Was ist R290?
R290 besteht aus Propan mit der chemischen Formel C₃H₈. Es gehört zur Gruppe der Kohlenwasserstoffe und ist ein Einstoff-Kältemittel.
Damit besitzt R290 keinen Temperaturgleit wie ein zeotropes Kältemittelgemisch. Einem bestimmten Sättigungsdruck lässt sich eine eindeutige Sättigungstemperatur zuordnen.
Wichtige Stoffdaten sind:
- normaler Siedepunkt: etwa −42,2 °C
- kritische Temperatur: etwa 96,7 °C
- GWP100: unter 1
- Sicherheitsklasse: A3
- untere Explosionsgrenze: etwa 2,1 Vol.-%
- entsprechend etwa 0,038 kg/m³
- Selbstentzündungstemperatur: etwa 470 °C
Die Fachliteratur beschreibt R290 als thermodynamisch gut geeignetes Kältemittel für Anwendungen mit tiefen bis mittleren Verdampfungstemperaturen. Auch Wärmepumpen gehören zu den typischen Einsatzgebieten.
Warum ist R290 für Wärmepumpen technisch interessant?
Eine Wärmepumpe muss Wärme auf ein nutzbares Temperaturniveau anheben. Dafür sind unter anderem das Druckniveau, das Druckverhältnis, die Verdichtungsendtemperatur und die kritische Temperatur des Kältemittels von Bedeutung.
R290 besitzt mit rund 96,7 °C eine vergleichsweise hohe kritische Temperatur. Auch bei höheren Verflüssigungstemperaturen kann der Prozess deshalb noch unterhalb des kritischen Punkts stattfinden.
Bei einer Verflüssigungstemperatur von 70 °C liegt der Sättigungsdruck von R290 beispielsweise bei etwa 25,9 bar. Die konkrete Einsatzgrenze der Wärmepumpe wird allerdings nicht allein durch das Kältemittel bestimmt. Verdichter, Bauteile, Druckgrenzen und Herstellervorgaben müssen ebenfalls berücksichtigt werden.
R290 besitzt außerdem eine hohe volumetrische Kälteleistung und gute energetische Eigenschaften. Dadurch können leistungsfähige und vergleichsweise kompakte Kältemittelkreisläufe aufgebaut werden.
Das erklärt einen wesentlichen Teil seiner Attraktivität für moderne Wärmepumpen.
Der entscheidende Unterschied: R290 ist hoch brennbar
Die wichtigste Besonderheit von R290 ist nicht der Kältekreislauf.
Es ist die Brennbarkeit.
R290 gehört zur Sicherheitsklasse A3. Bereits ab ungefähr 2,1 Vol.-% Propan in Luft kann ein zündfähiges Gemisch entstehen.
Das bedeutet nicht, dass eine R290-Wärmepumpe grundsätzlich gefährlich ist. Im geschlossenen und dichten Kältemittelkreislauf befindet sich kein Sauerstoff, der für eine Verbrennung notwendig wäre.
Die kritische Situation entsteht erst, wenn Propan austritt und sich mit Luft vermischt.
Für eine gefährliche Situation müssen deshalb im Wesentlichen drei Bedingungen zusammentreffen:
- Propan tritt aus
- es entsteht eine zündfähige Konzentration mit Luft
- eine wirksame Zündquelle ist vorhanden
Die sichere Servicepraxis zielt darauf, genau diese Kombination zu verhindern.
R290 kann nicht zuverlässig gerochen werden
Propan aus der üblichen Gasflasche ist vielen Menschen durch den zugesetzten Geruchsstoff bekannt.
Kältemittel-R290 ist jedoch nicht einfach Flüssiggas aus der Gasflasche. Für den Kältemittelkreislauf wird Propan in hoher Reinheit eingesetzt.
Eine Odorierung würde Verunreinigungen in den Kältemittelkreislauf einbringen. Deshalb ist Kältemittel-R290 praktisch geruchlos.
Der Geruchssinn ist damit kein geeignetes Sicherheitsinstrument.
Für Arbeiten, bei denen mit einer Freisetzung gerechnet werden muss, ist ein für Kohlenwasserstoffe geeignetes Gaswarngerät beziehungsweise Messgerät erforderlich.
