Beschreibung Wirkung ACALOR 2015.10

Funktionsbeschreibung der ACALOR-Direktwärmepumpe
Die ACALOR Wärmepumpe ist eine Kältemaschine wie sie millionenfach verwendet wird. Die
Besonderheiten liegen in der Anpassung des Systems auf die spezielle Aufgabe Wärmeenergie
effizient zu gewinnen, zu transportieren und besonders behaglich abzugeben.
Warum funktioniert eine Wärmepumpe?
Jeder Kältemaschine nutzt den thermodynamischen Kreisprozess.
Zu diesem Kreisprozess gehören vier Begriffe.
-
Verdampfen
Verdichten
Kondensieren
Expandieren
Begriffserklärung:
Verdampfen:
Jeder Stoff kann in drei Aggregatzuständen auftreten. Gasförmig, flüssig und fest.
Das Verdampfen beschreibt den Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Zustand.
Eine Flüssigkeit z.B. Wasser in einem Kochtopf kann bis zu ihrem Siedepunkt erwärmt werden. Je
Grad Erwärmung werden für ein kg Wasser dafür 4,19 kJ Energie benötigt.
Im Fall von Wasser liegt der Siedepunkt bei 1 bar Luftdruck bei 100°C. Siedet das Wasser im Topf
wird sehr viel Energie zugeführt. Die Temperatur des Wassers ändert sich aber nicht. Um ein kg
Wasser zu Verdampfen werden 2453 kJ Energie benötigt. Das ist 585 mal mehr Energie als für das
Erwärmen benötigt wird.
Ist alles Wasser Verdampft, steigt die Temperatur des Dampfes an. Je Grad Erwärmung werden für
ein kg Wasserdampf dafür 2,08 kJ Energie benötigt.
Die Verdampfungstemperatur oder der Siedepunkt kann verändert werden. Sinkt der
Umgebungsdruck so verringert sich die Verdampfungstemperatur. Daher siedet Wasser in großer
Höhe z.B. auf einem Berg (geringer Luftdruck) bei einer geringeren Temperatur als bei geringer Höhe
(normaler Luftdruck).
Steigt der Umgebungsdruck erhöht sich die Verdampfungstemperatur und das Medium siedet bei
einer höheren Temperatur.
Fazit: Durch Änderung des Drucks kann der Wechsel der Aggregatzustände bei unterschiedlichen
Temperaturen stattfinden.
Verdichten:
Der Verdichter bzw. Kompressor hat die Aufgabe den Druck eines Mediums zu verändern. Auf der
Saugseite des Verdichters entsteht eine geringer Druck und auf der Druckseite ein höherer Druck.
Der Kompressor sorgt also dafür, dass bei einer motorisch angetriebenen Kältemaschine bzw.
Wärmepumpe unterschiedliche Druckniveaus entstehen.
Kondensieren:
Das Kondensieren ist das Gegenteil des Verdampfens. Man kann es auch als verflüssigen
bezeichnen.
Der Dampf eines Stoffes wie z.B. Wasserdampf hat das Bestreben die Temperatur seiner Umgebung
anzunehmen. Bei einem Druck von 1 bar Kondensiert Wasser bei 100°C und wird flüssig. Diese
Temperatur nennt man Kondensationstemperatur.
Kühlt sich ein kg warmer Wasserdampf ab bis zu seiner Kondensationstemperatur gibt er die zuvor
aufgenommenen 2,08 kJ je ein Grad Temperaturänderung wieder ab.
Hat der Dampf die Kondensationstemperatur erreicht, kondensiert das Medium an dem kältesten
Punkt in seiner Umgebung aus und gibt dabei 2453 kJ je kg ab. Die Temperatur des Dampfes ändert
sich nicht. Die Temperatur der Umgebung steigt auf Grund der großen, freiwerdenden Energie.
Beispielhaft kann hier die Kondensation von Wasser an einer kalten Fensterscheibe nach einem
Duschbad sein.
Erst wenn alle Moleküle auskondensiert sind kühlt sich das nun entstandene flüssige Wasser weiter
ab. Dies geschieht dann wieder bei 4,19 kJ je kg und Grad der Temperaturänderung.
Fazit: Wie die Siedetemperatur durch den Druck verändert werden kann, ist es auch möglich die
Verdampfungstemperatur durch Veränderung des Umgebungsdruckes zu verändern.
Expandieren:
Expandieren kann man auch mit entspannen umschreiben. Die Luft in einem Luftballon ist
eingezwängt. Sie kann sich nicht frei entspannen sondern die Luft- Moleküle sind dicht gedrängt
beieinander. Lässt man nun etwas Luft ab, kann diese Luft sich entspannen. Die Moleküle treiben
auseinander. Dabei wird genau die Energie- Menge frei die zuvor aufgewendet wurde um die Luft
Moleküle in den Ballon zu zwängen.
