Nachhaltigkeit und Energieeffizienz in der Kälte- und ... Nachhaltigkeit in...ungs(änd erung)...
Transcript of Nachhaltigkeit und Energieeffizienz in der Kälte- und ... Nachhaltigkeit in...ungs(änd erung)...
123.06.18
Nachhaltigkeit und Energieeffizienzin der Kälte- und Klimatechnik
Effizient Kälte einsetzenBremen – 21. Juni 2018
Jörn [email protected]
223.06.18
1. Klimawandel und Klimaschutzpolitik● Klimawandel und Maßnahmen der Bundesregierung● Kälte- und Klimatechnik in der „Energiewende“● Kältemittel und Energieeffizienz
2. Das Kältemittel-Drama● F-Gase-Verordnung und Kigali-Amendment zum Montreal-Protokoll● Einige Details der F-Gase-Verordnung● Kältemittel-Optionen● Anlagenkonzepte
3. Die Kälte-Richtlinie des Bundesumweltministeriums – Grundzüge● Rückblick, Fördermittel bis 2015● Förderrichtlinie 2017: Antragsberechtigung, Maßnahmen, Anforderungen
Inhalt
423.06.18
Verursacher des Klimawandels: Globale Treibhausgase-Emissionen – errechnet auf Basis von Annahmen und mathematischen Modellen –
1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030
10
20
30
40
50
60Tr
eibh
ausg
ase-
Emis
sion
en (
Gt C
O₂-
äq)
EuropaUSA
RusslandJapan
ChinaIndien
CH4
N2O
F-Gase (ODS)
Landnutzungs(änderung)
AsienAfrika
Südamerika
Join
t Res
earc
h Ce
nter
der
EU
; htt
p://
edga
r.jrc
.ec.
euro
pa.e
u, U
NEP
, GW
P (A
R 5)
Emis
sion
Dat
abas
e fo
r Glo
bal A
tmos
pher
ic R
esea
rch
– 20
14
523.06.18
Wirkungen des Klimawandels: Strahlungsantrieb– ermittelt auf Basis globaler Messungen –
Konzentration der Treibhausgase in der Atmosphäre
● werden kontinuierlich im Rahmen von globalen Forschungskooperationen gemessen
● daraus wird die Treibhauswirkung berechnet:
● der sogenannte „Strahlungsantrieb“: ein Maß für die von der Atmosphäre reflektierte Wärmestrahlung auf die Erdoberfläche(zusätzlich zum natürlichen Treibhauseffekt)
● Strahlungsantrieb ist bezogen auf die atmosphärische CO₂-Konzentration zu Beginn der industriellen Revolution (ca. 1750)
1980 1990 2000 20100
1
2
3
Stra
hlun
gsan
trie
b (W
/m²)
2016
CO₂
16,8 %
N₂O FCKW-12 FCKW-11
sonst. THG
US
– N
ation
al O
cean
ic a
nd
Atm
osph
eric
Adm
inist
ra-
tion;
Pot
sdam
Insti
tut f
ür
Klim
afol
genf
orsc
hung
1,9 %5,4 %
65,6 %
6,4 %
CH₄
3,7 %
623.06.18
Auswirkung des Klimawandels: globale Temperatur-Erhöhungbezogen auf den vor-industriellen Mittelwert von 1720 - 1800
1880 1920 1960 2000-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
Abw
eich
ung
von
vorin
dust
rielle
r,gl
obal
er M
ittel
tem
pera
tur (
°C)
clim
ate.
cope
rnic
us.e
u
tgM ≈ 13,53 °C
Globale Mitteltemperatur bis 2006● 2006: Erhöhung ≈ 1,0 °C
723.06.18
Auswirkung des Klimawandels: globale Temperatur-Erhöhungbezogen auf den vor-industriellen Mittelwert von 1720 - 1800
Globale Mitteltemperatur bis 2017● 2006: Erhöhung ≈ 1,0 °C● 2017: Erhöhung ≈ 1,2 °C● 2016: Maximum ≈ 1,3 °C
1880 1920 1960 2000-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
Abw
eich
ung
von
vorin
dust
rielle
r,gl
obal
er M
ittel
tem
pera
tur (
°C)
clim
ate.
cope
rnic
us.e
u
tgM ≈ 13,53 °C
823.06.18
Weltklimavertrag 2015
12. Dezember 2015, 19:28 Uhr
Die Welt einigt sich auf historischen KlimavertragVon Axel Bojanowski
Alle 196 Länder stimmten zu: Beim Klimagipfel in Paris haben sich die Staaten auf ein Abkommengeeinigt, das die Erderwärmung eindämmen soll. Die Beschlüsse betreffen alle Bereiche derGesellschaft.
…
Weniger als zwei Grad
Die Weltgemeinschaft möchte die Erwärmung deutlich unter zwei Grad im Vergleich zum Ende des 19. Jahrhundertshalten; ein Grad ist allerdings bereits erreicht. Es sollen Anstrengungen unternommen werden, die Erhöhung derbodennahen Temperatur auf 1,5 Grad zu begrenzen. …
Schluss mit Treibhausgasen (fast)
Der Höhepunkt der CO2-Emissionen soll so schnell wie möglich erreicht werden, heißt es im Vertrag. …
1023.06.18
2008: Integriertes Energie- und Klimaprogramm der Bundesregierung
● Kraft-Wärme-Kopplung (BMWi) ● Erneuerbare-Energien-Gesetz (BMU) ● Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (BMU) ● Biogaseinspeisung (BMWi)● Novelle des Energiewirtschaftsgesetzes (EnWG / BMWi) ● Eckpunkte: Novelle der Energieeinsparverordnung (BMVBS / BMWi) ● Energetische Sanierung von Gebäuden und sozialer Infrastruktur (BMVBS) ● Energieeffiziente Produkte und Dienstleistungen (BMWi) ● Ausbau von Biokraftstoffen (BMU, BMF, BMELV) ● Umstellung der Kfz-Steuer auf Schadstoff- und CO₂-Basis (BMF) ● Pkw-Energieverbrauchskennzeichnungsverordnung (BMWi) ● Verbesserte Lenkungswirkung der Lkw-Maut (BMVBS) ● Förderung Klimaschutztechnologien in der Kältetechnik... (BMU): Energieeffizienz + „natürliche“ Kältemittel● Energieforschung und Innovation (BMWi, BMU, BMBF, BMVBS, BMELV) ● Fördermaßnahmen aus dem Bundeshaushalt (BMVBS, BMU, BMZ, BMWi, BMBF, BMELV, BMF) ● …
1123.06.18
… nach dem vierten Sachstandsbericht des Weltklimarats von 2008
Begründungen
● Energieversorgungs-Sicherheit
● Klima- und Umweltschutz
● (bezahlbare) Energieversorgung
1223.06.18
Energiekonzept-EinzelzieleEnergieverbrauch und Erneuerbare Energien
2000 2020 20400
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100M
inde
rung
spfa
de E
nerg
ieve
rbra
uch
(%)
Elektro-energie
Primärenergie
Primärenergie Gebäude
Min
dest
-Ant
eil d
er E
rneu
erba
ren
(%)
EndenergieVerkehr
2010 2030 20500
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
an El
ektro
ener
gie
an Bru
tto-En
dene
rgie
Heizwärme
Gebäude
1323.06.18
Nationale Emissionsminderungs-ZieleEnergiekonzept der Bundesregierung von 2010, Klimaschutzplan 2050
Wege
● Dekarbonisierung, Elektrofizierung der Energiewelt
● = (fast) keine Verbrennung von Kohle, Öl, Gas:— Verkehr, Gebäude, Elektroenergie: Null-Emissionen
— produzierende Unternehmen: Rest-Emissionen
● Steigerung der Energieeffizienz und (-suffizienz)
● Umstieg auf Erneuerbare Energien
1990 2010 2030 20500
102030405060708090
100
Trei
bhau
sgas
e-Em
issi
onen
(%)
-40 %-55 %
-70 %
-80 %
-95 %
Minderungspfad
1423.06.18
Nationale Treibhausgase-Emissionen bis 2015Zielverfehlung war frühzeitig absehbar
1990 2000 2010 2020 2030 2040 20500
200
400
600
800
1.000
1.200TH
Ge-
Emis
sione
n, D
(Mt C
O₂-
äq)
CO₂: StromsektorCO₂: SonstigeCO₂: verarbeitend. Gewerbe
CO₂: GHDCO₂: HaushalteCO₂: Straßenverkehr
N₂OCH₄
+ 9 %
Dat
en: B
MW
i, En
ergi
esta
tistik
201
6, U
BA 2
016
1523.06.18
Klimaschutzbericht der Bundesregierung vom 13. Juni 2018BMU Pressedienst 119/18
Zielverfehlung● SOLL-Emissionsminderung 2020: - 40 %● IST-Emissionsminderung 2020: - 32 %● → Handlungslücke ≈ 8 %
Statement der Bundesumweltministerin● „In der Klimapolitik hat es in den vergangenen Jahrzehnten Versäumnisse
gegeben, die man nicht in kurzer Zeit wiedergutmachen kann. ● … ● … wir brauchen klare und verbindliche Vorgaben für jeden Bereich¹. ● Das Gute ist, dass wir die Instrumente kennen, die zum Ziel führen –
erneuerbare Energien oder Elektromobilität zum Beispiel.“
¹ die Kälte-, Klima- und Wärmepumpentechnik ist ein Bereich
1723.06.18
Produzierende und gewerbliche Unternehmen der Kälte- und KlimatechnikQuellen: DKV e. V., DESTATIS
Produzierende Unternehmen in Deutschland 2010● ≈ 1100 Betriebe● ≈ 80 - 100.000 Beschäftigte● Umsatz Industriekälte > 9 Mrd. €/a
Gewerbliche Unternehmen 2017● ≈ 2.300 Kälte/Klima-Fachbetriebe● ≈ 31.000 Beschäftigte● Umsatz ≈ 4,8 Mrd. €/a
1823.06.18
Wichtigste Anwendungen und Temperaturen der Kaltdampfkompressionstechnik
m
+ 50 °C
+ 80 °C
+ 21 °C
+ 5 °C+ 6 °C
0 °C
- 10 °C- 16 °C
- 20 °C
- 25 °C
- 35 °C
- 40 °C
- 54 °C
Wärmepumpen Wärmepumpen
Lebensmittel-kühlung
Lebensmittel-tiefkühlung
EiswasserMolkerei
Eislauf-bahnen
Tiefkühl-Lager
Frosten
Fahrzeug-Klimatisierung
Gebäude-Klimatisierung
ProzesskühlungBrauereien
ProzesskühlungChemie, Pharma
Prüfkammernfür die Industrie
Quelle: GEA
1923.06.18
Anzahl nicht-steckerfertiger Kälte-/Klimaanlagen in DeutschlandSchätzung VDMA 2009
35.555
55.100
172.000
313.000
1,5 %
2,3 %
0,2 %
94.800 4,0 %97.000 4,1 %
135.500 5,8 %
7,9 %
17,9 %
13,3 %
7,3 %
800.000 34,0 % Raumklimasysteme
Rechenzentren
GaststättengewerbeMilchviehbetriebeBeherbergungsgewerbeFleischerhandwerk, einschl. Filialen
420.000
Schaltschrankkühlung
Prozesskälte
Supermärkte, Zentralanlagen
.
