langfristige Verfügbarkeit, stellt aber besondere Anforderungen an Planung, Auslegung und Betrieb. Welche Erfahrungen Secon mit brennbaren Kältemitteln gesammelt hat und warum Sicherheitskonzepte entscheidend sind, erläutert Philipp Glaser, Technischer Vertrieb bei der Secon GmbH, für cci Wissensportal.
cci Zeitung: Herr Glaser, seit der Unternehmensgründung 2010 setzt Secon ausschließlich auf natürliche, brennbare Kältemittel. Welche besonderen technischen und energetischen Vorteile bietet beispielsweise R290 gegenüber anderen Kältemitteln?
Philipp Glaser: R290, also Propan in Kältemittelqualität, hat sehr gute thermodynamische Eigenschaften. Damit lassen sich bei einer passenden Systemauslegung in Kältesystemen hohe Wirkungsgrade und Arbeitszahlen erreichen. Gleichzeitig sind die Drucklagen vergleichsweise moderat und Propan ist mit den in der Kältetechnik üblichen Werkstoffen sehr gut verträglich. Für uns ist aber nicht nur die Energieeffizienz entscheidend. R290 hat ein GWP von 0,02, ist PFAS-frei und steht damit nicht unter dem gleichen regulatorischen Druck wie fluorierte Kältemittel. Gerade bei Anlagen mit langen Lebensdauern und hoher Verfügbarkeit ist das ein wichtiger Punkt.
Technisch lässt sich R290 in einem sehr breiten Temperaturbereich einsetzen. Für Kühlanwendungen sind Vorlauftemperaturen von -25°C bis +25°C möglich. Bei Secon nutzen wir Propan beispielsweise für Klima- und Prozesskühlung, von kleineren Anlagen bis hin zu Kälteleistungen im Megawattbereich. Für bestimmte tiefere Temperaturbereiche kommen je nach Anwendung weitere reine Kohlenwasserstoffe wie R1270 (Propen), oder R170 (Ethan) zum Einsatz. Für den höheren Temperaturbereich bei Wärmepumpen von >70 °C setzen wir ergänzend R600a (Isobutan) ein.
cci Zeitung: Sie haben als Referent bei cci Schulung gesagt: „Propan ist nicht das Risiko. Unwissenheit ist es.“ Welche typischen Wissenslücken oder Fehlannahmen beobachten Sie in der Praxis beim Umgang mit R290?
Glaser: Eine typische Fehlannahme ist, dass brennbar und leicht entzündlich gleichbedeutend sind mit explosiv und gefährlich. Wir arbeiten seit 2010 ausschließlich mit natürlichen, brennbaren Kältemitteln und haben inzwischen mehr als 2.000 Anlagen mit reinen Kohlenwasserstoffen im Einsatz. Unsere Erfahrung zeigt, dass sich Propan mit einem durchdachten Sicherheitskonzept absolut sicher anwenden lässt. Was wir in der Praxis immer wieder sehen, sind Unsicherheiten bei der Bewertung von Kältemittelfüllmengen, Aufstellbedingungen, möglichen Leckagewegen und Zündquellen. Dabei sind genau diese Punkte entscheidend. Man muss sich fragen: Wo kann Kältemittel austreten? Wohin kann es gelangen? Welche Konzentration kann sich im ungünstigsten Fall bilden? Und welche potenziellen Zündquellen befinden sich in diesem Bereich?
Für die Sicherheit ist das Zusammenspiel der gesamten Anlage entscheidend. Deshalb setzen wir unter anderem auf mehrere Kältekreise, geringe Füllmengen je Kältekreis sowie – abhängig von Bauart und Aufstellung – Gasdetektion und Havariebelüftung. Auch bei Wartung und Service muss man wissen, womit man arbeitet. Eine Anlage muss nicht nur im normalen Betrieb sicher sein, sondern auch bei Wartungen und der Instandhaltung.
Propan ist also nicht das Risiko, sondern die falsche Anwendung in Folge von Unwissenheit ist es. Wenn man die Eigenschaften des Kältemittels kennt und von Anfang an berücksichtigt, lässt sich damit sehr zuverlässig arbeiten.
cci Zeitung: Wie muss ein R290-System ausgelegt sein, damit das Risiko im bestimmungsgemäßen Betrieb beherrschbar bleibt? Welche Sicherheitsmaßnahmen sind aus Ihrer Sicht unverzichtbar?