So wird auch das zuvor verdichtete Kältemittel in einer Kältemaschine oder Wärmepumpe entspannt.
Dabei verringert sich der Druck des Mediums.
Zusammenfassung.
Durch Änderung des Umgebungsdrucks mit Hilfe des Kompressors (Druckaufbau) und des
Expansionsventiles (Druckabbau) einer Kälteanlage oder Wärmepumpe ist es möglich die
Siedetemperatur (Verdampfen) und die Kondensationstemperatur (Verflüssigen) so zu verändern,
dass diese Temperaturen in einem Nutzbaren Bereich liegen.
Da sich die Siedetemperatur bzw. die Kondensationstemperatur von Wasser nicht in einen für eine
Wärmepumpe nutzbaren Bereich verändern lassen, ist es notwendig eine anderes Medium zu
Verwenden.
Im Fall der ACALOR Wärmepumpe, wird das Kältemittel R290 verwendet. Es handelt sich um Propan.
Dieses Medium kann ohne großen Energieaufwand für den Verdichter in die Gewünschten Zustände
gebracht werden. Und da es die Umwelt nicht schädigt und für seine Gewinnung nicht enorme
Energiemengen aufgewendet werden müssen, ist es nachhaltig und für die ACALOR Wärmepumpe
bestens geeignet.
Woher kommt die Wärme?
Wie zuvor beschreiben kann das Kältemittel durch Änderung des Drucks seinen Aggregatzustand bei
einer veränderbaren Temperatur von flüssig in gasförmig wechseln.
Propan verdampft bei 1 bar Druck bei -42°C. Bei einer Außentemperatur von z.B. -20 °C kann das
Kältemittel bei 1,8 bar verdampfen. Es siedet bei einer Temperatur von ca. -29°C und nimmt dabei
425 kJ je kg auf.
Ist alles Propan verdampft, wird das Gas vom Verdichter angesaugt und auf einen Druck von ca. 10
bar verdichtet. Dabei wird die bei der mechanischen Arbeit des Verdichters frei werdende
Wärmeenergie der Wärmeenergie des Kältemittels hinzugefügt. Im Jahresmittel werden drei Viertel
der jetzt im Propan enthaltenen Wärmeenergie aus der Luft aufgenommen ein Viertel wird durch den
Verdichter hinzugefügt. Die gesamte gespeicherte Wärme steht nun zum Heizen zur Verfügung. Mit
einer sehr gut isolierten Rohrleitung gelangt das Kältemittel in das Gebäude.
Wie wird die Wärme abgegeben?
Das Gas ist zunächst überhitzt. Das bedeutet, dass es nicht, wie bei einem Druck von 10 bar zu
erwarten ca. 31°C warm ist, sondern die Temperatur beträgt ca. 65 °C. Der Verdichter konnte „nur das
Gas“ erwärmen und nicht die Flüssigkeit verdampfen.
Das Gas kühlt zunächst mit 1,67 kJ je kg und Grad der Temperaturänderung ab. Dieses überhitzte
Gas kann bei Bedarf das Brauchwasser im Warmwasserspeicher erwärmen.
Ist das Propan bis auf 31 °C abgekühlt beginnt es zu kondensieren. Es kondensiert aber nur an dem
Punkt aus, der am kältesten ist. Dieses selektive Heizen kann nur durch die direkte Kondensation in
den Rohren im Estrich erfolgen. Daher Direktkondensation.
Anders als Wasser in einer Fußbodenheizung, gibt das Kältemittel seine Wärmeenergie nicht da ab
wo es gerade entlang fließt sondern nur da wo es am kältesten ist. Kalte Bereiche z.B. an Fenster und
Türen können so gezielt beheizt werden. Die Wärmeverteilung im Raum ist besonders gleichmäßig. In
Bereichen mit hohem Wärmebedarf ist der Fußboden wärmer und im Bereich ohne oder mit geringen
bedarf ist der Boden genauso warm wie der Raum. Die Raumlufttemperatur ist in allen Bereichen
gleich. Konvektion (Luftströmung) tritt nicht auf. Je geringer die Luftströmung umso behaglicher ist die
Wärmeabgabe. Daher ist ACALOR die behaglichste Heizung, da keine Luftströmung auftritt.
Bei der Kondensation werden die aufgenommenen 425 kJ je kg wieder abgegeben.
Wenn alle Moleküle auskondensiert sind befindet sich in den Rohren nur noch flüssiges Propan. Die
Dichte ist nur halb so groß wie bei Wasser. Die Leitungen können dementsprechend dünner sein als
bei einer konventionellen Fußbodenheizung.
Das Kältemittel wird zur Außeneinheit zurückgeführt. Je kg Propan und ein Grad Abkühlung werden
noch 2,43 kJ abgegeben für die Beheizung des Gebäudes ist diese Energie nicht mehr brauchbar.