Rest: Lebensmitteleinzelhandel, div., Getränkemärkte, Tankstellen, Facheinzelhandel, Pachtkantinen+Caterer, Bäckereien,medizinische Kälte (inst.), Industriekälte, Nahrungsmittelindustrie, Blumenläden, Brauereien, Laboratorien, Großhandel mit Blumen/Pflanzen, Bestattungsinstitute, Großhandel Pharmazie, Apotheken, Kühlhäuser
Σ ≈
2.3
52.0
00
Käl
tean
lage
nK
limaa
nlag
en
Raumlufttechnische Zentraleinheiten
35.555
55.100
172.000
313.000
1,5 %
2,3 %
0,2 %
94.800 4,0 %97.000 4,1 %
135.500 5,8 %
7,9 %
17,9 %
13,3 %
7,3 %
800.000 34,0 % Raumklimasysteme
Rechenzentren
GaststättengewerbeMilchviehbetriebeBeherbergungsgewerbeFleischerhandwerk, einschl. Filialen
420.000
Schaltschrankkühlung
Prozesskälte
Supermärkte, Zentralanlagen
Rest: Lebensmitteleinzelhandel, div., Getränkemärkte, Tankstellen, Facheinzelhandel, Pachtkantinen+Caterer, Bäckereien,medizinische Kälte (inst.), Industriekälte, Nahrungsmittelindustrie, Blumenläden, Brauereien, Laboratorien, Großhandel mit Blumen/Pflanzen, Bestattungsinstitute, Großhandel Pharmazie, Apotheken, Kühlhäuser
Σ ≈
2.3
52.0
00
Käl
tean
lage
nK
limaa
nlag
en
Raumlufttechnische Zentraleinheiten
2023.06.18
Globaler Bestand an Kälte- und Klimaanlagen, 2014,und zukünftige Entwicklungen (ohne Haushaltskühlgeräte und PKW-Klimaanlagen)
Globaler Bestand an Kälte- und Klimaanlagen● mehr als 700 Mio. Anlagen in 2014
(Studie: Alternatives to high GWP in Refrigeration and Air-conditioning Applications, 2014)
1,0 % Wärmepumpen
85,7 % Luft/Luft-Split-Klima-Anlagen
0,02 % Industriekälteanlagen
0,04 % GewerbekälteZentralsysteme
7,9 % GewerbekälteEinzelsysteme
5,0 % GewerbekälteVerflüssigungssätze
Σ = 702 Mio.
ww
w.a
fce.
asso
.fr/e
n-fr
ance
/cop
y-of
-etu
de-s
ur-le
s-al
tern
ative
s-au
x-hf
c-a-
fort
-gw
p
0,4 % Wasserkühlsätze
0,02 % WasserkühlsätzeTurboverdichter
2123.06.18
Globaler Bestand an Kälte- und Klimaanlagen, 2014,und zukünftige Entwicklungen (ohne Haushaltskühlgeräte und PKW-Klimaanlagen)
Globaler Bestand an Kälte- und Klimaanlagen● mehr als 700 Mio. Anlagen in 2014
(Studie: Alternatives to high GWP in Refrigeration and Air-conditioning Applications, 2014)
Studie „Future of Cooling“, IEA – 7.5.2018● 10 % des globalen Elektroenergieverbrauchs wird
gegenwärtig für Klimatisierung aufgewendet● bis 2050 Verdreifachung des Verbrauchs● Grund: steigender Klimatisierungsbedarf in
heißen und gemäßigten Regionen der Welt, Treiber: Bevölkerungswachstum und Klimawandel
● dafür erforderlich: Elektroenergieinfrastruktur aller heutigen Kraftwerke von EU + USA + Japan
1,0 % Wärmepumpen
85,7 % Luft/Luft-Split-Klima-Anlagen
0,02 % Industriekälteanlagen
0,04 % GewerbekälteZentralsysteme
7,9 % GewerbekälteEinzelsysteme
5,0 % GewerbekälteVerflüssigungssätze
Σ = 702 Mio.
ww
w.a
fce.
asso
.fr/e
n-fr
ance
/cop
y-of
-etu
de-s
ur-le
s-al
tern
ative
s-au
x-hf
c-a-
fort
-gw
p
0,4 % Wasserkühlsätze
0,02 % WasserkühlsätzeTurboverdichter
2323.06.18
Kältemittel
Definition: „Arbeitsstoff“ von Kälteanlagen● nimmt bei niedriger Temperatur und
niedrigem Druck Wärme auf● gibt bei höherer Temperatur und
höherem Druck Wärme ab, ● dabei erfolgt eine Aggregats-Zustandsänderung
(Ausnahme Gaskühlung von CO₂)
Technische Bezeichnung von Kältemitteln
Hauptsächlich verwendete Kältemittel● synthetische Kältemittel
(Derivate von Methan und Ethan),in Gewerbekälte- und Klimaanlagen
● Ammoniak (NH₃) in der Industriekälte
Problem der synthetischen Kältemittel● hohe Treibhauswirksamkeit im Vergleich zu CO₂● Emissionen aus immer etwas undichten Anlagen
● → dadurch entsteht— direkter Beitrag zum Treibhauseffekt— (zusätzlich zum indirekten Beitrag durch Emissionen bei
der Erzeugung von Elektroenergie)Anzahl der Fluoratome
Anzahl der Doppelbindungen
Refrigerant (Kältemittel)Isomerie
Anzahl der Wasserstoffatome -1Anzahl der Kohlenstoffatome +1
R-1234_
2423.06.18
Relative Treibhauswirksamkeit synthetischer Kältemittel im Vergleich zu CO₂FCKW sind seit Mitte der 1990er Jahre verboten
R-11 R-12 R-13
R-113 R-114 R-115
R-134a R-143a
R-125 R-404A R-507A R-407C
0 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.0004.750
10.90014.440
6.13010.000
7.370
1.4304.470
3.5003.9004.000
1.800
FCKW
HFKW
IPCC
200
7
2523.06.18
Ökologische Bedeutung der KältemittelEmissionen von Kältemitteln aus stationären Anlagen, D 1995 - 2011
1998 2002 2006 2010
1
2
3
18 %
18 %
17 %
17 %
16 %
16 %
59 % 58
% 58 % 57 %
56 %
55 %
14 %
15 % 15
% 16 % 16
% 16 %
HFK
W-E
mis
s. st
at. K
älte
tech
nik
(Mt C
O₂-
äq)
R-134a
R-404A
R-407C
R-410A
R-23
Entsorgung
> 70 % der Emissionen● R-404 A ● R-134a
Quelle: unveröffentlichte Studie, Ice-TeX
2723.06.18
Leistungseffizienz einer Kältemaschine(umfängliche Darstellung der Leistungsflüsse)
Verdichter
Verflüssiger
Verdampfer
Q̇ c
Q̇ on
PNT
Q̇ HT
Q̇ g
Q̇e
PKl
P =P Hilf,k Fluidtransp.(+ P )(+ P
Abtau
Sonst )
P =P Hilf,w Fluidtransp.(+ PSonst )
PÖlsumpf
PMSR
MessenSteuernRegeln
Drossel
14
3 2
tC
to
tw
tk
.
2823.06.18
Leistungseffizienz einer Kältemaschine(vereinfachte Darstellung)
Heizleistung
Kälteleistung
Antriebsleistung
NutzenAufwand
= Kälteleistung (W)Antriebsleistung (W)
= ε K
NutzenAufwand
= Heizleistung (W)Antriebsleistung (W)
= ε H
dt. Kälteleistungs- oder Heizleistungszahlengl. COP (Coefficient of Performance)
Leistung (Performance) ist Momentanwert: [Watt = Joule/Sekunde]
2923.06.18
Energieeffizienz einer Kältemaschine(vereinfachte Darstellung)
NutzenAufwand
= Σ Kälteenergie (kWh/a)Σ Antriebsenergie (kWh/a)
= β K
NutzenAufwand
= ΣWärmeenergie (kWh/a)Σ Antriebsenergie (kWh/a)
= β H
deutsch: Arbeitszahl für Kühlen oder Heizen
3023.06.18
Kältetechnische Effizienz-Kennzahlenohne Anspruch auf Vollständigkeit
COPr
COPNUC
COPocC
SCOP
COSP
SCOPnet
SEI
EER
SEER
ESEPRTEER
TCOP
IEER
JAZ GAZ
IPLV
PLVHSPF
TEPF
APF
SPF
EJAZAJAZ
SJAZTEC
EEI
SEC
ε β
εW
βW
βK
εK
ηC
ζK
ζW
ζ
COP ESEER
3123.06.18
Energie-Effizienz von Energiewandlungsprozessen – vereinfacht(in Anlehnung an „Grünbuch Energieeffizienz“, Abb. 9, BMWi 2016)
Kältemaschine bzw. Wärmepumpe
● höchste Energieeffizienz und geringste Verluste im Vergleich zu anderen Prozessen
Verbrennungs-motor
VerlusteBrennstoff-energie Antriebsenergie
ElektromotorVerluste
Elektro-energie Antriebsenergie
Gas-, Öl-heizung
VerlusteBrennstoff-
energie Wärme
Verluste
Elektro-energie
Kälte
WärmeKältemaschine
bzw.Wärmepumpe
3223.06.18
Effizienz von einstufigen Kälteanlagen mit verschiedenen KältemittelnStoffdaten-Vergleich, in Abhängigkeit von Verflüssigungs-/Gaskühler-Temperatur
höhere Leistungseffizienz● HFKW-Kältemittel● brennbare, giftige Kältemittel
geringere Leistungseffizienz● CO₂ (Höchstdruck-Kältemittel)
→ zusätzliche technische Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz und/oder der -suffizienz erforderlich
R-404AR-507
R-407CR-410A
R-134a
R-290R-717
t₀ = -10 °Cηis (R-…) = 0,7ηis (CO₂) = 0,7 + 15 %
Kälte
leist
ungs
zahl
ε
Verflüssigungs-/Gaskühler-Temperatur (°C)
2
3
4
1
5
6
7
8
10 20 30 40
CO₂
HFKW:
giftig,brennbar:
3323.06.18
Effizienz von einstufigen Kälteanlagen R-290 (Propan) und CO₂ (R-744)Stoffdaten-Vergleich, in Abhängigkeit von der Verdampfungs-Temperatur
-40 -30 -20 -10 0 10 201
2
3
4
5
6
7
8
Verdampfungstemperatur (°C)
Kälte
leis
tung
szah
l (kW
/kW
)
-38 %
-26 %
∆To2h = 5 K, ΔTc2u = 2 KtC = 35 °C
ηis (R-290) = 0,70
ηis (R-744) = 0,84transkritisch, iWÜ
Ergebnis einer theoretischen Berechnung● R-290 ist R-774 in allen Verdampfungs-
Temperaturbereichen deutlich überlegen● ⇔ R-290 verursacht niedrigere Betriebskosten● aber R-290 ist brennbar
Praktische Ergebnisse● SANDEN hat 2017 Verflüssigungssätze mit R-774
auf den Markt gebracht● … und Leistungseffizienz-Daten dazu veröffentlicht● →
3423.06.18
Vergleich R-290-Anlage mit CO₂-Anlage der Fa. SANDENin Abhängigkeit von der Verdampfungs-Temperatur
-40 -30 -20 -10 0 10 201
2
3
4
5
6
7
8
Verdampfungstemperatur (°C)
Kälte
leis
tung
szah
l (kW
/kW
)
-68 %
-49 % R-744, Sanden
∆To2h = 5 K, ΔTc2u = 2 KtC = 35 °C
ηis (R-290) = 0,70
tLE (R-744) = 32 °C
-47 %
Ergebnis für „Condensing Device Unit M“der Fa. SANDEN
● drehzahlgeregelte, luftgekühlte Verflüssigungssätze mit Scroll-Verdichtern
● ausgeführte CO₂-Anlagen sind deutlich weniger effizient als Anlagen mit R-290
● → Betriebskosten für Energie liegen deutlich höher als bei R-290
● derartige Anlagen werden es schwer haben, sich am Markt zu behaupten
3623.06.18
Energieeffizienz-Potenziale Kälteanlagen
Maßnahme
20…25
bedarfsgerechte Abtauung 5
9
9
3
Effizienzsteigerungs-potenzial [%]
optimierte Regelung, elektr. Expansionsventile
Verdampfungstemperatur3 K höher
Verflüssigungstemperatur 3 K niedriger
Anpassung Verflüssigungs- an Außenlufttemperatur
Die Effizienzsteigerungspotenziale sind nicht beliebig addierbar!