Warum der Aufstellungsort auch für den Service wichtig ist
Gasförmiges Propan ist schwerer als Luft.
Bei einer Leckage kann es sich deshalb bevorzugt in tiefer liegenden Bereichen sammeln. Dazu gehören beispielsweise:
- Senken
- Schächte
- Bodenabläufe
- Kelleröffnungen
- Vertiefungen
- andere schlecht belüftete tiefe Bereiche
Bei außen aufgestellten Wärmepumpen muss außerdem verhindert werden, dass austretendes Propan über Fenster, Türen, Lüftungsöffnungen oder Durchführungen in ein Gebäude gelangen kann.
Für den Servicetechniker bedeutet das:
Nicht nur auf die Wärmepumpe schauen. Immer auch den Bereich um und unter der Anlage beurteilen.
Das gilt besonders, bevor der Kältemittelkreislauf geöffnet wird.
Sicherheitsbereiche nicht pauschal festlegen
Für außen aufgestellte R290-Wärmepumpen werden Sicherheitsbereiche beziehungsweise Sicherheitszonen vorgesehen.
Dabei sollte nicht mit einer pauschalen Entfernung gearbeitet werden, die vermeintlich für jede Wärmepumpe gilt.
Entscheidend sind:
- Bauart der Wärmepumpe
- Kältemittelfüllmenge
- konstruktive Sicherheitsmaßnahmen
- mögliche Freisetzungsstellen
- Aufstellung
- Umgebung
- Herstellervorgaben
Die Installations- und Serviceunterlagen des jeweiligen Herstellers sind deshalb vor Arbeiten an der Anlage zu prüfen.
Innerhalb des festgelegten Sicherheitsbereichs dürfen keine Bedingungen geschaffen werden, durch die austretendes Propan gefährlich werden kann.
Vor dem Service: zuerst den Arbeitsplatz beurteilen
Bevor an einer R290-Wärmepumpe gearbeitet wird, muss klar sein, womit man es zu tun hat.
1. Kältemittel feststellen
Typenschild und Anlagendokumentation prüfen.
Das Kältemittel muss eindeutig als R290 identifiziert sein. Zusätzlich ist die Füllmenge relevant.
Nicht allein aufgrund von Gerätebauart oder Hersteller davon ausgehen, dass eine bestimmte Wärmepumpe R290 enthält.
2. Herstellerunterlagen lesen
Vor allem bei Arbeiten am Kältemittelkreislauf sind die Service- und Sicherheitsvorgaben des Herstellers maßgeblich.
Dazu können beispielsweise gehören:
- vorgegebene Sicherheitsbereiche
- zulässige Werkzeuge
- Verfahren zur Rückgewinnung
- Evakuierverfahren
- Prüfdruck
- Füllmenge
- besondere Freigabeschritte vor dem Öffnen des Kreislaufs
3. Umgebung prüfen
Vor Arbeitsbeginn kontrollieren:
- Gibt es Bodenabläufe oder Schächte?
- Befinden sich Gebäudeöffnungen in der Nähe?
- Kann austretendes Gas in tiefer gelegene Bereiche gelangen?
- Ist ausreichende Lüftung vorhanden?
- Können sich unbefugte Personen im Arbeitsbereich aufhalten?
- Sind mögliche Zündquellen vorhanden?
Erst danach wird der Arbeitsbereich eingerichtet.
Zündquellen konsequent vermeiden
Wenn Propan austreten kann, dürfen im gefährdeten Bereich keine wirksamen Zündquellen vorhanden sein.
Dazu gehören nicht nur offene Flammen.
Auch elektrische Betriebsmittel, Schaltvorgänge, Funken oder heiße Oberflächen können relevant werden.
Das bedeutet in der Praxis:
- Rauchverbot
- kein offenes Feuer
- keine unnötigen elektrischen Schaltvorgänge im Gefahrenbereich
- Funkenbildung vermeiden
- nur geeignete Arbeitsmittel einsetzen
- Arbeitsbereich absperren und kennzeichnen
Bei Arbeiten im Gefahrenbereich sind ein geeignetes Gaswarngerät, geeignete Arbeitsmittel sowie ein verfügbarer Feuerlöscher Bestandteil einer sicheren Arbeitsweise.
