Die Online-Konferenz"Green Cooling Summit" vom 25. bis 27. Mai 2021 brachte verschiedene Akteursgruppenaus der Kälte-und Klimatechnikbranche zusammen und vermittelteein umfassendes Bild zum Thema nachhaltige Kühlung. Veranstalter waren das Umweltbundesamt, die Deutsche Gesellschaft für internationale Zusammenarbeit (GIZ) und das Bundesministerium für Umwelt Naturschutz und nukleare Sicherheit.Der "Summit" bot einenÜberblick zur Frage, wie der HFKW Phase-down gemäß des Beschlusses von Kigali zum Montrealer Protokoll am besten mit der Nutzung vonnatürlichen Kältemitteln und verbesserter Energieeffizienz umgesetzt sowie politisch und technisch beschleunigt werden kann. Seitens der Vortragenden und Teilnehmenden wurde ein breites Kompetenzspektrum abgebildet. Sie repräsentierten politische Entscheidungsträger, Wissenschaftler, technische Beraterund Hersteller nachhaltiger Kühl-und Klimatechniken. Die Konferenz erstreckte sich über drei Tage, wobei jeder Tag einem anderen Schwerpunktthema gewidmet war. Der erste Tag konzentrierte sich auf die politischen Ansätze zur Umsetzung des HFKW Phasedown mit natürlichen Kältemitteln. Nachhaltige Kühl-und Klimatechniken sowie die sichere Nutzung natürlicher Kältemittel standen am zweiten Tag im Fokus. Am letzten Tag wurden neueste Forschungsergebnisse zu verschiedenen Themen, welche für Kühlung und Klimatisierung relevant sind, vorgestellt und diskutiert. Während der Konferenz konnten die Teilnehmenden auf die begleitende Veranstaltungsplattform zugreifen, dieu.a.mit einer virtuellen Messe,einer Kontaktvermittlungsoption und einer Auswahl an Videos zu klimafreundlichen Kühltechniken aufwartete. Die Einblicke und gute-Praxis-Beispiele, welche auf der Konferenzpräsentiert wurden, boten eine gute Grundlage die derzeitige Praxis im Kälte-/Klimabereich einer kritischen Überprüfung zu unterziehen und ermöglichten den Teilnehmerinnen und Teilnehmern, sich ein Bild von nachhaltigen Kühlungskonzepten, Standards und politischen Ansätzen zu machen. Insgesamt zeigten die Vorträge und Diskussionen, dass natürliche Kältemittel eine ökonomisch tragfähige und ökologisch nachhaltige Option darstellen, teilfluorierte Kohlenwasserstoffe (HFKW) und teilhalogenierte Fluorchlorkohlenwasserstoffe (HFCKW) zu ersetzen und damit das HFKW Phase-down gemäß des Beschlusses von Kigali zum Montrealer Protokoll einzuhalten. Es wurde jedoch auch deutlich, dass die bloße Einhaltung des Beschlusses nicht ausreichend ist, um einen ausreichend wirksamen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten. Folgerichtig haben manche Staaten und Unternehmenbereits angekündigt, über die Ziele des Beschlusses von Kigali hinauszugehen, zum Beispiel der Inselstaat Grenada, der anstrebt, die erste HFKW-freie Insel der Welt zu werden. Der belgische Lebensmitteleinzelhändler Colruyt plant eine vollständige Umstellung seiner Märkte auf natürliche Kältemittel bereits bis zum Jahr 2030. Der überwiegende Teil der Vortragenden und Podiumsdiskussionsteilnehmenden stimmten darin überein, dass der Ersatz halogenierter Kältemittel durch natürliche jetzt erfolgen muss und keinen Aufschub duldet. Regierungshandeln wurde oft als einer der wichtigsten Faktoren für die breite Anwendung natürlicher Kältemittel genannt. Dies beinhaltet - Eine zeitnahe Umsetzung des Beschlusses von Kigali und beschleunigter HFKW Phase-down, - Anreize für die Nutzung von Techniken mit natürlichen Kältemitteln wie etwa verminderter Importsteuer und Förderprogramme (wie z.B.in Ghana), - Einschränkung und Verbotder HFKW-Nutzung (wie in der EU F-Gas-Verordnung EU umgesetzt), um einen verlässlichen Rahmen für