Maßnahme
FU-Steuerung Verdichter 15…20
5 …10
Überflutete Verdampfer 15 … 30innerer Wärmeübertrager 8
Zweistufige Verdichtung 6Korrektes Befüllen (KäM) 6
Verdampferlüfter 3
Effizienzsteigerungs-potenzial [%]
FU-Steuerung Verflüssiger-Ventilator
3723.06.18
Energieeffizienz-Potenziale Supermarkt-Kälteanlagen
Maßnahme
Glasabsperrungen Kühlmöbel 25 … 40Luftfeuchte im Verkaufsraum 18
Lüftermotor außerhalb 10Baldachin 7
Beleuchtung 5Kantenheizung 5
Effizienzsteigerungs-potential [%]
3823.06.18
Simulation eines Jahresenergieverbrauchs einer Kälteanlage
VerdampfermitVentilator
Expan-sions-ventil
Ver-dichtermitMotor
Verflüssigermit
Ventilator
Effizienz hängt ab von:● Kältemittel (Dampfdruckkurve)● Bauart des Expansionsventils● Kühltemperatur● Wirkungsgrad des Verdichters/Motors● Größe der Wärmeübertragerflächen● Betriebsart der Ventilatoren
Jahres-Effizienz (Jahresarbeitszahl β))● Ermittlung nur durch Ganzjahres-Simulation →
3923.06.18
Simulation des Jahresenergieverbrauchs einer Standard-Kälteanlagethermostat. Expansionsvent., mittelgroße Wärmeübertrager, elektr. Abtauung Verdampfer
Jahresenergieverbrauch (kWh)
100 % 84 % 6 %
9 % 0: = -10 °C, = 42 °C t to c
TVX, WÜ = mittel, el. Abt.
Verdichter Verflüssigerventilator VerdampferventilatorAbtauungQuelle: CoolTool
4023.06.18
Simulation des Jahresenergieverbrauchs einer Standard-Kälteanlage1. Änderung des Temperaturhubs, grosse Wärmübertrager
Jahresenergieverbrauch (kWh)
100 % 84 % 6 %
9 % 0: = -10 °C, = 42 °C t to c
TVX, WÜ = mittel, el. Abt.
Verdichter Verflüssigerventilator VerdampferventilatorAbtauung
89 % 82 % 7 %
10 % 1: = -7 °C, = 39 °C t to c
TVX, WÜ = gross, el. Abt.
Quelle: CoolTool
4123.06.18
Simulation des Jahresenergieverbrauchs einer Standard-Kälteanlage2. weitere Absenkung der Verflüssigungstemperatur um 11 Kelvin
Jahresenergieverbrauch (kWh)
100 % 84 % 6 %
9 % 0: = -10 °C, = 42 °C t to c
TVX, WÜ = mittel, el. Abt.
Verdichter Verflüssigerventilator VerdampferventilatorAbtauung
89 % 82 % 7 %
10 % 1: = -7 °C, = 39 °C t to c
TVX, WÜ = gross, el. Abt.
63 % 74 % 9 %
14 % 2: = -7 °C, = 28 °C t to c
TVX, WÜ = gross, el. Abt.
Quelle: CoolTool
4223.06.18
Simulation des Jahresenergieverbrauchs einer Standard-Kälteanlage3. Heissgas-Abtaung vereister Verdampfer, Drehzahlregelung Verflüssiger-Ventilator
Jahresenergieverbrauch (kWh)
100 % 84 % 6 %
9 % 0: = -10 °C, = 42 °C t to c
TVX, WÜ = mittel, el. Abt.
Verdichter Verflüssigerventilator VerdampferventilatorAbtauung
89 % 82 % 7 %
10 % 1: = -7 °C, = 39 °C t to c
TVX, WÜ = gross, el. Abt.
63 % 74 % 9 %
14 % 2: = -7 °C, = 28 °C t to c
TVX, WÜ = gross, el. Abt.
53 % 87 % 11 % 3: = -7 °C, = 28 °C t to c
TVX, WÜ = gross, HGA, Inv. Verfl.
Quelle: CoolTool
4323.06.18
Simulation des Jahresenergieverbrauchs einer Standard-Kälteanlage4. Verwendung elektronischer Expansionsventile
Jahresenergieverbrauch (kWh)
100 % 84 % 6 %
9 % 0: = -10 °C, = 42 °C t to c
TVX, WÜ = mittel, el. Abt.
Verdichter Verflüssigerventilator VerdampferventilatorAbtauung
89 % 82 % 7 %
10 % 1: = -7 °C, = 39 °C t to c
TVX, WÜ = gross, el. Abt.
63 % 74 % 9 %
14 % 2: = -7 °C, = 28 °C t to c
TVX, WÜ = gross, el. Abt.
53 % 87 % 11 % 3: = -7 °C, = 28 °C t to c
TVX, WÜ = gross, HGA, Inv. Verfl.
44 % 83 % 13 % 4: = -7 °C, = 28 °C t to c
EVX, WÜ = gross, HGA, Inv. Verfl.
Quelle: CoolTool
4423.06.18
Simulation des Jahresenergieverbrauchs einer Standard-Kälteanlage5. Drehzahlregelung Verdampferventilator
Jahresenergieverbrauch (kWh)
100 % 84 % 6 %
9 % 0: = -10 °C, = 42 °C t to c
TVX, WÜ = mittel, el. Abt.
Verdichter Verflüssigerventilator VerdampferventilatorAbtauung
89 % 82 % 7 %
10 % 1: = -7 °C, = 39 °C t to c
TVX, WÜ = gross, el. Abt.
63 % 74 % 9 %
14 % 2: = -7 °C, = 28 °C t to c
TVX, WÜ = gross, el. Abt.
53 % 87 % 11 % 3: = -7 °C, = 28 °C t to c
TVX, WÜ = gross, HGA, Inv. Verfl.
44 % 83 % 13 % 4: = -7 °C, = 28 °C t to c
EVX, WÜ = gross, HGA, Inv. Verfl.
42 % 83 % 14 % 5: = -7 °C, = 28 °C t to c
EVX, WÜ = gross, HGA, Inv. Verfl. + Verd.
Quelle: CoolTool
4523.06.18
Minderung von Jahresenergieverbrauch und Emissionen
Kälte-, Klima- und Wärmepumpentechnik ● erhebliche Minderungen möglich in Jahrzehnten● Maßnahmen: in den meisten Fällen wirtschaftlich
Energiekonzept der Bundesregierung von 2010● Emissions-Minderung um 80 – 95 % bis 2050 mit
reiner kältetechnischer Optimierung unmöglich
Weitere Maßnahmen● intelligente Nutzung fluktuierender Energien● → Speicherung von Wärme und Kälte
Speicher
Speicher
Ver-braucher
Ver-braucher
Kälteanlage
4723.06.18
Entwicklung von Kältemittelpreisen 2014 – 2017Quelle: Öko-Recherche, Sept. 2017
Anstiege der Hersteller-Verkaufspreise bis Juli 2017
● R-404A auf 550 %● R-134-a auf 250 %
Hersteller-Verkaufspreis Mitte 2018● ≈ + 1000 % für R-404A ● ≈ + 600 % für R-134a● > ⅔ der Verwendung entfiel in den letzten
20 Jahren auf R-404 A und R-134a
Warum?100
200
300
400
500
600
Proz
ent %
R 404A-
R 134a-
2015 2016 2017MaiApril Juli
4823.06.18
Klimaschutzmaßnahmen in der EU: “F-Gase-Verordnung 2014“ HFKW-Kältemittel-Phase-Down
Phase-Down von 2016 – 2030● Rückgang der Verfügbarkeit von HFKW um 79 %● 2018: Rückgang um 30 Prozentpunkte
CO₂-äq-Kältemittelverwendung, D 2010 – 2015● 36 – 39 % für Kfz.-Klimaanlagen● Verbot von R-134a in Kfz. ab 2017● → kein Problem für stationäre Anwendungen
Erwartungen der Kälte-Branche, Ende 2016● moderater Preisanstieg in den ersten Jahren● uneingeschränkte Verfügbarkeit für alle
stationären Anwendungen bis nach 2020● ausreichend Zeit zum Übergang auf Alternativen
2014 2022 2030 2038 20460
20
40
60
80
100
CO
-äq-
Ver
fügb
arke
it vo
n H
FK
W (
%)
₂-äq-Verfügbarkeit von HFKW (%)
93 %
63 %
4923.06.18
HFKW-Kältemittel-Phase-Down – globalF-Gase-Verordnung 2014 + Kigali-Amendment zum Montreal-Protokoll 2016
Phase-Down von 2019 – 2047● Non-Artikel-5R: Weißrussland, Russland, Kasachstan,
Non-A5R Tadschikistan, Usbekistan
● Non-Artikel-5M: alle anderen UN-Staaten (ohne EU)Non-A5M
Artikel-5-G2: Bahrain, Indien, Iran, Kuwait, Oman, A5-G2 Pakistan, Katar, Saudi Arabien,
Vereinigte Arabische Emirate
Artikel-5-G1: alle anderen EntwicklungsländerA5-G1
Erwartungen der Kälte-Branchekeine Einwirkungen auf Kältemittelmarkt in D
2014 2022 2030 2038 20460
20
40
60
80
100
CO
-äq-
Ver
fügb
arke
it vo
n H
FK
W (
%)
₂-äq-Verfügbarkeit von HFKW (%)
nA5M
nA5R
(FGaseVO)EU
5023.06.18
HFKW-Kältemittel-Phase-Down in der EUF-Gase-Verordnung 2014 + Kigali-Amendment zum Montreal-Protokoll 2016
2014 2022 2030 2038 20460
20
40
60
80
100
CO
-äq-
Ver
fügb
arke
it vo
n H
FK
W (
%)
₂-äq-Verfügbarkeit von HFKW (%)
A5-G1
A5-G2nA5M
nA5R
(FGaseVO)EU
Phase-Down von 2019 – 2047● Non-Artikel-5R: Weißrussland, Russland, Kasachstan,
Non-A5R Tadschikistan, Usbekistan
● Non-Artikel-5M: alle anderen UN-Staaten (ohne EU)Non-A5M
● Artikel-5-G2: Bahrain, Indien, Iran, Kuwait, Oman, A5-G2 Pakistan, Katar, Saudi Arabien,
Vereinigte Arabische Emirate
● Artikel-5-G1: alle anderen EntwicklungsländerA5-G1
F-Gase-Verordnung + Kigali-Amendment● haben globalen Ausstieg aus HFKW eingeläutet● und durch Verknappung Preisanstieg bewirkt● Welche Alternativen gibt es?
