Toepassing van natuurlijke koudemiddelen in koelinstallaties, airconditioners en warmtepompen Veiligheidsaspecten met betrekking tot natuurlijke koudemiddelen. Nederlandse praktijkrichtlijn (NPR-7600) Inleiding Het doel van deze publicatie is dat natuurlijke koudemiddelen worden geaccepteerd en veilig worden gebruikt in de koudetechniek, airconditioning en in warmtepompen. Het gaat dan om koudemiddelen, waaraan een risico van brandbaarheid is verbonden. De belangrijkste koudemiddelen in deze categorie zijn de koolwaterstoffen, maar ook enkele HFK’s (synthetische koudemiddelen) vallen hierin. In Nederland is daarvoor een Nederlandse praktijkrichtlijn ontwikkeld, de NPR-7600, die deels is afgeleid van de Europese Richtlijn, de EN-378. U vindt hierin een beschrijving van de betreffende koudemiddelen en een overzicht van de toepassingsmogelijkheden en vooral de mogelijkheden om de veiligheidsrisico’s tot een minimum te beperken. In een totaal overzicht wordt aangegeven welke hoeveelheden van de koudemiddelen kunnen worden gebruikt in welke toepassing. De NPR 7600 is tot stand gekomen onder verantwoordelijkheid van de NVvK. Nederlandse Vereniging voor Koude. Een praktijkrichtlijn is informatief van karakter en heeft niet de status van een norm of van een wettelijke regeling. De publicatie komt niet in de plaats van de NPR, die is uitgegeven door het Nederlandse Normalisatie Instituut. Aangeraden wordt om de volledige NPR aan te schaffen via het NEN, zie voor gegevens bij de referenties. NPR-7600 is van toepassing op nieuwe koelsystemen en op uitbreidingen en modificaties van bestaande installaties. Voor de ombouw van bestaande installaties naar brandbare koudemiddelen (retrofil of retrofit ) kunnen elementen uit deze praktijkrichtlijn worden gehanteerd, die redelijkerwijs van toepassing zijn. De richtlijn is ontwikkeld voor de wat kleinere koelinstallaties en warmtepompen. Milieuvriendelijke koudemiddelen Het gebruik van natuurlijke koudemiddelen in de koude-industrie groeit. Na tientallen jaren, waarin de synthetische CFK’s, HCFK’s en – meer recent – de HFK’s werden gebruikt, is sprake van een wedergeboorte van ‘oude’ koudemiddelen, zoals ammoniak, koolwaterstoffen, water, lucht en kooldioxide. Deze koudemiddelen hebben (vrijwel) geen nadelig effect op het milieu. Het zijn geen ozonlaag-aantasters (Montreal Protocol) en hebben (vrijwel) geen broeikaseffect (Kyoto Protocol). Het gebruik van koolwaterstoffen is in meerdere landen van Europa en ook elders met belangstelling ontvangen. Zo worden inmiddels bijna alle huishoudkoelkasten geproduceerd in Scandinavië, Duitsland en Italië, voorzien van R-600a (iso-butaan), maar ook andere toepassingen als verschillende commerciële en industriële toepassingen en warmtepompen worden gevuld met koolwaterstoffen. Deze bredere toepassing van koolwaterstoffen vraagt om duidelijke regelgeving. Bij onjuiste
toepassingen kunnen schade en letsel worden veroorzaakt omdat koolwaterstoffen immers brandbaar zijn. Er zijn daarom uitvoerige richtlijnen voor het vervoer, gebruik en de opslag van koolwaterstoffen. Maar regels voor deze stoffen, als ze worden gebruikt in koudetechnische installaties en/of warmtepompen, bestonden tot voor kort in Nederland niet. Met dit (NPR)overzicht wordt deze leemte opgevuld. De toepassing van koolwaterstofkoudemiddelen hangt af van hun fysisch- chemische eigenschappen, zoals kookpunt, warmteoverdracht, viscositeit, condensatie- en verdampingswarmte en stromingseigenschappen. koudemiddel nummer ethaan propaan propyleen (propeen) butaan iso-butaan
T
R-170 R-290 R1270
kook (°C) -82,0 -42,0 -27,6
R-600 R-600a
- 0,4 -11,7
T
zelfontbranding (°C) 515 470 455 365 460
Koolwaterstoffen zijn beschikbaar bij Nederlandse distributeurs van koudemiddelen (zie elders). De prijs is vrij laag, zelfs als rekening wordt gehouden met het reuk- en watervrij maken, het mengen in de juiste verhoudingen en in de juiste zuiverheden. Behalve van enkelvoudige gassen wordt gebruik gemaakt van mengsels. Door een juiste verhouding te kiezen is er mogelijkheid om een bepaalde combinatie van eigenschappen te bepalen. Dit kan van belang zijn bij het ombouwen (retro-fitten) van bestaande toepassingen. Voor vervanging van de meest gebruikelijke CFK’s en HCFK’s zijn mengsels beschikbaar die precies overeenkomen met de eigenschappen van deze stoffen. Enkele voorbeelden van vervangingmogelijkheden: chemisch koudemiddel vervanging CFK12 R-290/R-600a HCFK 22 R-290 of R-290/R-170 of R-1270 CFK 502 R-290 of R-290/R-170 of R-1270
Acceptatie en toepassingen De belangrijkste toepassing van koolwaterstofkoudemiddelen is in de huishoudkoelkasten. Bijna alle huishoudkoelkasten in Nederland worden tegenwoordig gevuld met R-600a (isobutaan). Ook andere toepassingen zoals warmtepompen voor huishoudelijk gebruik (ruimteverwarming en tapwater), vrieskisten voor consumptie-ijs en softdrink automaten worden toenemend voorzien van koolwaterstofkoudemiddelen. In de kleine industriële koeling zijn er toepassingen in de landbouw en veeteelt. In de luchtbehandeling (airconditioning) heeft Airned airconditioningsystemen op de markt gebracht, voorzien van R-290. Een aantal internationaal opererende bedrijven heeft zich positief uitgesproken over de toepassing van natuurlijke koudemiddelen en zal waar mogelijk deze stoffen gaan gebruiken.