Glaser: Zunächst ist es empfehlenswert die Kältemittelfüllung so gering wie möglich zu halten. Bei unseren Anlagen erreichen wir das unter anderem durch die Aufteilung auf mehrere Kältekreise. Mit einer Füllmenge von lediglich rund 2,5 kg Propan erreichen wir Kälteleistungen bis etwa 85 kW. Damit reduziert sich die maximal mögliche Freisetzung des Kältemittels innerhalb eines einzelnen Kreises. Danach ist die gesamte Anlage zu betrachten: Komponenten für brennbare Kältemittel, Druckabsicherung, die konstruktive Ausführung des Kältemittelkreises.
Wichtig ist außerdem die Betrachtung des konkreten Aufstellortes. Eine Anlage kann nicht unabhängig davon ausgelegt werden, ob sie beispielsweise im Freien, in einem Maschinenraum oder in einem anderen Innenbereich steht. Deshalb führen wir die entsprechende Risikoanalyse und Aufstellungsprüfung projektspezifisch durch. Die Anforderungen der DIN EN 378 „Kälteanlagen und Wärmepumpen – Sicherheitstechnische und umweltrelevante Anforderungen“ sind dabei eine wesentliche Grundlage.
Das Entscheidende ist: Man sollte nicht versuchen, die Brennbarkeit von Propan mit einer einzigen Sicherheitseinrichtung zu lösen. Die Sicherheit entsteht somit aus dem gesamten Anlagenkonzept.
cci Zeitung: Secon verfügt nach eigenen Angaben über ein langjährig bewährtes Sicherheitskonzept. Wie sieht dieses Konzept konkret aus?
Glaser: Unser Sicherheitskonzept beginnt bereits bei der Konstruktion. Wir arbeiten nicht mit einer Standardanlage, die anschließend irgendwie für Propan angepasst wird. Die Anlagen werden auf den jeweiligen Betriebspunkt ausgelegt. Bei R290 spielt die Aufteilung der Leistung auf mehrere Kältekreise um somit eine geringe Füllmenge je Kältekreis zu erhalten, eine wichtige Rolle. Auch die Abführung einer möglichen Kältemittelfreisetzung und die Druckabsicherung müssen entsprechend berücksichtigt werden. Danach geht es um die Fertigung und Prüfung. Jede Anlage wird vor der Auslieferung einem Prüfstandslauf mit Funktionsprüfung unterzogen. Mit der Auslieferung ist das Thema natürlich nicht beendet. Montage, Inbetriebnahme, Wartung und Service müssen ebenfalls auf das eingesetzte Kältemittel abgestimmt sein. Deshalb gehört für uns auch die Qualifikation der Installateure und der Betreiber zum Gesamtkonzept.
cci Zeitung: Propan wird zunehmend auch in Großwärmepumpen und industriellen Kälteanlagen eingesetzt. Welche Erfahrungen haben Sie mit der Akzeptanz bei Betreibern, Planern und Genehmigungsbehörden gemacht?
Glaser: Die Akzeptanz hat sich in den vergangenen Jahren deutlich verändert. Als wir 2010 mit unserem konsequenten Fokus auf natürliche Kältemittel begonnen haben, war R290 in vielen größeren Anwendungen noch ungewohnt. Heute kommen Betreiber und Planer zunehmend mit konkreten Projekten auf uns zu, bei denen A3-Kältemittel von Anfang an Bestandteil der Planung sind auch in Bezug auf die Fördermöglichkeiten.
Bei größeren Anlagen ist die Brennbarkeit natürlich ein Thema, welches ernst genommen werden muss. Das ist auch richtig so. Entscheidend ist aus unserer Sicht aber, dass man die Diskussion auf die konkrete Anlage und die tatsächlichen Rahmenbedingungen führt.
Wenn wir frühzeitig in ein Projekt eingebunden sind, können wir erforderlichen Sicherheitsmaßnahmen bereits in der Planung berücksichtigen. Dadurch lassen sich viele Fragen klären, bevor die Anlage überhaupt gebaut wird. Auch bei Genehmigungsprozessen hilft eine saubere technische Dokumentation. Wenn nachvollziehbar dargestellt ist, wie die Anlage ausgelegt ist, welche Füllmengen vorhanden sind und wie eine mögliche Leckage beherrscht wird, schafft das eine ganz andere Akzeptanz.
cci Zeitung: Sie haben erst kürzlich auf dem Chillventa Congress über Rechenzentrumskühlung mit R290 gesprochen. Warum ist Propan gerade für Rechenzentren interessant?