5223.06.18
Wirkungen des Klimawandels: Strahlungsantrieb
Globaler Strahlungsantrieb 2016
● ≈ 3 W/m² Erdoberfläche
● Erdoberfläche ≈ 510 · 10¹² m²
● → Pth ≈ 1,53 · 10¹⁵ W
Anteil der Kältetechnik durch HFKW?
1980 1990 2000 20100
1
2
3
Stra
hlun
gsan
trie
b (W
/m²)
2016
CO₂
16,8 %
N₂O FCKW-12 FCKW-11
sonst. THG
US
– N
ation
al O
cean
ic
and
Atm
osph
eric
Ad-
min
istra
tion;
Pot
sdam
In
stitu
t für
Klim
afol
gen-
fors
chun
g
1,9 %5,4 %
65,6 %
6,4 %
CH₄
3,7 %
5323.06.18
Wirkungen des Klimawandels: Strahlungsantrieb
Globaler Strahlungsantrieb 2016
● ≈ 3 W/m² Erdoberfläche
● Erdoberfläche ≈ 510 · 10¹² m²
● → Pth ≈ 1,53 · 10¹⁵ W
Anteil der Kältetechnik durch HFKW● in der Summe ≈ 0,4 %● vernachlässigbar gering
1980 1990 2000 20100
1
2
3
Stra
hlun
gsan
trie
b (W
/m²)
2016
CO₂
16,8 %
N₂O FCKW-12 FCKW-11
sonst. THG
US
– N
ation
al O
cean
ic
and
Atm
osph
eric
Ad-
min
istra
tion;
Pot
sdam
In
stitu
t für
Klim
afol
gen-
fors
chun
g
1,9 %5,4 %
65,6 %
6,4 %
CH₄
3,7 %
0,26 % HFKWstat. Kälte
0,13 % HFKWFzg.Klima
5423.06.18
Pressemitteilungen zum Kigali-Amendment
ZEIT Online – 15.10.2016
Klimawandel: Staaten beschließen Aus für Fluorkohlenwasserstoffe
● Bei den Verhandlungen der Weltgemeinschaft über ein Verbot der klimaschädlichen Fluorkoh-lenwasserstoffe (FKW) ist … eine Einigung erzielt worden.
● Das teilte das Umweltprogramm der Vereinten Nationen (UNEP) in Kigali mit. Die Vertreter von nahezu 200 Ländern verabschiedeten die schritt-weise Abschaffung der etwa in Kühlschränken oder Klimaanlagen zum Einsatz kommenden Gasverbindungen …
● Bei den Gesprächen ging es unter anderem um eine Erweiterung des Protokolls von Montréal.
● An der Konferenz hatte auch US-Außenminister John Kerry teilgenommen. "Es ist ein gewaltiger Schritt nach vorn", sagte Kerry der BBC. "Damit erhalten wir die Möglichkeit, die Erderwärmung um ein halbes Grad Celsius zu verringern."
Bundesumweltministerium – 15.10.2016● Mit der jetzt beschlossenen drastischen Reduk-
tion des HFKW-Einsatzes wird bis zum Jahre 2050 gegenüber einem ungeregelten Wachstum eine Treibhausgasmenge eingespart, die circa 65 Milliarden Tonnen CO₂ entspricht.“
5523.06.18
Auslöser für die Kigali-Beschlüsse: Veröffentlichung 2009
in „Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA“
● „The large contribution of projected HFC emissions to future climate forcing“; Velders et al.
The large contribution of projected HFC emissionsto future climate forcingGuus J. M. Velders a,1, David W. Fahey b, John S. Daniel b, Mack McFarland c, and Stephen O. Andersen d
a bNetherlands Environmental Assessment Agency, PO Box 303, 3720 AH Bilthoven, The Netherlands; National Oceanic and Atmospheric Administration,Earth System Research Laboratory, Boulder, CO 80305; DuPont Fluoroproducts, Wilmington, DE 19805; and U.S. Environmental Protection Agency,c d
Code 6202J, 1200 Pennsylvania Avenue NW, Washington, DC 20460
Edited by Mark H. Thiemens, University of California at San Diego, La Jolla, CA, and approved May 14, 2009 (received for review March 13, 2009)
The consumption and emissions ofh ydrofluorocarbons (HFCs) areprojected to increase substantially in the coming decades in re-sponse to regulation of ozone depleting gases under the MontrealProtocol. The projected increases result primarily from sustainedgrowth in demand for refrigeration, air-conditioning (AC) andinsulating foam products in developing countries assuming no newregulation of HFC consumption or emissions. New HFC scenariosare presented based on current hydrochlorofluorocarbon (HCFC)consumption in leading applications, patterns of replacements ofHCFCs by HFCs in developed countries, and gross domestic product(GDP) growth. Global HFC emissions significantly exceed previousestimates after 2025 with developing country emissions as much as800% greater than in developed countries in 2050. Global HFCemissions in 2050 are equivalentt o 9–19% (CO 2-eq. basis) ofprojected global CO 2 emissions in business-as-usual scenarios andcontribute a radiative forcing equivalentt o thatf rom 6–13 yearsof CO 2 emissions near 2050. This percentage increases to 28–45%compared with projected CO 2 emissions in a 450-ppm CO2 stabili-zation scenario. In a hypothetical scenario based on a global capfollowed by 4% annual reductions in consumption, HFC radiativeforcing is shown to peak and begin to decline before 2050.
HCFC consumption radiative forcing scenarios
G lobal production and use of chlorofluorocarbons (CFCs)and halons have decreased significantly as a result oft he
phaseout schedules oft he 1987 Montreal Protocol and itssubsequent amendments and adjustments (1). The use of HCFCsand HFCs have increased as replacements for CFCs and halonsin developed (non-A5) and developing (A5) countries that areparties to the Protocol (1, 2). HCFCs are low-ozone-depletion-potential substitutes for high-ozone-depleting-potential sub-stances, particularly CFCs and halons, and were classified underthe Protocol as ‘‘transitional substitutes’’ during the time itt ookto commercialize new ozone-safe alternatives and replacements.Ultimately, HCFCs will be phased out globally under the Mon-treal Protocol leaving much oft he application demand forrefrigeration, AC, heating and thermal-insulating foam produc-tion to be met by HFCs (2). The demand for HCFCs and/orHFCs in many applications is expected to increase in bothdeveloped and developing countries, but especially in Asia, in theabsence of regulations. HFCs do not deplete the ozone layer but,along with CFCs and HCFCs, are greenhouse gases that con-tribute to the radiative forcing (RF) of climate (2, 3). Thus, thetransition away from ozone depleting substances (ODSs) hasimplications for future climate.
The technical, economic and environmental trade-offs ofreplacing CFCs and HCFCs with HFCs and hydrocarbons havebeen analyzed for refrigerators, chillers, and AC (4–6). Hydro-carbons, ammonia and CO 2, which generally have lower GlobalWarming Potentials (GWPs) than HFCs, have been foundsuitable for systems with small refrigerant charges where arefrigerant leak would not pose an unacceptable flammability ortoxicity risk and for industrial systems with large refrigerantcharges expertly managed for fire and toxicity risk. HFCs are the
preferred refrigeranti n consumer products requiring a largecharge, where hydrocarbon flammability is problematic (6). Theuse of HFCs is expected to be minor in many other applicationsbecause other low-GWP compounds and not-in-kind (i.e., non-halocarbon based) technologies are available. Overall, not-in-kind technologies are not expected to initially satisfy as large afraction off uture demand as was the case during the CFCphaseout (7).
Multiple scenarios of global HFC emissions are available fromSRES (8) and IPCC/TEAP (2). These scenarios are now oflimited use because ofl imited range of years (IPCC/TEAP) oroutdated assumptions concerning the transition from HCFCs toHFCs (SRES). The SRES GWP-weighted emissions for refrig-eration and AC are 20% below what we infer here fromobserved atmospheric mixing ratios for 2007 ( SI Text). The 2007HFC emissions for these applications from IPCC/TEAP (2) aresomewhat higher, butt his scenario ends in 2015. Others (9–11)have reported HFC scenarios similar to the SRES assumptionsand do not consider a more detailed market development asdiscussed here.
We report new baseline scenarios for the consumption andemissions of HFCs to 2050 based only on existing policies. As inthe SRES scenarios, the growth in demand for these compoundsis based on GDP and population (8, 12). However, the newscenarios incorporate more recenti nformation such as ( i) rapidobserved growth in demand, substantiated by atmospheric ob-servations, for products and equipment using HCFCs and HFCsin developing countries (see SI Text( ); ) reported increases iniiconsumption of HCFCs in developing countries; ( iii) replace-ment patterns of HCFCs by HFCs as reported in developedcountries; ( ) accelerated phaseout schedules of HCFCs inivdeveloped and developing countries, and; ( v) increases in re-ported use of HFC-134a in mobile AC in developed anddeveloping countries. The analysis results in significantly largeremissions in 2050 than could be expected based on previousprojections.