Vuistregels Algemene Regels voor het werken met natuurlijke koudemiddelen, waaraan een risico van brandbaarheid is verbonden. Alle genoemde koudemiddelen in deze publicatie zijn niet giftig, maar ze vallen in de categorie brandbare stoffen. Ze kunnen oxideren (reageren met zuurstof) als ze in een concentratie tussen 2-10% in lucht voorkomen en in aanraking komen met vlam (ontsteking) of een heet voorwerp. Ook sommige chemische koudemiddelen hebben een risico van brandbaarheid zoals o.a. HFK-32 en HFK-152a, maar die zijn in deze publicatie achterwege gelaten. Een vijftal vuistregels geldt: 1. Zorg ervoor dat ontstekingbronnen niet in contact kunnen komen met koudemiddel. Verwijder daarom de ontstekingsbronnen, als ze zijn verbonden aan het koelsysteem zelf of op plaatsen, waar koudemiddel zich bij lekkage zou kunnen verzamelen. 2. Het gebruik in koelinstallaties, die ondergronds staan opgesteld, is beperkt tot 1 kg.per machine, maximaal 3 machines. 3. Er is een schaal van toegestane hoeveelheden, afhankelijk van eerder genoemde classificaties: verblijfsruimte, opstellingsruimte en aard van het koelsysteem. 4. 250 gram kan als vulling in elk hermetisch gesloten systeem worden gebruikt zonder aanvullende veiligheidsvoorzieningen, wanneer de ontstekingsbronnen zijn verwijderd. 5. Een ‘praktische limiet’ wordt in een aantal gevallen gehanteerd om te bepalen welke hoeveelheid koudemiddel in een gegeven ruimte als maximum kan worden gebruikt. Deze praktische limiet bedraagt inde meeste gevallen 20% van de onderste ontvlammingsgrens en ligt voor de meeste koolwaterstofkoudemiddelen op 8 gram per m³. De uit de praktische limiet berekende hoeveelheid koudemiddel Mpl is het product van de praktische limiet en het volume van de ruimte. Als deze hoeveelheid wordt overschreden, moeten aanvullende veiligheidsmaatregelen worden getroffen, zoals plaatsing in een speciale omhulling of in een speciale machinekamer. Classificatie Aan de toepassing van brandbare koudemiddelen zijn brand- en explosiegevaren verbonden. In verband hiermee worden de toe te passen hoeveelheden beperkt. De maximale hoeveelheid brandbaar koudemiddel die kan worden toegepast is afhankelijk van de volgende classificatie: aard van het gebruik van de verblijfsruimte − publieke ruimte (b.v. woningen, hotels, ziekenhuizen, supermarkten); − ruimte met beperkt aantal personen, waarvan een deel op de hoogte is van de veiligheidsvoorschriften (b.v. kantoren, werkruimten); − ruimte met geautoriseerde toegang, iedereen is op de hoogte van de veiligheidsmaatregelen (b.v. koel- en vrieshuizen, slachterijen, ruimten in supermarkt waar publiek geen toegang heeft).