Gaswarngerät: messen, wo sich Propan sammeln kann
Weil Propan schwerer als Luft ist, muss auch die Gasüberwachung sinnvoll erfolgen.
Das Messgerät wird nicht irgendwo oberhalb der Anlage abgelegt.
Besonders zu beobachten sind tiefer liegende Bereiche und mögliche Stellen, an denen sich austretendes Gas sammeln könnte.
Während Arbeiten mit möglicher Kältemittelfreisetzung sollte die Konzentration im Arbeitsbereich überwacht werden.
Zeigt das Gaswarngerät eine gefährliche Konzentration an, wird die Arbeit unterbrochen. Die Quelle der Freisetzung und die Belüftung des Bereichs müssen anschließend sicher beherrscht werden.
Werkzeuge und Geräte müssen für R290 geeignet sein
Bei R290 reicht es nicht, lediglich die übliche kältetechnische Ausrüstung mitzubringen.
Geräte, die mit dem Kältemittel oder einer möglichen Propan-Luft-Atmosphäre in Kontakt kommen, müssen für den Einsatz mit brennbaren Kältemitteln geeignet beziehungsweise zugelassen sein.
Das betrifft insbesondere:
- Rückgewinnungsgeräte
- Vakuumpumpen
- elektrische Mess- und Arbeitsmittel im gefährdeten Bereich
- Gas- und Lecksuchgeräte
- Kältemittelflaschen
- Schläuche und Anschlussarmaturen
Die Ausrüstung muss außerdem technisch einwandfrei und dicht sein.
Lecksuche bei R290
Eine dichte Anlage ist bei einem A3-Kältemittel besonders wichtig.
Für die Lecksuche muss ein Verfahren eingesetzt werden, das für Kohlenwasserstoff-Kältemittel geeignet ist.
Elektronische Messgeräte müssen R290 beziehungsweise Kohlenwasserstoffe erkennen können.
Auch hier gilt:
Der Geruchssinn ersetzt keine Lecksuche.
Nach Reparaturen am Kreislauf ist eine fachgerechte Dichtheitsprüfung erforderlich.
Muss der Kreislauf geöffnet werden, ändert sich die Arbeitssituation
Solange der Kältemittelkreislauf geschlossen und dicht ist, befindet sich R290 kontrolliert innerhalb des Systems.
Beim Öffnen des Kreislaufs besteht dagegen die Möglichkeit einer gezielten oder unbeabsichtigten Freisetzung.
Deshalb muss das Kältemittel vorher sicher aus dem zu öffnenden Bereich entfernt werden.
R290 fachgerecht zurückgewinnen
Für die Rückgewinnung ist ein für brennbare Kältemittel geeignetes Rückgewinnungsgerät zu verwenden.
Das Propan wird in dafür geeignete Kältemittelflaschen beziehungsweise Recyclingbehälter überführt.
Dabei muss insbesondere auf die zulässige Füllmenge der Flasche geachtet werden. Flüssiges Kältemittel dehnt sich bei Erwärmung aus. Eine überfüllte Flasche kann dadurch gefährlich unter Druck geraten.
Größere Kältemittelfüllungen einfach in die Umgebung abzulassen, ist keine kontrollierte Servicepraxis.
Vor Löt- oder Reparaturarbeiten: Propan sicher entfernen
Soll ein Verdichter, Wärmeübertrager oder anderes Bauteil aus dem Kältemittelkreislauf ausgebaut werden, reicht eine vermeintlich „leere“ Anlage nicht aus.
Nach der Rückgewinnung können noch Propanreste vorhanden sein.
Vor Arbeiten mit möglichen Zündquellen muss der zu bearbeitende Bereich deshalb entsprechend dem vorgesehenen Verfahren von Propan befreit werden. Dazu kann das Spülen mit trockenem Stickstoff gehören.
An einem Kältemittelkreislauf mit möglichem Propanrest wird nicht einfach mit der Flamme gearbeitet.