Montreal Protocol regulation of HCFCs and other ODSsalready has protected both ozone and climate (13, 14). HFCs arein the ‘‘basket of gases’’ regulated under the 1997 Kyoto Protocol(15), a global treaty to reduce developed-country emissions ofgreenhouse gases. We use the new emission scenarios and GWPsof HFCs to calculate their CO 2-equivalent emissions and RFcontributions to global climate forcing. The results are comparedwith ‘‘business-as-usual’’ SRES CO 2 emissions and those re-quired to stabilize CO 2 concentrations at 450 and 550 parts per
Author contributions: G.J.M.V., D.W.F., J.S.D., M.M., and S.O.A. designed research; G.J.M.V.performed research; G.J.M.V. analyzed data; and G.J.M.V., D.W.F., J.S.D., M.M., and S.O.A.wrote the paper.
The authors declare no conflict ofi nterest.
This article is a PNAS Direct Submission.
Freely available online through the PNAS open access option.
To whom correspondence should be addressed. E-mail: [email protected]
This article contains supporting information online at www.pnas.org/cgi/content/full/0902817106/DCSupplemental .
www.pnas.org cgidoi10.1073pnas.0902817106 PNAS Early Edition 1 of 6
5623.06.18
The large contribution of projected HFC emissions to future climate forcingVelders et al.
Kernaussagen der Veröffentlichung● HFKW-Verbrauch der Entwicklungsländer für
Kälte-, Klimatechnik steigt zukünftig extrem an(Bandbreite zwischen „high“ und „low“)
● HFKW-Verbrauch der entwickelten Länder: gering(Bandbreite minimal)
● in der Folge steigen auch die Emissionen
Politische Konsequenz ab 2009● Aufnahme von Verhandlungen zur Ergänzung des
Montreal-Protokolls mit dem Ziel des globalen Ausstiegs aus den HFKW
● Verhandlungen zogen sich bis Oktober 2016 hin
5723.06.18
147 Entwicklungs- und 50 entwickelte Ländergemäß Anhang des Montréal-Protokolls
≈ 6,0
Einwohnerzahlen 2013 (Mrd.)
entwickelte Länder
Entwicklungsländer
≈ 1,3
5823.06.18
Pressemitteilung UNEP – 15.10.2016
● „HFKW sind gegenwärtig die am stärksten wachsenden Treibhausgase; ihre Emissionen steigen jährlich um bis zu 10 % an.
● Das schnelle Wachstum in den letzten Jahren wurde angetrieben von einer wachsenden Nach-frage nach Kühlung, besonders in den Entwick-lungsländern … „
Verbrauchsanstieg der Entwicklungsländer von 2012 bis 2050:
● Kann das sein?
Grafik ist Vektorgrafik → Daten können exakt ausgele-sen und Steigerungsraten bestimmt werden
5923.06.18
Auffällige Steigerungsraten des projizierten HFKW-Verbrauchs 2012/2013
● high: knapp + 700 %, fast Verachtfachung des Verbrauchs≙ fast Verachtfachung des Verbrauchs
● low: knapp + 640 % (keine Grafik), ≙ fast Verachtfachung des Verbrauchs mehr als Versiebenfachung des Verbrauchs
● → die Verbrauchsanstiege von 5300 – 8800 % sind hauptsächlich auf diese Steigerungsraten des Jahres 2013 zurückzuführen
2000 2010 2020 2030 2040 20500 %
100 %
200 %
300 %
400 %
500 %
600 %
700 %
Stei
geru
ngsr
ate
HFK
W-V
erbr
auch
in %
/(a-
1)
high
6023.06.18
Auffällige Steigerungsratendes projizierten HFKW-Verbrauchs 2012/2013
● Frage: Sind solch hohe Steigerungsraten überhaupt möglich?
● Antwort: Aus handwerklichen, ökonomischen, energieversorgungstechnischen, industriellen Gründen etc. ist eine Veracht- bzw. Versiebenfa-chung in allen 147 Entwicklungsländern inner-halb eines Jahres unmöglich.
● realistischere Steigerungsraten liegen zwischen Vor- und Folgejahr:
— high: 22,5 %low: 10,0 %
● → Neuberechnung des Verbrauchs bis 2050 mit diesen gemittelten Steigerungsraten
2000 2010 2020 2030 2040 20500 %
100 %
200 %
300 %
400 %
500 %
600 %
700 %
Stei
geru
ngsr
ate
HFK
W-V
erbr
auch
in %
/(a-
1)
high
6123.06.18
Neuberechnung des HFKW-Verbrauchs der Entwicklungsländer bis 2050
Ergebnis der Neuberechnung● der HFKW-Verbrauch 2050 geht zurück auf
— low: 0,8 Gt CO₂-äq - 85 %≙ fast Verachtfachung des Verbrauchs— high: 1,4 Gt CO₂-äq - 84 %≙ fast Verachtfachung des Verbrauchs
● das entspricht der Größenordnung des Verbrauchs der entwickelten Länder
● auch dieser Verbrauchsanstieg enthält erhebliche Sprünge, die nicht belegt sind
Globale Bedeutung● HFKW-Emissionen aus stationären Kälte- und
Klimaanlagen haben gegenwärtig einen Anteil von ca. 2,5 Promille an den gesamten Treibhausgase-Emissionen
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
HFK
W-V
erbr
auch
in G
t CO
₂-äq
high-neu
low-neu
6223.06.18
Globale HFKW-EmissionenVelders, Supporting Information, Seite 4, Fig. S1
Emissions-Projektionen● beinhalten entwickelte und Entwicklungsländer● Grafik ist von Velders als Vektor-Grafik
veröffentlicht, Re-Digitalisierung daher möglich
● SRES: Special Report Emissions Scenarios⁽⁵⁾— Studie des IPCC, 2000, mit insgesamt 40 Szenarios— dargestellte Bandbreite ist noch nicht verifiziert
● IPCC/TEAP— Projektion nur bis 2015— daher nicht näher untersucht
a) Global HFC emissions
2000 2010 2020 2030 2040 20500
2
4
6
8
10
Emis
sion
s (G
t CO
₂-eq
yr⁻
¹ )
GWP-weighted (100-yr)
HFC scenarios
New baselinescenario rangeSRES range
IPCC/TEAP
high
low
6323.06.18
Neuberechnung der Emissionen aus Basis des neuberechneten VerbrauchsAnnnahme: Rückgang der Emissionen ist proportional zum Rückgang des Verbrauchs
Kumulierte, neuberechnete Emissionen● high: 174 Gt CO₂-äq (Velders)
53 Gt CO₂-äq (neu) - 69 %≙ fast Verachtfachung des Verbrauchs● low: 114 Gt CO₂-äq (Velders)
43 Gt CO₂-äq (neu) - 62 %≙ fast Verachtfachung des Verbrauchs
2000 2010 2020 2030 2040 2050
low-neu
high-neuhigh
low
6423.06.18
Neuberechnung der Emissionen aus Basis des neuberechneten VerbrauchsAnnahme: Rückgang der Emissionen ist proportional zum Rückgang des Verbrauchs
Kumulierte, neuberechnete Emissionen● high: 174 Gt CO₂-äq (Velders)
53 Gt CO₂-äq (neu) - 69 %≙ fast Verachtfachung des Verbrauchs● low: 114 Gt CO₂-äq (Velders)
43 Gt CO₂-äq (neu) - 62 %≙ fast Verachtfachung des Verbrauchs
Vergleich mit SRES-Projektion aus 2000● neuberechnete Emissionen liegen innerhalb der
IPCC-Projektionen
Neuberechnete Emissionsverläufe beinhalten● ungeklärte Verbrauchssprünge 2012 bis 2050● hohe Emissionsraten von 50 – 88 %/a
→ realistischere Emissionen liegen niedriger
2000 2010 2020 2030 2040 2050
low-neu
high-neuhigh
low
6523.06.18
Zusammenfassung
Globaler Ausstieg aus HFKW● Auslöser und wesentliche Grundlage war eine
Veröffentlichung 2009 …
● … diese ist wissenschaftlich nicht belastbar
● dieselbe Veröffentlichung war schon als Grund-lage für die europäische F-Gase-Verordnung herangezogen worden
● Weitere Veröffentlichungen haben nur zu Bestätigung, Verfeinerung geführt
● Andere wissenschaftliche Positionen werden nicht berücksichtigt
Erkenntnisse● Der Ausstieg aus den HFKW-Kältemitteln wird
Klimaschutzeffekte im Promillebereich bewirken, und er wird sehr kostenintensiv
● die Emissionen von Kältenlagen werden zu über 90 % von den CO₂-Emissionen der Elektroener-gieerzeugung verursacht
● hier bestehen bei global 700 Mio. Kältemaschi-nen größere Klimaschutzpotenziale
6723.06.18
Regelmäßige Dichtheitsprüfungen
Dichtheits-prüfungen
F-Gase-Verordnungaktuell
F-Gase-Verordnung:Grundlage CO -äq-Füllmenge₂-äq-Füllmenge
alle 12 Monate
alle 24 Monate
3 – 30 kggilt nicht für hermetisch ge-schlossene Anlagen < 6 kg
5 - 50 t CO -äq₂-äq-Füllmengegilt nicht für hermetisch ge-schlossene Anlagen < 10 t CO -äq₂-äq-Verfügbarkeit von HFKW (%)
mit automatischer Leckagekontrolle
alle 6 Monate
alle 12 Monate
30 – 300 kg
mit automatischer Leckagekontrolle
50 - 500 t CO -äq₂-äq-Füllmenge
mit automatischer Leckagekontrolle
alle 3 Monate
alle 6 Monate
alle 12 Montate
> 300 kg
