Toepassing van natuurlijke koudemiddelen in

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 / systeem1
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