Hersteller und Endverbraucher zu gewährleisten und - Weiterbildung von Kältetechnikern und Kapazitätsaufbau im Kälte-/Klimasektor. Nach Einschätzung einiger Sachverständiger liegt das Marktpotential von Anlagen und Geräten mit natürlichen Kältemitteln im gesamten Kälte-/Klimasektor zwischen 75 und 85 %. Andere gehen sogar davon aus, dass ein vollständiger Ersatz von HFKW nicht nur möglich, sondern folgerichtig ist. Anlagen und Geräte mit natürlichen Kältemitteln sind deutlich energieeffizienter (20-50 %) im Vergleich zu HFKW-Techniken. Im Fall von R290-Monosplit-Klimageräten ist ein Energieeffizienzvorteil von 10 bis 16 % in Abhängigkeit der Außentemperaturen im Vergleich zu R22-Gerätenzu verzeichnen. Interessanterweise weisen auch gewerbliche HFKW-Anlagen, die auf R290 (Propan) umgerüstet wurden, eine verbesserte Energieeffizienz auf. Solche Umrüstungen erfordern sorgfältige Begutachtung und Sicherheitsmaßnahmen, um die potentielle Brandgefahr auszuschließen. Der sichere Einsatz brennbarer Kältemittel wurde nicht als Hindernis, sondern eher als Herausforderung angesehen, dermit einem angemessenem Anlagenkonzept und technischen Maßnahmen wie etwa Gassensoren, Außenaufstellung und mehreren Kältekreisläufen in Flüssigkeitskühlern um die Füllmenge zu reduzieren, begegnet wird. Die Brennbarkeit ist in internationalen Normen sehr restriktiv adressiert, Änderungen sind jedoch bereits auf den Weg gebracht, z.B. in der Gerätenorm IEC 60335-2-40. Die überarbeitete Norm erleichtert den Einsatz von R290-Splitgeräten, auch bei solchen mit größerer Nennkälteleistung (bis zu 15 kW). Der informelle Sektor in Entwicklungsländern wird als Sicherheitsproblem wahrgenommen, da unzureichend ausgebildete Techniker ohne Zertifizierung oft in unangemessener Art und Weise mit brennbaren Kältemitteln umgehen. In mehreren Wortmeldungen und Diskussionen wurde angemerkt, dass die Überbetonung der Sicherheitsaspekte und die Aufschiebung des Übergangs zu natürlichen Kältemitteln nicht auf wissenschaftlichen Erkenntnissen basiert bzw. auf einen Mangel an halogenfreien Kühltechniken zurückzuführen ist. Dies ist vielmehr dem Eigeninteresse der Kältemittelindustrie geschuldet, welche die Vermarktung ihres Produktportfolios über entsprechende Einflussnahme auf die Normung vorantreibt, unter anderem auch durch die Errichtung von Hindernissen für natürliche Kältemittel. Darüber hinaus werden diese Profitinteressen seitens einiger Vertragsstaaten des Montrealer Protokolls unterstützt. Die Gewinnspannen natürlicher Kältemittel, welche teilweise Nebenprodukte der Öl-und Gasgewinnung sind oder im Falle von CO2(R744) aus Emissionengewonnen werden, sind vergleichsweise niedrig. Folglich werden diese von Herstellern von synthetischen Kältemitteln nicht in Betracht gezogen. Neueste Erkenntnisse zum Verbleib des ungesättigten HFKW-1234ze, welcher als Kältemittel und Treibmittel in der Polyurethanschaumherstellung verwendet wird, zeigten, dass dieser in der Atmosphäre zunächst zu Trifluoracetaldehyd (CF3COH) und anschließend zu HFKW-23 mit einer Ausbeute von 9 bis 12% abgebaut wird.Das bedeutet, dass die Klimawirkung von HFKW-1234ze mit einem GWP (Global Warming Potential) von 1.400 insgesamt deutlich größer ist als bisher angenommen. Dieser Befund wird dadurch gestützt, dass er in der Lage ist, den kürzlich beobachteten Anstieg der HFKW-23-Konzentration in der Atmosphäre zu erklären. HFKW-1234ze wird als Alternative für R134a (GWP=1.430) eingesetzt. Dieser Sachverhalt zeigt, dass falsche Entscheidungen bei der Auswahl der Anlagentechnik getroffen werden, wenn bei der Einschätzung der Umweltwirkung von Kältemitteln