Nach der Reparatur: prüfen, evakuieren, befüllen
Nach Arbeiten am geöffneten Kreislauf wird die Anlage nicht unmittelbar wieder mit R290 gefüllt.
Die grundsätzliche Reihenfolge lautet:
1. Dichtheitsprüfung
Die reparierten Verbindungen und der betroffene Kreislauf werden nach den für die Anlage geltenden Vorgaben mit geeignetem Prüfgas geprüft.
Für Propananlagen wird dafür Stickstoff eingesetzt.
2. Prüfgas entfernen
Vor der Evakuierung muss das Prüfgas vollständig aus dem zu evakuierenden Kreislauf entfernt sein.
3. Evakuieren
Anschließend wird der Kältemittelkreislauf evakuiert und getrocknet.
Bei R290 ist dabei ein zusätzlicher Punkt wichtig:
Eine Vakuumpumpe darf nicht dazu verwendet werden, verbliebenes Propan aus der Anlage zu fördern.
Das Propan muss vorher sicher entfernt sein.
4. Mit vorgegebener Masse befüllen
R290-Anlagen besitzen definierte Kältemittelfüllmengen.
Nach der Reparatur wird deshalb die vom Hersteller festgelegte Kältemittelmasse eingewogen.
Nicht nach Gefühl und nicht allein nach Betriebsdrücken befüllen.
5. Abschließende Dichtheitskontrolle
Nach dem Befüllen und der Inbetriebnahme werden die bearbeiteten Stellen erneut kontrolliert.
Bei einer Monoblock-Wärmepumpe nicht nur an den Kältekreislauf denken
Bei vielen R290-Luft/Wasser-Wärmepumpen befindet sich der komplette Kältemittelkreislauf in der Außeneinheit.
Das reduziert zwar die kältetechnischen Montagearbeiten im Gebäude. Die Sicherheitsbetrachtung endet dadurch aber nicht an der Gehäusewand.
Bei der Aufstellung und beim Service muss beispielsweise geprüft werden, ob austretendes Propan:
- über Öffnungen in das Gebäude gelangen kann
- sich in Schächten oder Vertiefungen sammelt
- in Bereiche mit Zündquellen gelangt
- sich im Arbeitsbereich des Technikers konzentrieren kann
Genau deshalb sind Aufstellungs- und Sicherheitsvorgaben Bestandteil des Anlagenkonzepts und dürfen bei späteren Umbauten nicht unbeachtet verändert werden.
Sicherheitsmaßnahmen nach der Arbeit wieder vollständig herstellen
Nach einer Reparatur geht es nicht nur darum, dass die Wärmepumpe wieder läuft.
Auch alle Sicherheitseinrichtungen müssen wieder im vorgesehenen Zustand sein.
Dazu können abhängig von der Anlage gehören:
- Gehäuse und Abdeckungen
- Lüftungseinrichtungen
- Gasdetektoren
- Alarme
- Sicherheitsschalter
- Kennzeichnungen
- Absperrungen oder Sicherheitsbereiche
Vorhandene Gasdetektoren und Alarmsysteme müssen entsprechend den Herstelleranforderungen geprüft beziehungsweise gewartet werden.
Typische Fehler in der Servicepraxis
„Die Anlage steht draußen – da kann nichts passieren.“
Falsch.
Auch im Freien kann sich Propan in Vertiefungen, Schächten oder schlecht durchlüfteten Bereichen sammeln.
„Ich rieche nichts, also ist kein Propan vorhanden.“
Falsch.
Kältemittel-R290 ist nicht odoriert und kann nicht zuverlässig über den Geruch wahrgenommen werden.
„Die Füllmenge ist klein.“
Die Füllmenge ist ein wichtiger Faktor, ersetzt aber keine sichere Arbeitsweise.
Auch kleine Mengen können lokal eine zündfähige Konzentration erzeugen.
„Die Anlage ist abgesaugt, also kann ich sofort löten.“
Nicht ausreichend.
Vor Arbeiten mit Zündquellen müssen verbliebene Propanreste sicher aus dem betroffenen Kreislauf entfernt sein.
„Zum Evakuieren kann ich die normale Vakuumpumpe verwenden.“
Nur wenn Gerät und Arbeitsverfahren für die Anwendung geeignet sind und sich kein Propan mehr im zu evakuierenden Kreislauf befindet.