Glaser: Rechenzentren sind eine interessante Anwendung, weil hier mehrere Anforderungen zusammenkommen: hohe Verdampfungs- und Verflüssigungstemperaturen, hohe Leistungsdichte, maximale Ausfallsicherheit, hohe Anforderungen an die Verfügbarkeit und höchste Effizienz. R290 bietet hier extrem gute Voraussetzungen. Gerade im Kontext eines rasanten Ausbaus der RZ-Kapazitäten ist eine effiziente Kälteerzeugung unerlässlich. Hinzu kommt das sehr niedrige Treibhauspotenzial von R290 und die Tatsache, dass R290 keine PFAS enthält oder bildet. Bei einer Infrastruktur, die auf lange Betriebszeiten ausgelegt ist, spielt auch die langfristige Verfügbarkeit des Kältemittels eine Rolle. Dies ist ein Faktor, der von vielen RZ-Betreibern leider immer noch unterschätzt wird. Nur so ist es zu erklären, dass bei vielen RZ-Projekten noch immer PFAS-haltige HFO-Kältemittel als nachhaltige Lösung betrachtet werden. Glücklicherweise gibt es zumindest im deutschsprachigen Raum immer mehr Betreiber, die konsequent auf natürliche Kältemittel setzen.
Ein weiterer Punkt ist die Möglichkeit, die Anlage entsprechend der benötigten Verfügbarkeit modular aufzubauen und mit einer freien Kühlung auszustatten. Bei Secon können alle RZ-Maschinen mit bis zu vier unabhängigen Kreisläufen und gleichzeitig mit einer integrierten Freikühlung ausgestattet werden. Dadurch lassen sich Leistung und Redundanz an die Anforderungen des jeweiligen Rechenzentrums anpassen und sehr hohe saisonale Effizienzwerte erreichen.
Natürlich ist bei einem Rechenzentrum auch die Sicherheit besonders wichtig. Dies gewährleisten wir durch die konsequente Anwendung unseres bewährten Sicherheitskonzepts.
cci Zeitung: Die F-Gas-Verordnung beschleunigt den Umstieg auf Kältemittel mit niedrigem Treibhauspotenzial. Was muss aus Ihrer Sicht noch geschehen, damit natürliche und insbesondere brennbare Kältemittel sicher und breiter eingesetzt werden können?
Glaser: Ein zentraler Punkt ist die weitere normative Klarstellung der Anforderungen an Bau, Installation und Betrieb von Maschinen und Anlagen mit brennbaren Kältemitteln. Die Verabschiedung des vorliegenden Revisionsentwurfs der DIN EN 378 wäre hierfür ein großer Fortschritt. Bei der ersten Abstimmung Ende vergangenen Jahres stimmten jedoch nicht genügend Länder zu. Eine weitere Abstimmung war ursprünglich bereits für den Sommer dieses Jahres vorgesehen. Nach unseren Informationen ist auch in diesem Verfahren der Einfluss bestimmter internationaler Maschinen- und Kältemittelhersteller deutlich spürbar, die einer stärkeren Verbreitung natürlicher Kältemittel aus kommerziellen Interessen entgegenwirken möchten. Wir hoffen, dass sich letztendlich die Einsicht durchsetzt, dass das Wohl aller nicht den Interessen einzelner Großkonzerne zum Opfer fallen darf und der Revisionsentwurf noch dieses Jahr ohne weitere Aufweichungen angenommen wird.
Ein weiterer entscheidender Punkt ist das geplante PFAS-Verbot durch die europäische REACH-Verordnung. Zum Schutz unserer Umwelt und unserer Gesundheit hoffen wir, dass es ein weitreichendes und zügiges Verbot aller PFAS-haltigen Kältemittel geben wird. Die Alternativen in Form von natürlichen Kältemitteln stehen bereits für fast alle Anwendungen bereit. Das RAC hat erfreulicherweise bereits im März dieses Jahres eine pauschale Ausnahme für Kältemittel abgelehnt. Realistisch ist zwar nicht vor 2028 mit einem Inkrafttreten von REACH-Beschränkungen zu rechnen, aber immerhin geht der Prozess weiter voran und jeder Investor sollte sich bereits heute gut überlegen, ob er noch in Anlagen mit synthetischen Kältemitteln investieren möchte.
Die Fragen stellte Torsten Wiegand.
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