uitvoering van het koelsysteem − direct: enkele barrière tussen het koudemiddel en het te koelen/verwarmen medium; − indirect: meer dan één barrière tussen het koudemiddel en het te koelen/verwarmen medium. opstellingsplaats installatie − alle koudemiddel voerende delen bevinden zich in een verblijfsruimte (geen speciale machinekamer); − hogedruk delen van de installatie bevinden zich in een speciale machinekamer, of in de openlucht; − alle koudemiddelvoerende delen bevinden zich in een speciale machinekamer of in de openlucht; − alle koudemiddelvoerende delen bevinden zich in een speciale omhulling/behuizing. Classificatie toepassing natuurlijke koudemiddelen Verblijfsruimte Opstellingsplaats Alle delen In publieke ruimte
Publieke ruimte hs*
max = 0,25 kg / systeem
hs
nis*
in max 3 systemen Mpl tot 1,5 kg max / systeem
nis
hs nis
Hoge druk delen in machinekamer of in de openlucht
Alle delen in machinekamer of in de openlucht
Mpl tot 1,5 kg max / systeem
nis
max = 3 * Mpl
bovengronds ondergronds
max = 3 * Mpl Mpl tot 1,0 kg max / systeem
ondergronds
bovengronds
max = 3 * Mpl Mpl tot 2,5 kg max / systeem
bovengronds
ondergronds
max = 3 * Mpl Mpl tot 1,0 kg max / systeem
ondergronds
max = 75 kg 1,0 kg max / systeem
max = 3 * Mpl 10 kg max / systeem
bovengronds
max = 3,0 kg geen beperking / systeem
ondergronds
1,0 kg max / systeem
bovengronds
Mpl tot 5,0 kg max / systeem
bovengronds
ondergronds
max = 3 * Mpl Mpl tot 1,0 kg max / systeem
ondergronds
*Mpl *hs *nis
hs
max = 30 kg 1,0 kg max
nis
Ruimte met toegang met autorisatie max = 0,25 kg / systeem
in max 3 systemen Mpl tot 2,5 kg max / systeem 1
max = 3 * Mpl
hs
Omhulling voor seriematige unitsystemen
1
Ruimte met toegang beperkt aantal personen max = 0,25 kg / systeem
bovengronds
in max 3 systemen 10 kg / systeem max = 30 kg 1,0 kg max / systeem max = 3,0 kg 25 kg / systeem
max = 3 * Mpl 5,0 kg max / systeem
max 3,0 kg 5,0 kg max / systeem
max = 3,0 kg 5,0 kg max / systeem
max 5,0 kg
max 5,0 kg
max 5,0 kg
= op basis van ruimtevolume en praktische limiet berekende hoeveelheid = hermetisch afgesloten = geen ontstekingsbronnen verbonden met systeem of op mogelijke verzamelplaatsen
Voorbeeld voor airconditioning ruimte:inhoud; 2500: 8 gram / m³ = 312,5 m³
Aanvullende eisen In alle gevallen dient de installatie, ook aan de buitenunit, gemarkeerd te zijn door een veiligheidssignalering ‘ontvlambare stoffen’ en ‘verboden te roken’. Afhankelijk van de hoeveelheid koudemiddel dient gasdetectie aanwezig te zijn op plaatsen waar bij lekkage een verhoogde concentratie kan worden verwacht. Voor speciale machinekamers en omhullingen zijn aanvullende eisen gesteld ten aanzien van o.a. ventilatie (natuurlijk of mechanisch), gasdetectie en constructie. Kwantitatieve risicoanalyse Het is mogelijk af te wijken van de in de praktijkrichtlijn aangegeven maatregelen indien door een onderbouwde kwantitatieve risico-analyse wordt aangetoond, dat de risico’s tot een verwantwoord niveau zijn geminimaliseerd. In een kwanitatieve risicoanalyse (QRA) wordt aan de hand van de technische beschrijving van het systeem en het proces- instrumentatie schema, geïdentificeerd welke scenario’s mogelijk zijn voor het ongewenst vrijkomen van koudemiddel. De schadelijke effecten van dit ongewenste vrijkomen worden vervolgens bepaald, rekening houdend met de omgeving van het systeem en de voorziene veiligheidsmaatregelen. Op basis van faalgegevens van componenten en de kansen op optreden van bepaalde effecten kan het risico gekwantificeerd worden. De berekende risicowaarde kan getoetst worden aan in Nederland gangbare criteria. Gebruik van koolwaterstoffen in bestaande installaties, die zijn ontworpen voor chemische koudemiddelen. De NPR-7600 geldt met name voor nieuwbouw van koelinstallaties. Als er sprake is van een modificatie van een bestaand systeem, waarbij kool-waterstoffen als koudemiddel worden overwogen, moeten dezelfde veiligheidsvoorzieningen in acht worden genomen als wanneer sprake is van nieuwbouw.
Naast het aantonen van een voldoende veiligheidsniveau, zoals aangegeven in de NPR, kan de berekende risicowaarde gebruikt worden als basis voor de fabrikant, verzekeraars maar eventueel ook beleidsmakers en consumentenorganisaties om over te gaan tot productie, acceptatie en/of promotie van het betreffende apparaat. Een QRA kan tevens dienen om aan te geven welke verbeteringsmaatregelen nodig zijn om een gewenst veiligheidsniveau te bereiken. Voor het maken van een kwantitatieve risico-analyse (QRA) hanteert TNO-MEP in Apeldoorn een geaccepteerde methodologie.
Referenties Nederlandse Praktijk Richtlijn 7600 Uitgave NEN