In der Außeneinheit wird das Kältemittel zum Expansionsventil geleitet. Dieses reduziert den Druck
wieder auf 1,8 bar und gibt den Propanmolekülen damit wieder die Möglichkeit erneut Wärmeenergie
aufzunehmen.
Der Prozess, bestehend aus verdampfen, verdichten, kondensieren und expandieren, beginnt von
vorn. Daher der Begriff thermodynamischen Kreisprozess.
Wie funktioniert die Kühlung?
Der Raumthermostat der Wärmepumpe ist ein von ACALOR angepasster Klimaregler. Er signalisiert
der Steuerung der Wärmepumpe, wenn es im Raum zu kalt und auch wenn es zu warm ist. Bei einer
eingestellten Temperatur von z.B. 22 °C wird das Signal „Heizen“ gesendet, bis eine Temperatur von
22,6 °C erreicht ist. Der Raum kann sich dann bis ca. 22,8 °C weiter erwärmen. Das nennt man
"überschwingen" und ist bereits bei der Konfiguration des Reglers berücksichtigt. Wird es wärmer als
2 Grad über dem Sollwert, also in diesem Fall 24 °C, schaltet der Thermostat das Signal „Kühlen“ und
die Steuerung der Wärmepumpe wird dies registrieren.
Der Verdichter der Wärmepumpe arbeitet auch im Kühlbetrieb in die gleiche Richtung wie im
Heizbetrieb. Ein Ventil sorgt dafür, dass der Kältemittelstrom im Betriebszustand „Kühlung“ entgegen
der beim „Heizen“ gewählten Richtung fließt. Der Kondensator gibt nun an die Umgebungsluft die
Wärmeenergie ab. Gleichzeitig werden die Rohre im Fußboden zum Verdampfer. Das Kältemittel
nimmt im Kühlbetrieb Wärme aus dem Fußboden auf. Der Boden wird abgekühlt und kühlt mittels
Wärme- Kopplung auch die Umfassungswände, die Objekte im Raum und auch die Menschen.
Die ACALOR-Wärmepumpe ist in erster Linie eine Heizungsanlage.
Sie ist als solche konzipiert und damit auf die Bedürfnisse im Heizbetrieb abgestimmt. Die KühlFunktion ist eine optionale Funktion und muss sich in ihrer Funktion und Wirkung der Heizung
unterordnen.
Die Heizung ist so abgestimmt, dass Räume mit hohem Wärmebedarf (z.B. Badezimmer) mit relativ
viel Rohr ausgerüstet werden und Räume mit geringem Wärmebedarf (z.B. Schlafzimmer) mit wenig
Rohr. Im Obergeschoss wird nur etwa 1/3 der Heizleistung des Erdgeschosses benötigt.
Für eine optimale Kühlfunktion müssten die Räume mit geringem Wärmebedarf, wie das
Schlafzimmer, mit relativ viel Rohr ausgerüstet werden, da in diesen Räumen der Kühlbedarf am
größten ist.
Das Obergeschoss wird auf Grund der großen und oft geneigten Dachfläche sowie der natürlichen
Konvektion im Gebäude im Sommer sehr warm. Die Wärme staut sich regelrecht im Obergeschoss.
Im Badezimmer wird keine Kühlung benötigt.
Der Bedarf an Leistung verhält sich also im Kühlbetrieb genau entgegengesetzt zum Leistungsbedarf
im Heizbetrieb.
Da die ACALOR-Wärmepumpe als Heizung konzipiert ist, kann die Kühlung nicht optimal den Bedarf
abdecken.
Die Kühlfunktion soll dafür sorgen, dass die Temperaturen im Gebäude im Sommer nicht zu stark
ansteigen. Die Kühlung wirkt dabei auf das gesamte Rohrsystem. Davon ausgenommen ist der
Hauptteil des Haupt-Badezimmers.
Auf Grund der oben genannten Ausrichtung der ACALOR-Wärmepumpe auf den Heizzweck, kühlt die
Anlage in den Wohnbereichen im Erdgeschoss am stärksten. Die Räume im Obergeschoss werden
nicht so stark gekühlt, da hier auch weniger Rohre liegen. Der oder die primären Heizkreise im Bad
werden umgangen.
Die Umgehung wirkt nicht zu 100%. Es ist möglich, dass geringe Leistung übertragen wird.
Was ist Wärme- bzw. Strahlungs- Kopplung?
Laut dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik kann Energie nicht erzeugt oder vernichtet werden.
Sie wird umgewandelt und kann nicht verloren gehen. Der zweite Hauptsatz besagt, dass Energie
immer vom hohen zum niedrigen Niveau strömt. Umgedreht kann Energie nur mit zusätzlicher Hilfe
strömen.
Wärme ist auch Energie. Die Wärmeenergie wird durch infrarote Strahlung übertragen, durch einen
Körper geleitet oder konvektiv, also durch Luft oder Flüssigkeiten strömen übertragen.
Die ACALOR Wärmepumpe arbeitet konvektionsfrei.