deren atmosphärische Zerfallsprodukte nicht berücksichtigt werden. Der urbane Hitzeinseleffekt, der den thermischen Komfort und die Gesundheit von Stadtbewohnern erheblich beeinträchtigt, kann durch Begrünung (Baumpflanzung, Errichtung grüner Fassaden und Dächer), blaue Infrastruktur (Teiche, Seen, Brunnen), Minderung von anthropogenen Wärmequellen, Verschattung und weitere Maßnahmen reduziert werden. Während die einen Sachverständigen angeben, dass Hitzeinseln die thermische Behaglichkeit in Innenräumen beeinflussen, gehen andere davon aus, dass dies zumindest im gemäßigten Breiten eher vernachlässigbar ist. Der Einfluss von Maßnahmenpaketen gegen den Hitzeinseleffekt ist relativ klein (1 bis 2 K) wenn lediglich Außenlufttemperaturen betrachtet werden. Im Gegensatz dazu können erhebliche Effekte von -10 K und mehr insbesondere durch Verschattungsmaßnahmen wie Baumpflanzungen und Sonnensegel beobachtet werden, wenn der Indikator Physiologisch äquivalente Temperatur (PET) herangezogen wird. Quelle: Forschungsbericht
<p> <p>Das fluorierte Kältemittel R1234yf wird in immer höheren Konzentrationen in der Atmosphäre nachgewiesen. Es entweicht vor allem aus Pkw-Klimaanlagen und zunehmend auch aus stationärer Kälte-Klima-Technik. Die extrem wasserlösliche, algengiftige und schwer abbaubare Trifluoressigsäure – ein Abbauprodukt von R1234yf – gelangt über Niederschläge in Gewässer. Das UBA rät zum Umstieg auf Alternativen.</p> </p><p>Das fluorierte Kältemittel R1234yf wird in immer höheren Konzentrationen in der Atmosphäre nachgewiesen. Es entweicht vor allem aus Pkw-Klimaanlagen und zunehmend auch aus stationärer Kälte-Klima-Technik. Die extrem wasserlösliche, algengiftige und schwer abbaubare Trifluoressigsäure – ein Abbauprodukt von R1234yf – gelangt über Niederschläge in Gewässer. Das UBA rät zum Umstieg auf Alternativen.</p><p> <p>Seit dem 1. Januar 2017 dürfen neue Klimaanlagen von Pkw und leichten Nutzfahrzeugen nur noch mit Kältemitteln mit einem kleinen Treibhauspotenzial (unter 150) befüllt werden. Als Ersatzkältemittel wird seit 2011 vor allem der brennbare fluorierte <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/stoff">Stoff</a> R1234yf verwendet. Bisher entwickelten erst zwei Pkw-Hersteller Klimaanlagen mit dem natürlichen Kältemittel Kohlendioxid für ausgewählte Pkw-Modelle.</p> <p>Bereits im Jahr 2012 hatte die Schweizer Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) in 3.580 m Höhe am Jungfraujoch R1234yf in der Luft nachgewiesen. Im Jahr 2015 berichtete die Empa über ihre Ergebnisse der kontinuierlichen atmosphärischen Messungen von drei neu eingeführten halogenierten Stoffen: R1234yf, R1234ze(E) und 1233zd(E). Diese Stoffe werden vor allem als Ersatz für klimaschädliche Kältemittel und zur Kunststoffschäumung eingesetzt. Die aktuellen Auswertungen der Empa-Messungen bis Ende 2018 zeigen nun, dass die neuen Stoffe immer öfter und in höheren Konzentrationen in der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/atmosphaere">Atmosphäre</a> nachweisbar sind.</p> <p>Für R1234yf wird eine atmosphärische Lebensdauer von etwa 2 Wochen angenommen. In der Atmosphäre bildet sich aus dem Kältemittel vor allem Trifluoressigsäure (TFA). Eine Studie unter Beteiligung der Empa aus dem Jahr 2012 schätzt die zukünftig zu erwartenden TFA-Emissionen auf bis zu 19.000 Tonnen pro Jahr, die in die Umwelt gelangen, wenn alle Pkw in Europa mit R1234yf-Anlagen ausgerüstet sind. Eine <a href="https://www.umweltbundesamt.de/node/86286">aktuelle Studie im Auftrag des Umweltbundesamtes </a>untersuchte heutige und zukünftige Emissionsmengen von fluorierten Gasen und das Vorkommen von TFA im Niederschlag. Die <a href="https://www.umweltbundesamt.de/node/87792">Ergebnisse </a>zeigen, dass die TFA-Einträge in die Umwelt bereits angestiegen sind mit den neuen, kurzlebigen fluorierten Kältemitteln weiter steigen werden.