mit automatischer Leckagekontrolle
> 500 t CO -äq₂-äq-Füllmenge
mit automatischer Leckagekontrolle
6823.06.18
KältemittelverboteAuswirkungen auf Neuinstallationen
Anlagentyp Datum Kältemittelverbot Alternativen
2025 wenn GWP > 750
2020 wenn GWP > 150
2015 wenn GWP > 150
2020 wenn GWP > 2500
2022 wenn GWP > 150
Single Split-Anlagen < 3 kg
· HFO· R-32· CO ₂-äq-Verfügbarkeit von HFKW (%)· KWe
MobileRaumklimageräte
· HFO· CO ₂-äq-Verfügbarkeit von HFKW (%)· KWe
Haushalts-Kühl-schränke, -truhen
· HFO· CO ₂-äq-Verfügbarkeit von HFKW (%)· KWe
Gewerbe-Kühl-schränke, -truhen
· HFO· CO ₂-äq-Verfügbarkeit von HFKW (%)· KWe
6923.06.18
KältemittelverboteAuswirkungen auf Neuinstallationen
Anlagentyp Datum Kältemittelverbot Alternativen
stationäre Anlagen 2020
2022
wenn GWP > 2500
(keine R-404A-Neuinstallation,Ausnahme: TK < -50 °C)
· R-134a· R-410A· HFO· R-32· CO₂-äq-Verfügbarkeit von HFKW (%)
stationäre Verbund-anlagen mitKälteleistung > 40 kW
wenn GWP > 150
(Ausnahme: Kältemittel mitGWP > 1500 in Primärkreis
von Kaskaden)
· CO ; HFO₂-äq-Verfügbarkeit von HFKW (%)
Kaskaden:· R-134a/CO₂-äq-Verfügbarkeit von HFKW (%)· R-32/CO₂-äq-Verfügbarkeit von HFKW (%)· HFO/R-32
7023.06.18
KältemittelverboteAuswirkungen auf Bestandsanlagen
Anlagentyp Datum Kältemittelverbot Alternativen
2020
2030 wenn GWP > 2500
Service an Bestands-anlagen
neues Kältemittel mitGWP > 2500
Recycling-Ware;RetrofitRetrofit;
Austausch
7123.06.18
Auswirkungen der neuen F-Gase-VerordnungVerringerung der Marktverfügbarkeit von HFKW – Phase Down
2012 2014 2016 2018 2020 2022 2024 2026 2028 2030 20320
20
40
60
80
100100
93
63
45
3124 21
CO
-äq
-Ver
füg
bar
keit
von
HF
KW
(%
)₂-äq-Verfügbarkeit von HFKW (%)
Serviceverbot, wenn GWP > 2500 und
Kältemittel > 40 t CO₂-äq
7323.06.18
Eigenschaften der wichtigsten Kältemittel
Stoffgruppen
Höchstdruck-KäMHFKW/HFO-Gemische HFO/HFKW-Gemische Gemisch
HKFWfluorierte Kohlen-
wasserstoffe
HFOHydroFluoroOlefine
Kohlen-wasserstoffe
anorganischeKältemittel
7423.06.18
Eigenschaften der wichtigsten Kältemittel
Stoffgruppen
Höchstdruck-KäMHFKW/HFO-Gemische HFO/HFKW-Gemische Gemisch
Sicherheitsklassen
HKFWfluorierte Kohlen-
wasserstoffe
HFOHydroFluoroOlefine
Kohlen-wasserstoffe
anorganischeKältemittel
A1geringe Giftigkeit, keineFlammenausbreitung
A2Lgeringe Giftigkeit,
schwer entzündlich
A3geringe Giftigkeit,hohe Brennbarkeit
B2Lerhöhte Giftigkeit,schwer entzündlich
7523.06.18
Eigenschaften der wichtigsten Kältemittel
Stoffgruppen
Höchstdruck-KäMHFKW/HFO-Gemische HFO/HFKW-Gemische Gemisch
Sicherheitsklassen
HKFWfluorierte Kohlen-
wasserstoffe
HFOHydroFluoroOlefine
Kohlen-wasserstoffe
anorganischeKältemittel
A1geringe Giftigkeit, keineFlammenausbreitung
A2Lgeringe Giftigkeit,
schwer entzündlich
A3geringe Giftigkeit,hohe Brennbarkeit
B2Lerhöhte Giftigkeit,schwer entzündlich
7623.06.18
Liste von Kältemitteln gemäß ASHRAE – 2017ohne Anspruch auf Vollständigkeit
Number Chemical Name Chemical Formula Ethane Series
R-113 1,1,2-trichloro-1,2,2-trifluoroethane CCl₂FCClF₂ R-114 1,2-dichloro-1,1,2,2-tetrafluoromethane CClF₂CClF₂ R-115 chloropentafluoroethane CClF₂CF₃ R-116 hexafluoroethane CF₃CF₃ R-123 2,2-dichloro-1,1,1-trifluoroethane CHCl₂CF₃ R-124 2-chloro-1,1,1,2-tetrafluoroethane CHClFCF₃ R-125 pentafluoroethane CHF₂CF₃ R-134a 1,1,1,2-tetrafluoroethane CH₂FCF₃ R-141b 1,1-dichloro-1-fluoroethane CH₃CCl₂F R-142b 1-chloro-1,1-difluoroethane CH₃CClF₂ R-143a 1,1,1-trifluoroethane CH₃CF₃ R-152a 1,1-difluoroethane CH₃CHF₂ R-170 ethane CH₃CH₃
7723.06.18
Liste von Kältemitteln gemäß ASHRAE – 2017ohne Anspruch auf Vollständigkeit
Number Chemical Name Chemical Formula Methane Series
R-R-11 trichlorofluoromethane CCl₃F R-12 dichlorodifluoromethane CCl₂F₂ R-12BR-1 bromochlorodifluoromethane CBrClF₂R-13 chlorotrifluoromethane CClF₃R-13BR-1 bromotrifluoromethane CBrF₃ R-14e tetrafluoromethane (carbon tetrafluoride) CF₄R-21 dichlorofluoromethane CHCl₂F R-22 chlorodifluoromethane CHClF₂ R-23 trifluoromethane CHF₃ R-30 dichloromethane (methylene chloride) CH₂Cl₂R-31 chlorofluoromethane CH₂ClF R-32 difluoromethane (methylene fluoride) CH₂F₂ R-40 chloromethane (methyl chloride) CH₃Cl R-41 fluoromethane (methyl fluoride) CH₃F R-50 methane CH₄
7823.06.18
Liste von Kältemitteln gemäß ASHRAE – 2017ohne Anspruch auf Vollständigkeit
Number Chemical Name Chemical Formula Ethers
E170 Dimethyl Ether CH₃OCH₃Number Chemical Name Chemical Formula Propane
R-218 octafluoropropane CF₃CF₂CF₃ R-227ea 1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropane CF₃CHFCF₃R-236fa 1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane CF₃CH₂CF₃ R-245fa 1,1,1,3,3-pentafluoropropane CHF₂CH₂CF₃R-290 propane CH₃CH₂CH₃
Number Chemical Name Chemical Formula Cyclic Organic Compounds
C318 octafluorocyclobutane -(CF₂)₄- Miscellaneous Organic Compounds
7923.06.18
Liste von Kältemitteln gemäß ASHRAE – 2017ohne Anspruch auf Vollständigkeit
Number Chemical Name Chemical Formula hydrocarbons
R-600 butane CH₃CH₂CH₂CH₃ A3R-600a isobutane CH(CH₃)₂CH₃ A3 R-601 Pentane CH₃CH₂CH₂ CH₂CH₃R-601a Isopentane CH(CH₃)₂ CH₂CH₃
oxygen compounds R-610 ethyl ether CH₃CH₂ OCH₂CH₃ R-611 methyl formate HCOOCH₃
sulfur compounds 620 (Reserved for future assignment)
Number Chemical Name Chemical Formula Nitrogen Compounds
R-630 methyl amine CH₃NH₂ R-631 ethyl amine CH₃CH₂(NH₂)
8023.06.18
Liste von Kältemitteln gemäß ASHRAE – 2017ohne Anspruch auf Vollständigkeit
Number Chemical Name Chemical Formula Inorganic Compounds
R-702 hydrogen H₂ R-704 helium He R-717 ammonia NH₃ R-718 water H₂O R-720 neon Ne R-728 nitrogen N₂ R-732 oxygen O₂ R-740 argon Ar R-744 carbon dioxide CO₂R-744A nitrous oxide N₂O R-764 sulfur dioxide SO₂
Number Chemical Name Chemical Formula Unsaturated Organic Compounds
R-1150 ethene (ethylene) CH₂=CH₂R-1234yf 2,3,3,3-tetrafluoro-1-propene CF₃CF=CH₂R-1234ze(E)trans-1,3,3,3-tetrafluoro-1-propene CF₃CH=CHFR-1270 propene (propylene) CH₃CH=CH₂
8123.06.18
Liste von Kältemitteln gemäß ASHRAE – 2017ohne Anspruch auf Vollständigkeit
Number Refrigerant Composition (Mass % ) Zeotropes
1 R-400
2 R-401A R-22/152a/124 (53.0/13.0/34.0) 3 R-401B R-22/152a/124 (61.0/11.0/28.0 4 R-401C R-22/152a/124 (33.0/15.0/52.0) 5 R-402A R-125/290/22 (60.0/2.0/38.0) 6 R-402B R-125/290/22 (38.0/2.0/60.0) 7 R-403A R-290/22/218 (5.0/75.0/20.0) 8 R-403B R-290/22/218 (5.0/56.0/39.0) 9 R-404A R-125/143a/134a (44.0/52.0/4.0)
10 R-405A R-22/152a/142b/C318 (45.0/7.0/5.5/42.5) 11 R-406A R-22/600a/142b (55.0/4.0/41.0) 12 R-407A R-32/125/134a (20.0/40.0/40.0) 13 R-407B R-32/125/134a (10.0/70.0/20.0) 14 R-407C R-32/125/134a (23.0/25.0/52.0) 15 R-407D R-32/125/134a (15.0/15.0/70.0) 16 R-407E R-32/125/134a (25.0/15.0/60.0) 17 R-407F R-32/125/134a (30.0/30.0/40.0)
R-12/114 (must be specified) (50.0/50.0) (60.0/40.0)
18 R-407G R-32/125/134a (2.5/2.5/95.0) 19 R-407H R-32/125/134a (32.5/15.0/52.5) 20 R-408A R-125/143a/22 (7.0/46.0/47.0) 21 R-409A R-22/124/142b (60.0/25.0/15.0) 22 R-409B R-22/124/142b (65.0/25.0/10.0) 23 R-410A R-32/125 (50.0/50.0) 24 R-410B R-32/125 (45.0/55.0) 25 R-411A R-1270/22/152a) (1.5/87.5/11.0) 26 R-411B R-1270/22/152a (3.0/94.0/3.0) 27 R-412A R-22/218/143b (70.0/5.0/25.0 k 28 R-413A R-218/134a/600a (9.0/88.0/3.0) 29 R-414A R-22/124/600a/142b (51.0/28.5/4.0/16.5) 30 R-414B R-22/124/600a/142b (50.0/39.0/1.5/9.5) 31 R-415A R-22/152a (82.0/18.0) 32 R-415B R-22/152a (25.0/75.0) 33 R-416A R-134a/124/600 (59.0/39.5/1.5) 34 R-417A R-125/134a/600 (46.6/50.0/3.4) 35 R-417B R-125/134a/600 (79.0/18.3/2.7) 36 R-417C R-125/134a/600 (19.5/78.8/1.7)