Die Wärmeenergie wird von den Rohren ausgehend durch den Beton und den Bodenbelag an die
Fußbodenoberfläche geleitet. Von dort an wir sie nur durch Wärmestrahlung weitertransportiert.
Auch die Sonne sendet neben vielen anderen Strahlungsarten, darunter sichtbares Licht,
Wärmeenergie in Form von Wärmestrahlung bzw. Infrarotstrahlung zur Erde. Dabei stört weder der
luftleere Weltraum noch die Atmosphäre der Erde die Infrarotstrahlung auf ihrem Weg. Es ist also
möglich Wärme in Form von Strahlung zu übertragen unabhängig von den Zwischenraum, solange
dieser die Strahlung durchlässt.
Ist ein Körper wärmer als die Umgebung wird er die Wärme an seine Umgebung abgeben. Je größer
der Temperaturunterschied ist umso mehr Wärmeenergie wird übertragen. Ist nun eine Wand 21°C
Warm und der Boden 22 °C so wird Wärmeenergie übertragen. Ist ein Bereich der Wand kälter, z.B
durch eine nasse Stelle oder durch eine geringere Dämmung, so wird dieser Bereich kühler sein. Der
Temperaturunterschied beträgt möglicherweise nur 0,2 Grad. Zwischen der kühlen Stelle an der Wand
und dem Boden besteht nun ein größerer Temperaturunterschied als mit dem Rest der Wand. Es wird
also mehr Energie übertragen. Durch die größere Übertragung wird nun auch der Bereich des
Bodens, der mit dem kühlen Bereich der Wund in Verbindung besteht, kühler da ihm ja mehr Energie
entzogen wird als dem Rest des Bodens. Die beiden Bereiche stehen nun in Strahlungs- oder WärmeKopplung.
Der nun um nur wenige hundertstel Grad kühlere Bereich des Bodens entzieht dem darin
eingebettetem Rohr nun wiederum die Wärme. Das Kältemittel hat nun wieder einen kühleren Bereich
im System zur Verfügung und wird nun in diesem Bereich auskondensieren. Die Direktkondensation
regelt den Energiebedarf so vollkommen selbstständig aus.
Hieraus erschließt sich nun auch die Konvektionsfreiheit.
Was bedeutet Konvektionsfrei?
Konvektion ist das Mitführen durch ein strömendes Fluid. Mitgeführt werden können gelöste Stoffe
oder physikalische Größen wie Impulse oder thermische Energie, also Wärme
Die Strömung kann z B. durch Pumpen oder Ventilatoren erzwungen sein oder durch
thermodynamische Ungleichgewichte entstehen.
Insbesondere sind Temperaturunterschieden Ursache von Strömung bzw. Konvektion (thermische
Konvektion, Bild ).
Konvektionszellen in einem von unten beheizten Gefäß
Betrachten wir einen Raum als Gefäß so ist die Luft das Trägermedium für Wärmeenergie. Laut dem
Zeiten Hauptsatz der Thermodynamik kann Energie nur vom hohen zum niedrigen Niveau strömen.
Bildet sich eine Temperaturdifferenz zwischen zwei Bereichen in einem Raum so wird Konvektion
entstehen.
Die Direktkondensation wird ohne jeden Regeleingriff eine Temperaturdifferenz sicher ausregeln
(siehe Absatz Was ist Wärme- bzw. Strahlungs- Kopplung?). Dieser Vorgang muss stattfinden da die
Physik dies so vorsieht. Die gleichmäßige Wärmeverteilung wird unmittelbar nach dem Start der
Wärmepumpe beginnen und sich nach kurzer Einschwingzeit voll einstellen. Es wird schließlich, nach
eine gewissen Laufzeit der Anlage ein Gleichgewicht entstehen, welches keine Konvektion zulässt.
Wie ist dies nun zu beweisen? Wir haben alle in der Schule gelernt, dass warme Luft immer nach
oben steigt denn sie hat eine geringere Dichte als kalte Luft und ist somit leichter.
Bei einer herkömmlichen Heizkörperheizung wird ca. 70 % der Wärme durch Konvektion übertragen
und ca. 30 % durch Wärmestrahlung. Ist so eine Heizung in Betrieb wird man bei einer
Raumtemperatur von 22 °C im Raum, unter der Decke eine Lufttemperatur von ca. 24 °C messen und
über dem Boden 20 °C. Es muss Konvektion vorhanden sein. Bei einer herkömmlichen
Fußbodenheizung mit Wasser als Wärmeträger wird man bei gleicher mittlerer Raumtemperatur unter
der Decke ca. 23 °C messen und am Boden 21°C. Der Anteil an Konvektion liegt hier bei ca. 25 – 35
% und der Anteil an Strahlungswärme bei ca. 65 – 75 %. Auch hier muss Konvektion vorhanden sein.
In allen Betrachtungen werden Luftströme durch Lüftung oder Geräte ausgeschlossen.
