Kältemittel in Wärmepumpen
Gefährdungspotenziale und Schutzmaßnahmen – ein Überblick
Beschäftigte, die Wärmepumpen montieren, warten oder instandhalten, müssen die Gefährdungen kennen, die Tätigkeiten mit Kältemitteln mit sich bringen. Mit entsprechenden Schutzmaßnahmen können sie reduziert oder verhindert werden.
Wärmepumpen sind Wärmekraftmaschinen, die unter der Verwendung von elektrischer Energie einem Umgebungsmedium Wärme entziehen und damit Heizwärme bereitstellen. Ein wichtiger Bestandteil für die Leistungsfähigkeit einer Wärmepumpe ist das Kältemittel. Es zirkuliert in einem geschlossenen Kreislauf und überträgt aufgrund seiner physikalischen und chemischen Eigenschaften die Wärme.
Ein Kältemittel ist ein Arbeitsmedium, das bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck Wärme aufnimmt und bei höherer Temperatur und höherem Druck Wärme abgibt. Es muss in der Regel nach der erstmaligen Befüllung nicht mehr gewechselt werden und unterliegt keinem Verschleiß. Je nach Anwendungsfall wird dieser sogenannte Kältemaschinenprozess nicht nur zum Heizen, sondern auch zum Kühlen verwendet.
Kennzeichnung verrät Eigenschaften
Kältemittel werden nach einer einheitlichen Nomenklatur bezeichnet. Sie besteht aus einem R für Refrigerant (englisches Wort für Kältemittel) und einer Ziffernfolge von bis zu vier Ziffern, mit der die chemische Zusammensetzung erkennbar ist. Ein Beispiel für eine Kältemittelbezeichnung ist R-744 (Kohlenstoffdioxid).
Üblicherweise sind die Bezeichnungen auf den Typenschildern der Wärmepumpen abgebildet. Aufgrund der stofflichen Gefährdungen sind Kältemittel in verschiedene Sicherheitsklassifizierungen unterteilt (siehe Grafik):
- Gruppe A: geringe/geringere Toxizität
- Gruppe B: hohe/erhöhte Toxizität
- Zusätzlich wird die Brennbarkeit der Kältemittel klassifiziert:
- Gruppe 1: keine Flammenausbreitung
- Gruppe 2L (L für low=niedrig): geringe Brennbarkeit mit langsamer Flammenausbreitung
- Gruppe 2: geringe Brennbarkeit/entzündlich
- Gruppe 3: größere Brennbarkeit/hochentzündlich
© BGHM
Arten von Kältemitteln
Es gibt eine Vielzahl an Kältemitteln mit unterschiedlichen Eigenschaften. Synthetische Kältemittel: Zu den künstlich hergestellten Kältemitteln zählen beispielsweise die Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) sowie die Fluorkohlenwasserstoffe (FKW). Viele FKW sind durch ihre chemische Trägheit nicht brennbar und gelten als effiziente Wärmeträger.
Synthetische Kältemittel werden schon seit langer Zeit in Kälteanlagen eingesetzt. Aufgrund ihrer Vielfalt an chemischen Eigenschaften sind sie für einen großen Anwendungsbereich geeignet. Die meisten synthetischen Kältemittel besitzen allerdings einen entscheidenden Nachteil: Gelangen sie in die Atmosphäre, zerstören sie die Ozonschicht und tragen so zum Treibhauseffekt bei. Der Gesetzgeber sieht daher auf europäischer Ebene ein schrittweises Verbot der fluorierten Gase vor.
Natürliche Kältemittel: Die Ausgangsstoffe der natürlichen Kältemittel kommen in der Natur vor und leisten durch einen niedrigen GWP-Wert (siehe Gut-zu-wissen-Kasten) keinen oder nur einen geringen Beitrag zur globalen Erderwärmung. Sie sind in absehbarer Zukunft nicht von Stoffverboten oder Einsatzbeschränkungen betroffen und gewinnen daher zunehmend an Bedeutung. Nachteilig ist, dass viele natürliche Kältemittel brennbar und nicht zu jeder Wärmepumpe kompatibel sind.
Gefahren für Betreiber und Servicepersonal
Bei Servicearbeiten erhöht sich das Gefahrenpotenzial durch den möglichen Austritt von Kältemittel. Daher sind von Arbeitgebern erhöhte Sicherheitsvorkehrungen vorzusehen und von den Beschäftigten auch umzusetzen. Die üblicherweise eingesetzten Kältemittelgase in Wärmepumpen (zum Beispiel R-290, R-410a, R-32) sind in ihrer natürlichen Form farb- und geruchslos und daher schwer zu bemerken.