Die Vakuumpumpe ist kein Rückgewinnungsgerät.
„Jede R290-Wärmepumpe braucht rundherum den gleichen Sicherheitsabstand.“
Nein.
Sicherheitsbereiche hängen von Gerät, Bauart, Füllmenge, möglichen Austrittsstellen und Herstellervorgaben ab.
Sichere Servicepraxis in zehn Schritten
Vor Arbeiten am R290-Kältemittelkreislauf:
- R290 und Füllmenge am Typenschild feststellen.
- Service- und Sicherheitsunterlagen des Herstellers prüfen.
- Arbeitsumgebung auf Schächte, Abläufe, Öffnungen und mögliche Gasansammlungen kontrollieren.
- Arbeitsbereich sichern und Zündquellen entfernen.
- Geeignetes Gaswarngerät einsetzen und für ausreichende Lüftung sorgen.
- Nur für brennbare Kältemittel geeignete Werkzeuge und Geräte verwenden.
- R290 vor dem Öffnen fachgerecht zurückgewinnen.
- Vor Arbeiten mit Zündquellen Propanreste entfernen und den Kreislauf entsprechend dem vorgesehenen Verfahren mit Stickstoff spülen.
- Nach der Reparatur Dichtheitsprüfung, Evakuierung und Befüllung mit der vorgegebenen Kältemittelmasse durchführen.
- Abschließend Dichtheit, Anlagenfunktion und vorhandene Sicherheitseinrichtungen kontrollieren und die Arbeiten dokumentieren.
Entscheidend ist nicht Angst vor R290, sondern ein anderes Sicherheitsdenken
Die grundlegenden kältetechnischen Vorgänge einer R290-Wärmepumpe sind dieselben wie bei anderen Kaltdampf-Kompressionssystemen:
- verdampfen
- verdichten
- verflüssigen
- entspannen
Der entscheidende Unterschied entsteht beim Umgang mit einer möglichen Freisetzung.
R290 besitzt sehr gute kältetechnische Eigenschaften. Seine hohe Brennbarkeit verlangt aber, dass Aufstellung, Arbeitsbereich, Werkzeuge, Gasüberwachung, Rückgewinnung und Reparaturverfahren konsequent darauf abgestimmt sind.
R290 ist technisch ein sehr geeignetes Kältemittel. Sicher wird es durch die richtige Anlage und die richtige Arbeitsweise.
Kurz zusammengefasst
- R290 ist Propan und ein natürliches Einstoff-Kältemittel.
- Es besitzt einen sehr niedrigen GWP-Wert und günstige thermodynamische Eigenschaften.
- Die kritische Temperatur liegt bei rund 96,7 °C.
- R290 gehört zur Sicherheitsklasse A3 und ist hoch brennbar.
- Ab etwa 2,1 Vol.-% Propan in Luft kann ein zündfähiges Gemisch entstehen.
- Kältemittel-R290 ist nicht odoriert. Der Geruchssinn ist deshalb kein Sicherheitsinstrument.
- Gasförmiges Propan ist schwerer als Luft und kann sich in tiefer liegenden Bereichen sammeln.
- Vor Servicearbeiten müssen Aufstellungsort, Umgebung und mögliche Zündquellen bewertet werden.
- Für Arbeiten mit möglicher Freisetzung sind geeignete Gasüberwachung, Lüftung und geeignete Arbeitsmittel erforderlich.
- Eine Vakuumpumpe ist kein Rückgewinnungsgerät.
- Vor Arbeiten mit Zündquellen muss R290 sicher entfernt und der Kreislauf entsprechend dem vorgesehenen Verfahren gespült werden.
- Nach einer Reparatur folgen Dichtheitsprüfung, Evakuierung, Befüllung nach Herstellervorgabe und abschließende Kontrolle.
- Sicherheitsbereiche sind geräte- und aufstellungsabhängig und dürfen nicht über einen pauschalen Abstand definiert werden.
- Herstellerunterlagen und die konkrete Anlagenkonfiguration haben bei der Servicepraxis Vorrang.