Bei einer ACALOR Direktwärmepumpe kann die Konvektionsfreiheit bewiesen werden, indem man die
Lufttemperatur unter der Decke mit der Temperatur über dem Boden vergleicht. Auch bei sehr hohen
Räumen wird sich eine Differenz von nur 0,1 – 0,2 Grad ergeben. Es wird also keine Konvektion
stattfinden.
Wie ist dies zu erklären? Konvektion benötigt einen Antrieb. Der Antrieb ist die Temperaturdifferenz
zwischen zwei Körpern oder Medien. Ohne Temperaturdifferenz kann keine Wärme vom hohen zum
niedrigen Niveau strömen denn es gibt kein hohes oder niedriges Niveau. Konvektionsfreiheit kann
man auch in der Natur beobachten. An einem kühlen Morgen im Spätsommer ist es möglich Dunstoder Nebel zu beobachten der über Wiesen und Gräben liegt. Dieser Nebel scheint sich nicht zu
bewegen und liegt völlig still in der Landschaft. Kein Wind weht. Das alles kann man nur beobachten
so lange die Sonne noch nicht aufgegangen ist. Sobald die Sonne aufgegangen ist erwärmt sie die
Umgebung. Unterschiedliche Materialien nehmen die Wärme unterschiedlich stark auf. Steine
erwärmen sich z.B. schneller als nasses Gras. Nun gibt es Temperaturunterschiede und damit auch
den Antrieb für die Konvektion. Man kann beobachten wie der Nebel aufsteigt. Er wird durch erwärmte
Luft mit nach oben transportiert.
Bei einer Direktkondensationswärmepumpe werden die Temperaturunterschiede durch ihre Interaktion
mit dem Raum sicher ausgeregelt. Alle Wände, alle Möbel und die Decke haben dieselbe Temperatur.
Wird ein Bereich kühler so wird dieser Bereich mit viel Energie sofort wieder aufgewärmt. Der Antrieb
für die Konvektion wird so sicher ausgeschaltet. Die thermische Behaglichkeit wird sehr groß.
Was ist thermische Behaglichkeit
In Arbeit
Warum ist Propan ein hervorragendes Kältemittel?
Das Kältemitte R290 ist ein Kältemittel der Kategorie A3 gemäß EN 378.
Propan ist ein farb- und geruchloses Gas, hat einen Schmelzpunkt von −187,7 °C und einen
Siedepunkt von −42 °C. Die kritische Temperatur liegt bei 96,8 °C, der kritische Druck bei 4,2 MPa
und die kritische Dichte bei 0,22 g·cm−3. Propan kann leicht verflüssigt werden.
Propan ist schwerer als Luft und wirkt in hohen Konzentrationen narkotisierend bis erstickend. Propan
ist hochentzündlich und bildet zwischen einem Volumenanteil von 2,12 % bis 9,35 % in Luft
explosionsfähige Gemische. Seine Zündtemperatur liegt bei 470 °C (nach DIN 51794).
Es wird verflüssigt als Brenn- und Heizgas eingesetzt (Flüssiggas), z. B. bei Pkw als Autogas, für den
Heißluftballon, in Feuerungsanlagen, beim Kochen, für Warmwasserbereiter, in Gasgrills oder bei
Außenbordmotoren als Brennstoff.
Als Kältemittel hat es die Bezeichnung R290 und wird in Kühlgeräten und Wärmepumpen eingesetzt.
In Australien wird Propan schon in über 1.000.000 Auto-Klimaanlagen eingesetzt. Propan hat ein
niedriges Treibhauspotential (das 3,3-fache der gleichen Menge Kohlendioxid), kein
Ozonabbaupotential und kann als Ersatz für R12 , R22 , R134a und andere
Fluorchlorkohlenwasserstoffe dienen. Alte Anlagen dürfen aber nicht einfach mit Propan gefüllt
werden, da es brennbar ist. Für Propananlagen sind eigene Sicherheitsvorschriften zu erfüllen.
Propan ist möglicher Bestandteil des Treibgases in Sprühdosen (Lebensmittelzusatzstoff E 944) und
Softairs sowie zur Herstellung von Ethylen und Propen. Gasgemische, von z. B. 40 % Propan und
60 % Butan, werden für technische Geräte, wie Löt- und Schweißgeräte, Feuerzeuge usw. verwendet.
In allen genannten Anwendungsfällen sind die Sicherheitsanforderungen vergleichsweise gering.
Schlauchverbindungen sind üblich. Eine Überwachung der Verbrauchsanlagen ist in den meisten
Fällen nicht vorgesehen.
Bei der Erstellung einer ACALOR Direktwärmepumpe, wird mit Propangasflaschen gearbeitet. Diese
Flaschen unterliegen strengen Normen. Der Druck in Propangasflaschen ist abhängig von der
Umgebungstemperatur. Im Fehlerfall, also bei Überschreitung des maximalen Flaschendruckes von
35 bar, wird die gesamte Propan Füllung an die Atmosphäre abgegeben. Hier liegt ein enormes
Sicherheitsrisiko. Die Mitarbeiten werden in dem Umgang mit diesen Flaschen genau unterwiesen.