8223.06.18
Liste von Kältemitteln gemäß ASHRAE – 2017ohne Anspruch auf Vollständigkeit
37 R-418A R-290/22/152a (1.5/96.0/2.5) 38 R-419A R-125/134a/E170 (77.0/19.0/4.0) 39 R-419B R-125/134a/E170 (48.5/48.0/3.5) 40 R-420A R-134a/142b (88.0/12.0) 41 R-421A R-125/134a (58.0/42.0) 42 R-421B R-125/134a (85.0/15.0) 43 R-422A R-125/134a/600a (85.1/11.5/3.4) 44 R-422B R-125/134a/600a (55.0/42.0/3.0) 45 R-422C R-125/134a/600a (82.0/15.0/3.0) 46 R-422D R-125/134a/600a (65.1/31.5/3.4) 47 R-422E R-125/134a/600a (58.0/39.3/2.7) 48 R-423A 134a/227ea (52.5/47.5) 49 R-424A R-125/134a/600a/600/601a (50.5/47.0/0.9/1.0/0.6) 50 R-425A R-32/134a/227ea (18.5/69.5/12) 51 R-426A R-125/134a/600/601a (5.1/93.0/1.3/0.6) 52 R-427A R-32/125/143a/134a (15.0/25.0/10.0/50.0) 53 R-428A R-125/143a/290/600a (77.5/20.0/0.6/1.9) 54 R-429A R-E170/152a/600a (60.0/10.0/30.0) 55 R-430A R-152a/600a (76.0/24.0)
56 R-431A R-290/152a (71.0/29.0) 57 R-432A R-1270/E170 (80.0/20.0) 58 R-433A R-1270/290 (30.0/70.0) 59 R-433B R-1270/290 (5.0/95.0) 60 R-433C R-1270/290 (25.0/75.0) 61 R-434A R-125/143a/134a/600a 62 R-435A R-E170/152a (80.0/20.0) 63 R-436A R-290/600a (56.0/44.0) 64 R-436B R-290/600a (52.0/48.0) 65 R-437A R-125/134a/600/601 (19.5/78.5/1.4/0.6) 66 R-438A R-32/125/134a/600/601a (8.5/45.0/44.2/1.7/0.6) 67 R-439A R-32/125/600a (50.0/47.0/3.0) 68 R-440A R-290/134a/152a (0.6/1.6/97.8) 69 R-441A R-170/290/600a/600 (3.1/54.8/6.0/36.1) 70 R-442A R-32/125/134a/152a/227ea (31.0/31.0/30.0/3.0/5.0) 71 R-443A R-1270/290/600a (55.0/40.0/5.0) 72 R-444A R-32/152a/1234ze(E) (12.0/5.0/83.0) 73 R-445A R-744/134a/1234ze(E) (6.0/9.0/85.0)
8323.06.18
Liste von Kältemitteln gemäß ASHRAE – 2017ohne Anspruch auf Vollständigkeit
74 R-447B R-32/125/1234ze (E) (68.0/8.0/24.0) 75 R-449C R-32/125/1234yf/134a (20.0/20.0/31.0/29.0) 76 R-452B R-32/125/1234yf (67.0/7.0/26.0) 77 R-452C R-32/125/1234yf (12.5/61.0/26.5) 78 R-454C R-32/1234yf (21.5/78.5) 79 R-455A R-744/32/1234yf (3.0/21.5/75.5) 80 R-456A R-32/134a/1234ze(E) (6.0/45.0/49.0) 81 R-457A R-32/1234yf/152a (18.0/70.0/12.0) 82 R-458A R-32/125/134a/227ea/236fa (20.5/4.0/61.4/13.5/0.6) 83 R-459A R-32/1234yf/1234ze(E) (68.0/26.0/6.0) 84 R-459B LTR 11: R-32/1234yf/1234ze(E) (21.0/69.0/10.0) 85 R-460B LTR4X10: R-32/125/134a/1234ze(E) (28.0/25.0/20.0/27.0) 86 R-461A LTR 10: R-32/125/134a/1234ze(E) (12.0/52.0/14.0/22.0)
Number Refrigerant Composition (Mass % ) Azeotropes
1 R-500 R-12/152a (73.8/26.2) 2 R-501 R-22/12 (75.0/25.0) 3 R-502 R-22/115 (48.8/51.2) 4 R-503 R-23/13 (40.1/59.9) 5 R-504 R-32/115 (48.2/51.8) 6 R-505 R-12/31 (78.0/22.0) 7 R-506 R-31/114 (55.1/44.9) 8 R-507A R-125/143a (50.0/50.0) 9 R-508A R-23/116 (39.0/61.0)
10 R-508B R-23/116 (46.0/54.0) 11 R-509A R-22/218 (44.0/56.0) 12 R-510A R-E170/600a (88.0/12.0) 13 R-511A R-290/152a (95.0/5.0) 14 R-512A R-134a/152a (5.0/95.0) 15 R-513B R-1234yf/134a (58.5/41.5) 16 R-514A R-1336mzz(Z)/1130(E) (74.7/25.3) 17 R-515A R-1234ze (E)/227ea (88.0/12.0)
8423.06.18
Zusammenfassung – Liste von Kältemitteln
Verfügbare Kältemittel● Anzahl ist sehr hoch● regelmäßig „entwickelt“ die chemische Industrie
neue Gemische mit neuen Eigenschaften● Unterschiede hinsichtlich
— GWP— Dampfdruckkurve— Effizienz— Brennbarkeit
● Zusammensetzung— HFO + HFKW (+ CO₂) + KW
Problem● zukünftige Verfügbarkeit und Preise, wenn HFKW
– nicht mehr oder – kaum noch produziert werden?
Eigenschaften von R-1234yf (HFO)● GWP < 1 (2014), schwer entflammbar● Ersatz für R-134a (Klima-Anwendungen)● im Brandfall und an heißen Oberflächen entstehen
Fluorwasserstoff und Carbonylfluorid● in der Atmosphäre: Zerfall in wenigen Tagen zu
Trifluoressigsäure (TFA)— wassergefährend— schwer abbaubar (persistent)
● → Kontamination von Böden und Gewässern● gemäß Umweltbundesamt
— Trinkwasser in Deutschland mit TFA-Gehalten nahe oder über den gesundheitlichen Orientierungswerten
— TFA ist mit üblichen Reinigungsverfahren nicht aus Wasser entfernbar
● R-1234yf: dauerhafte Lösung?
8523.06.18
Zwischenergebnis: Kältemittel
F-Gase-Verordnung und Kigali-Amendment bewirken● Ausstieg aus den HFKW-“Sicherheits“kältemitteln● Verwendung von HFO oder● Verwendung brennbarerer, giftigerer oder Höchstdruck-Kältemittel,● Bezeichung aus Gründen der politischen Vermarktbarkeit als: „natürliche Kältemittel“
Optionen und Konsequenzen● Verwendung „natürlicher“ Kältemittel● Zusatzkosten für Sicherheitstechnik● weitere Potenziale?
8723.06.18
Stand der Kältetechnik mit (treibhauswirksamen) SicherheitskältemittelnDirekte Systeme
Gebäudesituation
● Kältetechnik innerhalb des Gebäudes:— Verdampfer — Verdichter— Expansionsorgan
● Kältetechnik außerhalb des Gebäudes:— Verflüssiger
● Sicherheitskältemittel (nicht-brennbar)— innerhalb und außerhalb des Gebäudes— lange Kältemittelleitungen → hohe Füllmengen— div. Fügestellen → hohe Leckwahrscheinlichkeit— → hohe Leckmengen
8823.06.18
Kältetechnik mit indirekten Systemen – luftgekühlt
Gebäudesituation● Separierung der Kälteanlage außerhalb des Gebäudes
— mit Verdichter, Verdampfer, Expansionsorgan(Bezeichnungen: Flüssigkeitskühlsatz, Chiller)
● Kältemittelleitungen— zum Verflüssiger und zurück
● Kühlsolekreislauf mit großem Leitungsdurchmesser— und zusätzlichem Wärmeübertrager + Umwälzpumpe
zum Luft- (oder Flüssigkeits)kühler innerhalb des Gebäudes— hohes Kühlsolevolumen
● Kältemittel (brennbar, giftig)— innerhalb und außerhalb der Kapselung— kurze Kältemittelleitungen → geringe Füllmengen— → geringe Leckmengen
8923.06.18
Kältetechnik mit indirekten Systemen – flüssigkeitsgekühlt
Gebäudesituation● Kapselung der Kälteanlage
außerhalb oder innerhalb des Gebäudes— mit Verdichter, Verdampfer, Expansionsorgan
(Bezeichnung: Flüssigkeitskühlsatz)
● Kühlmittelkreislauf mit großem Leitungsdurchmesser— und zusätzlichem Wärmeübertrager + Umwälzpumpe
zum Rückkühler außerhalb des Gebäudes (bzw. Kapselung)
● Kühlmittelkreislauf mit großem Leitungsdurchmesser— und zusätzlichem Wärmeübertrager + Umwälzpumpe
zum Luft- (oder Flüssigkeits)kühler innerhalb des Gebäudes— hohes Kühlmittelvolumen
● Kältemittel (brennbar, giftig)— nur innerhalb der Kapselung— kurze Kältemittelleitungen → geringe Füllmengen— → geringe Leckmengen
9023.06.18
Kältetechnik mit brennbaren/giftigen KältemittelnGebäudesituation für indirekte Systeme
Technischer Mehraufwand● Kapselung der Kälteanlagen● Wärmeübertrager: Verflüssiger/Sole
(nur bei flüssigkeitsgekühlten Systemen) ● Wärmeübertrager: Verdampfer/Sole● Dämmung der Soleleitungen● Ventile bei mehreren Kühlstellen (nicht dargestellt) ● Umwälzpumpen● Sole, oft im m³-Bereich (Wasser/Frostschutz);
Vorteil: Kältespeicherung überbrückt Hochlastzeiten● Explosionsschutz● Zwangsbelüftung mit Ventilator (nicht gezeichnet)● komplexere Regelung
9123.06.18
Kältetechnik mit brennbaren/giftigen Kältemitteln
Ergänzung durch thermische Speicher ● Wasser, Phasenwechselspeicher (Eis, Paraffin etc.)● Wärme
— Auskopplung aus Kühlmittel-Kreislauf;Installation nachträglich möglich
— Auskopplung auch nach Verdichter möglich— zeitversetzte Verwendung für Raumheizung, Warmwasser
● Kälte— Auskopplung nach Verdampfer;
Installation nachträglich möglich
Nutzen im Rahmen der Energiewende● Speicherung fluktuierender Energien● → Entlastung elektrischer Netze● Eigenversorgung möglich (PV, Windkraft)
9223.06.18
Zukünftige Kältetechnik mit brennbaren/giftigen KältemittelnGebäudesituation für indirekte Systeme
Eigenschaften im Vergleich zu direkten Systemen
● Mehraufwand erhöht Kosten (s. o.)