Aufgrund der niedrigen Siedepunkte vieler Kältemittel kühlen sich diese beim Verdampfen stark ab. Dies kann insbesondere bei Leckagen der Anlagenteile zu Sprühnebel oder spritzenden Flüssigkeitstropfen führen und bei Berührung lokale Erfrierungen der Haut bewirken. Die dabei entstehenden Dämpfe sind schwerer als Luft und können in geschlossenen Räumen bodennah hohe Konzentrationen bilden. Die Gase stehen in der Anlage unter üblichen Drücken zwischen 10 und 45 bar. Mechanische Beschädigungen an den Leitungen oder unachtsames Öffnen des Systems führen zu starkem Ausströmen des Kältemittels und bedeuten eine erhöhte Unfallgefahr.
Viele synthetische und natürliche Kältemittel weisen eine Toxizität auf. Der Kontakt mit den Augen, der Haut oder das Einatmen führt zu einem Gesundheitsrisiko. Neben narkotischen Effekten wie Schwindel, Übelkeit und Kopfschmerzen kann bei hohen Konzentrationen in der Atemluft auch das Ersticken drohen. Einige FKW und viele natürliche Kältemittel sind leicht brennbar und erhöhen daher das Brandrisiko. Insbesondere das Kältemittel R-290 (Propan) ist hochentzündlich und hat bei Austritt ein hohes Sicherheitsrisiko.
Schutzmaßnahmen
Arbeiten an Wärmepumpen sind von sachkundigem Fachpersonal durchzuführen. Es müssen eine Betriebsanweisung und eine Gefährdungsbeurteilung für die Gefahrstoffe und Tätigkeiten erstellt werden. Personen, die an FKW-Anlagen arbeiten, müssen – unter anderem abhängig von der Füllmenge – über eine Zertifizierung nach der Chemikalien- Klimaschutzverordnung verfügen. Auch Unternehmen, deren Beschäftigte solche Tätigkeiten ausführen, müssen zertifiziert sein.
Die Herstelleranweisungen sowie das Sicherheitsdatenblatt des eingesetzten Kältemittels sind sorgfältig zu befolgen. Beschäftigte müssen vor Beginn der Tätigkeiten durch eine fachkundige Person unterwiesen werden. Geräte sind spannungsfrei zu schalten und nach der Außerbetriebsetzung müssen die Drücke in der Anlage angeglichen werden. Bei Arbeiten an Wärmepumpen, bei denen ein Kontakt mit dem Kältemittel nicht ausgeschlossen werden kann, ist je nach Tätigkeit das Tragen einer geeigneten Persönlichen Schutzausrüstung vorgeschrieben. Dazu zählen beispielsweise chemikalienbeständige Schutzhandschuhe, Gesichts- und Atemschutz. Es sollte langärmelige Kleidung getragen werden.
In unmittelbarer Nähe der Wärmepumpe muss eine ausreichende bodennahe Belüftung sichergestellt werden, um das Einatmen größerer Gasmengen zu vermeiden und das Brandrisiko zu minimieren. Die Überprüfung der Gaskonzentration im Arbeitsbereich kann durch ein Gaswarngerät erfolgen. Dem Entweichen von Gas aus der Anlage kann durch eine regelmäßige Wartung des Kältemittelkreislaufs mit Dichtheitskontrolle vorgebeugt werden. Offenes Feuer und Rauchen sind bei Servicearbeiten im Umfeld der Anlage verboten.
Brennbare Kältemittel sind Gefahrstoffe und müssen als solche mit dem Piktogramm GHS02 (entzündbar) gekennzeichnet werden (siehe Abbildung). Bei der Lagerung der Druckgasflaschen ist auf eine ausreichende Belüftung des Raumes zu achten. Die Lagerumgebung muss kühl und trocken sowie frei von Zünd- und Wärmequellen sein. Der Betreiber ist für den verantwortungsbewussten Umgang mit allen Betriebsmitteln und für die fachgerechte Entsorgung verantwortlich. Die Entsorgungsarbeiten dürfen nur von befähigten und sachkundigen Personen durchgeführt werden. Gebrauchte Gase müssen mit Hilfe von Absauggeräten aus dem Kreislauf entfernt und vom Hersteller oder Vertreiber wieder zurückgenommen werden.
Philipp John, BGHM
© UNECE
Gut zu wissen: GWP-Wert
Der GWP-Wert (GWP=Global Warming Potential) sagt etwas über das relative Treibhauspotenzial des Kältemittels in Bezug auf CO2 aus. Er beschreibt die Erderwärmungswirkung über einen bestimmten Zeitraum, der bei Kältemitteln in der Regel 100 Jahre beträgt. Der GWP-Wert des Kältemittels R134a beispielsweise ist 1430. Ein Kilogramm des genannten Kältemittels trägt demnach auf 100 Jahre gerechnet 1430-mal so stark zum Treibhauseffekt bei wie ein Kilogramm CO2. Der GWP-Wert des natürlichen Kältemittels R-744 liegt dagegen nur bei 1. Je höher der GWPWert, desto klimaschädlicher ist demnach ein Kältemittel.
Ausgabe 3/2024