Bei einer ACALOR Direktwärmepumpe wird eine Arbeitsdruck von 25 bar nicht überschritten. Im
Fehlerfall werden maximal 30 Bar erreicht. Die Berstdruckfestigkeit der Rohre liegt bei mehr als 200
bar. Auch im Fehlerfall wird kein Propan an die Atmosphäre abgegeben.
2.1.
Merkmale R290
Wichtigste Merkmale bei der Gefahrenanalyse sind folgende Eigenschaften:
schwerer als Luft
geruchloses Gas
hochentzündlich
3.
Sicherheitsmaßnahmen
Da Menschen im normalen Alltag sehr häufig mit Propan (oder auch mit Butan) hantieren, muss die
Gefahr in der Menge des ausgebrachten Stoffes liegen und im Erkennen der Gefahr.
Das Erkennen der Gefahr wird durch zwei Maßnahmen erreicht:
1. Es wird nur odoriertes Propan verwendet.
2. Es wird ein Gaswarngerät installiert.
3.1.
Odorierung
Die Odorierung von Erdgas und anderen Brenngasen ist für den Gasabnehmer eine wichtige
Sicherheitsmaßnahme in der Gasinneninstallation. Damit der Kunde Lecks oder defekte Anlagen
schnell bemerken kann, werden dem von Natur aus geruchsneutralen Erdgas Warngerüche
hinzugefügt. Hierzu werden üblicherweise leichtflüchtige, typisch riechende organische
Schwefelverbindungen, wie Tetrahydrothiophen (THT), dessen Geruch an den fauler Eier erinnert,
und Mercaptangemische verwendet. Die Odorierung ist im DVGW Arbeitsblatt G 280 Teil 1 - 3
beschrieben.
Seit einiger Zeit kommt auch ein schwefelfreies Odoriermittel mit dem Handelsnamen Gasodor SFree, ein Gemisch aus über 50 % Acrylsäureethylester sowie Acrylsäuremethylester und 2-Ethyl-3Methylpyrazin zum Einsatz. Dieses besitzt einen lösungsmittelartigen Geruch, der laut
Untersuchungen des DVGW von Probanden dennoch mit Erdgas in Verbindung gebracht wird. Die
Wirksamkeit dieses Mittels ist umstritten. Die Odoriermittel sind im Arbeitsblatt G 281 beschrieben.
Frei erhältliches Propan ist im Gegensatz zum Propan aus dem Kältefachhandel immer odoriert.
Für die ACALOR Wärmepumpe wird dieses Propan verwendet.
Nach unserer Erfahrung baut sich das Odorat bei der Nutzung des Kältemittels nicht ab.
Das Kältemittel ist in ausreichend guter Qualität verfügbar. Die Hersteller und Abfüller richten sich
nach der DIN 51622. Die Qualitätsanforderungen an die verschiedenen Flüssiggase werden in der
DIN 51622 (Propan, Propen, Butan, Buten und deren Gemische) geregelt.
Die Mitgliedsunternehmen des DVFG beziehen das von ihnen gelieferte Flüssiggas entweder aus
deutschen Raffinerien oder über Nordsee-Terminals in Deutschland und Holland. Sowohl bei den
deutschen Raffinerien als auch bei den Terminals gibt es zertifizierte Managementsysteme, die für die
Qualität des Flüssiggases umfangreiche Analysen vorsehen. Zusätzlich führen Mitgliedsunternehmen,
die eigene Import-Binnenterminals unterhalten, regelmäßige Kontrollanalysen durch.
Propan – handelsübliches Propan ist ein Gemisch aus mindestens 95% Massenanteile Propan und
Propen; der Propangehalt muss überwiegen. Der Rest darf aus Ethan, Ethen, Butan- und
Butenisomeren bestehen.
3.2.
Warngeräte
Auf dem Markt ist auch eine große Anzahl von Warngeräten für Kohlenwasserstoff erhältlich.
Für die ACALOR Direktkondensationswärmepumpen wird ein Gerät der Firma Elro Typ RM 337
verwendet. Um die Warnfunktion eigensicher zu gestalten, wird der Netzstecker abgetrennt und direkt
an eine Geräteanschlussdose geklemmt. Das Gerät wird am Boden befestigt und gegen
Beschädigung gesichert. Es kann auch ein Meldeausgang geschaltet werden. Bei Installationen oder
dem Vorhandensein von Räumen unter dem Erdniveau, wird der Meldeausgang benutzt, um einen
Lüfter direkt anzusteuern.
Das Warngerät löst bereits bei unter 10 % LEL (Lower Explosive Limit deutsch untere
Explosionsgrenze) aus. Bei einer Absaugung durch den Lüfter wir damit ein nicht explosionsfähiges
Gemisch abgesaugt.