</p> <p>Die extrem wasserlösliche und algengiftige Säure wird mit den Niederschlägen in die Gewässer eingetragen, sie gilt als persistent, das heißt schwer abbaubar. Mit den üblichen Reinigungsmethoden ist TFA aus dem Wasser nicht entfernbar. Die zuständigen Behörden der Bundesländer befassen sich seit einiger Zeit intensiver mit diesem Stoff, der auch aus anderen Quellen wie Industrie und Landwirtschaft in die Umwelt eingetragen wird. Aus Vorsorgegründen sollte der TFA-Eintrag in die Gewässer aus allen Quellen minimiert werden.</p> <p>Daher rät das Umweltbundesamt, auf fluorierte Kältemittel wie R1234yf zukünftig zu verzichten und stattdessen auf umweltverträglichere Stoffe und Verfahren zu setzen. Für viele Anwendungen gibt es Alternativen mit natürlichen Kältemitteln wie Kohlendioxid, Kohlenwasserstoffen, Ammoniak oder Wasser. Für Pkw-Klimaanlagen bietet sich zum Beispiel das Kältemittel Kohlendioxid an. Es ist nicht brennbar. Im Gegensatz zu R1234yf, das im Brandfall und an heißen Oberflächen giftige Stoffe wie Fluorwasserstoff und Carbonylfluorid bilden kann – ein Sicherheitsrisiko für Insassen und Rettungskräfte.</p> </p><p>Informationen für...</p>
Bei Omnibussen mit herkömmlichen R134a-Klimaanlagen werden durch Leckagen, Unfälle oder Wartungsarbeiten aufgrund der großen Kältemittelfüllmenge erhebliche Mengen des synthetischen Kältemittels freigesetzt. Dies stellt einen beachtlichen Beitrag zur direkten Emission von Treibhausgasen dar, der durch den Einsatz des alternativen Kältemittels CO2 vermieden werden kann. Allerdings treten beim Kältemittel CO2 üblicherweise hohe Drosselverluste auf, die sich jedoch durch die Verwendung eines Ejektors anstelle eines herkömmlichen Expansionsventils reduzieren ließen. Neue Herausforderungen an zukünftige Klimatisierungssysteme für Omnibusse bestehen aber nicht nur in der Kühlung, sondern auch in der bedarfsgerechten Bereitstellung von Heizleistung, da durch die Optimierung der Dieselmotoren im Winter oftmals nicht mehr ausreichend Motorabwärme zur Beheizung des Fahrgastraums zur Verfügung steht. Neben der Verwendung von Brennstoffzuheizern ist die Beheizung des Businnenraums auch durch einen Betrieb der Klimaanlage im Wärmepumpenmodus möglich. Gegenstand des beantragten Projekts ist daher die Erforschung, Entwicklung und Optimierung einer umschaltbaren CO2-Klima-Wärmepumpenanlage für Stadtbusse, wobei erstmals untersucht werden soll, wie ein Ejektor in einer solchen Anlage effizient eingesetzt werden kann. Die optimale Auslegung der Anlagenkomponenten und die Untersuchung ihrer gegenseitigen Beeinflussung, sowie die Optimierung des Heizkonzepts stellen dabei wesentliche Teilaspekte des Projekts dar.
In theoretischen Studien konnte gezeigt werden, dass Ejektorkreisläufe großes Potential besitzen, die Kälte- und Heizleistung von CO2-Klima- und Wärmepumpenanlagen zu erhöhen, bzw, bei gleicher Leistung diese effizienter bereitzustellen. Die Diskrepanz zwischen theoretisch ermittelten und experimentell bestimmten Ejektoreffizienzen erfordern aber weitere detaillierte experimentelle Untersuchungen zu Ejektorkreisläufen. Aufgrund der gegenseitige Beeinflussung aller Anlagenkomponenten erfordert die technische Umsetzung von Ejektorkreisläufen in Stadtbussen zudem eine neue Dimensionierung und Optimierung aller Anlagenkomponenten, und gegebenenfalls auch des Anlagendesigns.