● geringere Kältemittelfüllmenge und kurze Kältemittelleitungen verringern Leckagen
● Sole-Leitungen enthalten großes Volumen (teilweise im m³-Bereich) und damit viel Energie;durch Pufferwirkung: Reduktion der erforderlichen Kälteleistung
● Energieverbrauch— Erhöhung durch Wärmedurchgänge und Umwälzpumpen— evtl. Minderung durch effizientes Kältemittel (Stoffdaten)— belastbare Allgemein-Aussagen nicht möglich
9323.06.18
Ausnahme Direktverdampfung: CO₂-Booster-Supermarkt-KälteanlagenSchaltungsbeispiel (kk, 7/2012, Blachnik)
Wesentliche Eigenschaften● CO₂-Booster-Schaltung: Stand der Technik 2017● Kältemittel-Sammler● 2 innere Wärmeübertrager● Ölabscheide-System (wgn. Wärmeübergang)● aufwendige Regelungstechnik● Sicherheitstechnik für Überdruck (bei Stillstand)● Kältemittel-Leckagen (?)● Verkaufskühlmöbel verglast (Suffizienz)● Gaskühlung/Verflüssigung
— auf dem Gebäudedach: hohe Umgebungstempera-turen → Effizienzverluste
— via Betonkernaktivierung (Bodenplatte): niedrige Temperaturen → Effizienzgewinne
● Komplexe Technik
CO₂CO₂
NK TK
9523.06.18
Bisherige Fördermaßnahmen des Bundesumweltministeriums
Version 1● 1a: vom 18. Juni 2008● 1b: vom 1. Januar 2009 (keine Änderungen, nur Verlängerung von 1a)
Version 2● 2a: vom 1. Januar 2014 (Umstellung: Effizienzpunkte-System …)● 2b: vom 23. Februar 2015 (Ergänzungen: „2.3 Verfahrensvorschriften …“, EU)● 2c: zum 1. Oktober 2015 (Erweiterung Antragstellerkreis etc.)
Version 3● 3a: vom 1. Januar 2017 (Umstellung: Festbetrags-Förderung, System-Effizienz …)● … : Gültigkeitsdauer der Richtlinie ist begrenzt, Änderungen vorbehalten
9623.06.18
Bisherige Förderungen 2008 – 2015 Dezember 2015, BAFA
114
424
542
440Förderung BMUB,Investitionen Betreiber
Minderung (ca.) derTreibhausgase-Emissionen
Minderung (ca.) desElektroenergieverbrauchs
Mio. Euro
Mio. kg CO₂-äq/a
Mio. kWh/a
Emissionen von 360.000 PKW,10.000 km/a; 120 g CO₂/km
Elektroenergieverbrauch von 175.000 Durchschnittshaushalten
9723.06.18
AntragsberechtigungKap. 2 der Richtlinie
Antragsberechtigt sind● Eigentümer, Pächter oder Mieter des Grundstücks mit der Kälteanlage● Energiedienstleistungsunternehmen (Kontraktor), das vom Eigentümer, Pächter oder Mieter des Grundstücks
beauftragt ist● gemeinnützige Organisationen, Kommunen, kommunale Gebietskörperschaften, Zweckverbände und
Eigenbetriebe, Schulen, Krankenhäuser sowie kirchliche Einrichtungen, unabhängig von der Gewinnerzielungsabsicht
Keine Förderung● bei laufendem Insolvenzverfahren● Verpflichtung zur Abgabe einer eidesstattlichen Versicherung
gemäß § 807 Zivilprozessordnung oder § 284 Abgabeordnung
9823.06.18
FördervoraussetzungenKap. 3.1.a der Richtlinie
Art der Anlagen
Kleine Kompressions-Kälteanlagen
– Ammoniakanlagen
– alle anderen Anlagen
Sorptionsanlagen
VorherigeRichtlinie
AktuelleRichtlinie
2 ≤ Pel ≤ 5 kW
Kompressions-Kälteanlagen Pel
5 ≤ Pel ≤ 150 kW5 ≤ Pel ≤ 200 kW
5 ≤ Pel ≤ 300 kW
Kompressions-Klimaanlagen einschl. Mono-Split-Klimaanlagen, Kältemittelfüllung ≤ 3 kg
sowie Heiz/Kühl-Systeme P
10 ≤ Pel ≤ 150 kW
5 ≤ Pel ≤ 150 kW
5 ≤ Pel ≤ 300 kW
5 ≤ Pel ≤ 300 kW
5 ≤ Q̇₀ ≤ 500 kW 5 ≤ Q̇₀ ≤ 500 kW
9923.06.18
Förderfähige Maßnahmen u. KältemittelanforderungenKap. 3.1.b der Richtlinie
Art der Maßnahme
Neuerrichtung von Anlagen
– kleine Kompressions-Kälteanlagen GWP ≤ 750
– alle anderen Anlagen halogenfrei halogenfrei
Vollsanierung von Bestandsanlagen GWP ≤ 2500
– Mono-Split-Klimaanlagen, Kältemittelfüllung < 3 kg GWP ≤ 750
– alle anderen Anlagen
– Supermarktanlagen GWP ≤ 1.500
– alle anderen Anlagen GWP ≤ 2.500
VorherigeRichtlinie
AktuelleRichtlinie
Vollsanierung von Bestandsanlagenmit Kältemittelumstellung
GWP ≤ 1.500
Teilsanierung von Bestandsanlagenmit oder ohne Kältemittelumstellung
10023.06.18
Neuerrichtung, Voll- und TeilsanierungKap. 3.1.b der Richtlinie
Eine Neuerrichtung einer Anlage erfolgt● an einem Standort ohne bisherige Kälteanlage
Eine Vollsanierung einer Anlage erfordert● den Austausch aller Hauptkomponenten einer bestehenden Anlage
● die Verwendung eines Kältemittels mit einem GWP ≤ 1500;
● bei Monosplit-Klimaanlagen: GWP ≤ 750
Eine Teilsanierung einer Anlage erfordert● den Austausch mindestens einer, aber nicht aller Komponenten oder Systeme
10123.06.18
Fördervoraussetzungen zur EnergieeffizienzKap. 3.1.c-d der Richtlinie
Kompressionsanlagen1. Leistungsregelung (40 – 100 %): mindestens ein Verdichter pro Stufe/Verbund2. Abtauvorrichtungen mit Bedarfsregelung3. große Wärmeübertragerflächen4. elektronische Expansionsventile und dazu passende Regelung, Winterregelung5. Verkaufskühlmöbel mit Nachtabdeckung oder Glas-/Kunststoff-Verkleidung6. Volumenstromregelung der Stoffströme von Kühlmittelkreisläufen7. alle Komponenten erfüllen mindestens die Öko-Design-Richtlinie der EU8. Installation eines Energiezählers, fünfjähriges Monitoring durch BAFA
● bei kleinen Kompressionsanlagen: nur Voraussetzung 1. und 2.● bei Teilsanierungen gelten die Voraussetzungen nur für die sanierten Komponenten
Sorptionsanlagen1. Antrieb über vorhandene Abwärmequelle oder neue Solarthermie-Anlage2. Σ Pel (Zusatzverbraucher) ≤ 8 % von Q̇₀; ohne P (Wasserverteilung)
10223.06.18
BonusförderungKap. 3.2 der Richtlinie
Voraussetzung● Umsetzung zusammen mit Basisförderung
Förderfähige Maßnahmen (miteinander kombinierbar)● Wärmespeicher mit Wärmeübertrager zur Abwärmenutzung● Wärmepumpen zur Abwärmenutzung (für Wärmespeicher)● Kältespeicher mit Wärmeübertrager● Freikühler mit Rohrleitungen, Pumpen, Tank, MSR-Technik● und gegebenenfalls zusätzlichem Wärmeübertrager
10323.06.18
Förderkonzept
nicht-rückzahlbarer Zuschuss für Kälte-, Klimaanlagen und thermische Speicher
Höhe der Förderung richtet sich nach● installierter Kälteleistung bzw. Kapazität eines Kälte- oder Wärmespeichers
installierte Leistung (kW)
Förd
erun
g (€
)
Förderung = A · C (1-B)
mit:C = Kälteleistung bzw. SpeicherkapazitätA, B = anwendungs-, anlagenspezifische Koeffizienten
10423.06.18
Koeffizienten der BasisförderungKap. 4.1 der Richtlinie
Koeffizienten bei:
Neuerrichtung Vollsanierung
Art der Anlage A B A B
Kleine Kompressions-Kälteanlagen 1.025 0,4052 768,8 0,4052
Kompressions-Kälteanlagen 21.086 0,7579 21.086 0,7579 mit Ammoniak als Kältemittel
Kompressions-Kälteanlagen in Supermärkten 35.256 0,8623 26.442 0,8623
Kompressions-Kälteanlagen in der Gewerbe-, 1.025 0,4052 768,8 0,4052 Industriekälte und in sonstigen Anwendungen
Kompressionsanlagen in der Klimakälte 342,7 0,237 285,6 0,237
Kompressionsanlagen in der Klima- 856 0,4434 642 0,4434 und Prozesskälte (Flüssigkeitskühlsätze)
Sorptionskälteanlagen 4.188 0,5437 4.188 0,5437
Förderung=A· Q̇₀ (1−B)
10523.06.18
Koeffizienten der BonusförderungKap. 4.2 der Richtlinie
Art der Anlage C A B
Wärmespeicher mit Wärme- Wärmespeicherkapazität (kWh) 818 0,4592 übertrager zur Abwärmenutzung
Wärmepumpe zur Abwärme- Aufgenommener Nennwärmestrom 642 0,4434 nutzung (für Wärmespeicher) (Kälteleistung) der Wärmepumpe (kW)
Kältespeicher mit Wärmeübertrager Kältespeicherkapazität (kWh) 73 0,2911
Förderfähig sind Systeme zur Abwärmenutzung und Speicherung von Wärme und/oder Kälte
Förderung=A·C (1−B)
Bei Einsatz von Freikühlern erhöht sich die Basisförderung um 30 %Bei Vollsanierung erhöht sich die Basisförderung um 10 %, wenn der GWP des Kältemittels ≤ 750Für die Basis- + Bonusförderung gilt eine Förderhöchstgrenze von insgesamt 150.000 Euro pro Maßnahme.
10623.06.18
Höhe der Förderung bei TeilsanierungKap. 4.1 der Richtlinie
Maßnahme
Austausch des/der Verdichter(s) 35 %
Austausch des/der Verflüssiger(s) / Kühlturm(s) 15 %
Austausch des/der Verdampfer(s) / Luftkühler(s) 15 %
Austausch der MSR-Technik 15 %
Zuschuss-anteil
… ergibt sich anteilig aus dem für die Vollsanierung ermittelten Förderbetrag:
10723.06.18
AntragstellungKap. 6.2 der Richtlinie
Antragstellung nur über Online-Formular (www.bafa.de)● behördliche Genehmigungen sind auf Verlangen vorzulegen● Konkretisierung der Richtlinie in einem Merkblatt● Allgemeine Informationen: www.klimaschutz.de/kaelte-klima-richtlinie
Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA)Frankfurter Straße 29-35, 65760 Eschborn bzw.Postfach 51 60, 65726 EschbornTel.: (06196) 908 1249Internet: http://www.bafa.deE-Mail: [email protected]