3.3.
freie Öffnung
Wird ein Gebäude auf eine Bodenplatte gebaut, dessen Oberkannte höher ist als das umgebende
Erdreich, wird in die Wand des Raumes in dem sich die Heizkreisverteilung befindet, ein 100 mm Rohr
installiert. Dieses Rohr befindet sich maximal auf Höhe des fertigen Fußbodens. Durch diese Öffnung
kann eventuell austretendes Kältemittel entweichen. Wenn im Gebäude eine Lüftungsanlage installiert
wird, kann diese Öffnung in der Außenwand den Luftwechsel stören. In diesem Fall wird auf die freie
Öffnung verzichtet und ein Warngerät installiert.
3.4.
Raumluftvolumen
Im ungünstigsten Fall wird die Gesamtfüllung der Kälteanlage in ein Gebäude entweichen.
Die üblichen Gebäude haben ein Volumen von mehr als 320 m³. Zum Erreichen der unteren
Explosionsgrenze ist ein Volumen von 6,72 m³ Propan notwendig. Bei einer Dichte von 2,01g/dm³
entspräche dies einer Masse von 13,51 kg Propan. Da die zu erwartende Füllmenge etwa 3 bis 4 kg
entspricht, geht von dem Kältemitte R290 Propan keine Gefahr aus.
Die kleinsten Gebäude haben eine Wohnfläche von nur 70 m² und einem Volumen von 161 m². Zum
Erreichen der unteren Explosionsgrenze ist ein Volumen von 3,38 m³ Propan notwendig. Bei einer
Dichte von 2,01g/dm³ entspräche dies einer Masse von 6,79 kg Propan. Da die zu erwartende
Füllmenge etwa 2,5 bis 3 kg entspricht, geht auch bei diesen Gebäude von dem Kältemitte R290
Propan keine Gefahr aus.
Bei Gebäuden mit einer Wohnfläche von mehr als 200 m² werden mehrere Wärmpumpen installiert.
Da immer nur eine Wärmepumpe ihre Gesamtfüllung verlieren wird, geht auch bei diesen Gebäuden
von dem Kältemitte R290 Propan keine Gefahr aus.
Bei sehr dicht geschlossenen Räumen unter 30 m² oder Räumen unter dem Erdboden besteht die
Gefahr der Bildung einer explosionsgefährlichen Atmosphäre.
Folgende Maßnahmen müssen ergriffen werden:
1. Zugangsbeschränkung (nur autorisiertes Personal oder die informierten Betreiber dürfen den
Raum betreten)
2. Warnhinweis am Zugang z.B. bei einem Maschinenraum.
3. Gaswarngerät inkl. Luftabsaugung
4. Öffnung von 75 cm² in Bodenhöhe, damit eventuell austretendes Kältemittel abfließen kann
(bei Räumen über der Erde)
Im Außenbereich ist keine Schutzmaßnahme notwendig.
3.5.
Sicherheitsempfehlungen
Die ACALOR Direktwärmepumpe unterliegt nicht der EU Verordnung über fluorierte Treibhausgase
(so genannten F Gase Verordnung) und muss daher nicht regelmäßig überwacht werden.
Es handelt sich um eine hermetisch dicht herzustellende Kälteanlage. Die einzigen beweglichen Teile
sind der Verdichter und der Lüfter. Beide sind wartungsfrei.
Um mögliche Defekte durch die Temperaturbeanspruchung in Form von Längenausdehnung
rechtzeitig zu erkennen, wird eine regelmäßige Kontrolle der Gesamtanlage in einem Rhythmus von
zwei Jahren empfohlen.
Ein Wartungsvertrag kann auf Wunsch gern erstellt werden.
4.
Zulassung, Prüfung
4.1
Konformitätserklärung
Die Kälteanlage wird vor Inbetriebnahme durch Fachpersonal geprüft und erhält eine
EG-Konformitätserklärung gem. gem. Anhang II Maschinen-Richtlinie 2006/42/EG.
4.2.
Überwachungsbedürftige Anlagen
Die ACALOR Direktkondensationswärmepumpe entspricht nicht dem Artikel 3 der RICHTLINIE
97/23/EG DES EUROPÄISCHEN PARLAMENTS UND DES RATES vom 29. Mai 1997 zur
Angleichung der Rechtsvorschriften der Mitgliedstaaten über Druckgeräte.
Daher ist sie keine überwachungsbedürftige Anlage.
4.3. anzuwendende Richtlinien
Weitere zutreffende EG-Richtlinien
Maschinen - Richtlinie 2006/42/EG
EMV - Richtlinie 2004/108/EG
EG - Niederspannungsrichtlinie 2006/95/EG
EG - Druckgeräterichtlinie 97/23/EG
Auf Grund der unter Punkt 4.2. und 4.3. aufgeführten Fakten und bei Verwendung CE gezeichneter
und geprüfter Komponenten, ist davon auszugehen, dass keine Abnahme erfolgen muss und auch
keine Zulassung z.B. als Bauprodukt notwendig ist.
4.4.
Übergabe und Abnahme
Die Übergabe und Abnahme wird dokumentiert. Folgende Unterlagen werden benötigt:
-
Prüfbescheinigung
Konformitätserklärung
Übergabe- und Abnahmeprotokoll
Bedienungsanleitung inkl. Anleitung für das Gaswarngerät
Wichtig sind das Datum und die Personen für die Abnahme. Es ist darauf zu achten, dass nur
berechtigte Personen des Auftraggebers und des Auftragnehmers unterschreiben.
5.
Abgrenzung der EN 378 und der TRF
Für die Betrachtung der Sicherheit des Kältemittels R290 Propan, können die Norm EN 378 und die
Technischen Regeln Flüssiggas (TRF) herangezogen werden.
Die EN 378, als allgemeine Norm für Kälteanlagen, ist für einen Einsatz von R290 in ACALOR
Wärmepumpen nicht geeignet. Sie übertrifft die Technischen Regeln für Flüssiggasanlagen (TRF) um
eine vielfaches, obwohl die Kälteanlagen, auf die sich die Norm EN 378 bezieht, im Gegensatz zu den
Verbrauchsanlagen der TRF nur eine vergleichsweise geringe bzw. endliche Menge an Brenngas
enthalten.
Die Sicherheit ist bei der EN 378 wesentlich höher bewertet, als in der TRF für Verbrauchsanlagen
gefordert.
Die technischen Regeln erlauben den Transport und die Lagerung von großen Mengen Propan. In
einem Haushalt können zwei 11 kg Propangasflaschen gelagert werden, von denen eine mit einem
50 cm Gummischlauch an ein Verbrauchsgerät mit offener Flamme angeschlossen sein darf.
Warum ist das so?
Die EN 378 ist, wie schon ausgeführt eine Norm für Kälteanlagen. Propan ist ein Kältemittel der
Gruppe A3. Die Kältemittel der Gruppe A3 sind nicht giftig und besitzen eine höhere Brennbarkeit.
Das in der Kältetechnik verwendete Propan hat die chemische Formel C3H8. Es ist bis auf ein kleines,
aber bedeutendes Detail identisch mit dem Flüssiggas (Propan), auf das in der TRF Bezug
genommen wird.
Das Kältemittel R290 (Propan) in der Kältetechnik ist nicht odoriert. Das Flüssiggas (Propan), auf das
in der TRF Bezug genommen wird, ist odoriert.
Genau dieser Unterschied erklärt die unterschiedlichen Bewertungen des gleichen Stoffes bzw.
Stofffamilie oder Stoffgruppe in der Norm und den Technischen Regeln.
Ein odorierter Stoff kann in Bezug auf die Sicherheit, ganz anders betrachtet werden, als ein
geruchloser Stoff.
Durch die Alarmwirkung der Geruchsstoffe auf den Menschen wird eine sehr große Sicherheit
geschaffen, die unabhängig von allen Sicherheitsgeräten, Warnhinweisen usw. immer unmittelbar
wirkt. Selbst bei einem Ausfall von Warngeräten wirkt dieses Sicherheitssystem zuverlässig.
6.
Zusammenfassung
Das Kältemittel R290 Propan ist hervorragend für den Einsatz in Heizungswärmepumpen geeignet.
Seine physikalischen Eigenschaften zeichnen es als besonders wirtschaftlich aus.
Der äußerst geringe GWP (Global Warming Potential) zeichnet es als besonders umweltverträglich
aus. Einziger Nachteil ist seine höhere Brennbarkeit.
Bei genauer logische Betrachtung dieser Gefährdung und unter Beachtung der physikalischen
Eigenschaften des Propans, kann eine Gefährdung für den Verarbeiter und den Anwender auf ein
absolutes Minimum reduziert werden.
Besonderen Wert ist auf die Einweisung der Verbraucher zu legen. Diese Einweisung ist genau zu
dokumentieren inklusive dem Hinweis, dass mögliche Nachnutzer des Gebäudes ebenso informiert
werden müssen.
Entsprechende Ansprechpartner und Informationsmaterial stellt der Hersteller ACALOR zur
Verfügung. Der Service ist von Montag bis Sonntag von 8 bis 21 Uhr erreichbar, um bei Fragen oder
eventuellen Havarien zu helfen.
In der Beschreibung wurden Begriffe wie Druckverluste, Drosseldampfanteil,
Sauggaswärmeübertrager, Filtertrockner usw. weggelassen, da es nur um die Darstellung der
grundlegenden Funktionen geht.
ACALOR schafft es die physikalischen Gesetzmäßigkeiten in Möglichkeiten umzuwandeln und diese
für die Nutzer sicher und nachhaltig zur Verfügung zu stellen.