Brandbare koelmiddelen herkennen en correct gebruiken

Tot op heden worden in compressiekoelsystemen vaak nog synthetische koelmiddelen (HFK's, HFO's) gebruikt. Deze koelmiddelen hebben een negatieve invloed op het broeikaseffect als zij in de atmosfeer terechtkomen. Natuurlijke koelmiddelen hebben deze negatieve eigenschappen beperkt of niet. Een belangrijk aandachtspunt is wel dat een aantal natuurlijke koelmiddelen in meer of mindere mate brandbaar zijn. Bij het toepassen van natuurlijke koelmiddelen moet dan ook rekening worden gehouden met specifieke veiligheidsaspecten in functie van de brandbaarheid.

DE KOMST VAN LAag-GWP-KOELMIDDELEN

De F-gasverordening EU 517/2014, die van kracht is sinds januari 2015, dringt het gebruik van milieuvriendelijke koelmiddelen (met een laag Global Warming Potential of GWP) op aan de eindgebruiker door een 'phase-down' van chemische, niet-milieuvriendelijke koelmiddelen in te voeren. Concreet betekent dit dat er in Europa tegen 2030, 79% minder koelmiddelen, uitgedrukt in ton CO₂-equivalenten, op de markt mogen worden gebracht. Verwacht wordt dat in 2023 een herziene en aangescherpte versie van deze Europese F-gasverordening in voege treedt.

Door deze EU-verordening wordt het gebruik van de meest courante, hoog-GWP-koelmiddelen ontraden en in sommige gevallen zelfs verboden, met als gevolg dat de industrie gedwongen wordt om laag-GWP-koelmiddelen te gebruiken. Dat betekent dat in de toekomst brandbare koelmiddelen met een laag GWP (zoals propaan, butaan, HFO's ...) vaker gebruikt zullen worden in diverse toepassingen.

In het verleden werd vooral in zeer kleine toepassingen gebruikgemaakt van brandbare koelmiddelen (bv. koelkasten en diepvriezers). Fabrieksmatig hermetisch gesloten koelsystemen met minder dan 150 gram brandbaar koelmiddel kunnen immers zonder restrictie in een verblijfsruimte (die geen speciale machinekamer is) worden geplaatst (norm EN 378). Voor koelsystemen met grotere koelmiddelinhoud worden er voorwaarden opgelegd om de veiligheid te garanderen. Voor deze toepassingen is er momenteel nog beperkte kennis en ervaring m.b.t. het gebruik van brandbare koelmiddelen. 

Meer en meer koeltoepassingen zullen in de toekomst dan ook gebruikmaken van een brandbaar koelmiddel. Gaande van warmtepompen, splitsystemen tot industriële en commerciële koeling. Installatie- en onderhoudstechniekers zullen dus steeds vaker in contact komen met brandbare koelmiddelen bij installatie-, service- en onderhoudswerkzaamheden.

SOORTEN BRANDBARE KOELMIDDELEN

Koolwaterstoffen

R290 (propaan), R1270 (propeen, propyleen) en R600a (isobutaan) zijn allemaal koolwaterstoffen. Ze zijn uiterst brandbaar, waardoor de vulhoeveelheid van het koelmiddel bij veel toepassingen beperkt is. Hierdoor blijft het gebruik van koolwaterstoffen voornamelijk beperkt tot stekkerklare systemen, monoblocs en chillers. R290 en R1270 halen vergelijkbare prestaties en werken met vergelijkbare werkdrukken als R404a. Ze worden gebruikt in commerciële toepassingen met hoge, medium en lage temperaturen. R600a heeft een veel hogere verzadigingstemperatuur (-12 °C) dan andere koelmiddelen en werkt in een aantal toepassingen onder de atmosferische druk aan de lagedrukzijde. Dit koelmiddel is alleen geschikt voor gebruik in huishoudelijke en zeer kleine commerciële koelsystemen met minimaal lekkagepotentieel, zodat er geen lucht en vocht in het systeem kunnen doordringen ten gevolge van lekkage.

HFK's

R32 is een HFK dat een lagere brandbaarheid heeft. De prestaties en de bedrijfsdrukken van dit koelmiddel zijn heel goed te vergelijken met die van R410A. R32 wordt dan ook steeds vaker voor vergelijkbare toepassingen gebruikt: splits, warmtepompen en chillers. Doordat R32 een lagere brandbaarheid heeft, is de maximale vulhoeveelheid van dit koelmiddel ook beperkt. Zij het niet in dezelfde mate als voor de zeer brandbare koolwaterstoffen. De werkdrukken liggen hoger dan voor de meeste HFK's, maar zijn vergelijkbaar met die van R410A. In de meeste gevallen bedraagt de maximumdruk aan de hogedrukzijde 35 bar g.

HFO's

De belangrijkste HFO-koelmiddelen (hydrofluorolefine) zijn R1234ze en R1234yf. Het zijn beide enkelvoudige stoffen van dezelfde familie, bestaande uit waterstof, fluor en onverzadigde koolstof. Ze hebben beide een lagere brandbaarheid en hebben een zeer laag GWP. Door hun lagere brandbaarheid zijn er ook voor deze koelmiddelen beperkingen aangaande de hoeveelheid koelmiddelvulling.

De verzadigingstemperatuur van R1234ze bij atmosferische druk is hoog in vergelijking met andere koelmiddelen, zodat deze onder vacuüm zal werken aan de lagedrukzijde van het systeem bij lagetemperatuurtoepassingen. Daarom is dit koelmiddel het meest geschikt voor medium- en hogetemperatuurtoepassingen, zoals chillers. De koelcapaciteit is laag in vergelijking met andere HFK's, wat betekent dat er compressoren met een groter slagvolume nodig zijn. Vaak zijn dit voor grote toepassingen centrifugaalcompressoren.

R1234yf wordt op grote schaal gebruikt in auto-airconditioning. Het heeft een vergelijkbare koelcapaciteit als R134a, wat betekent dat er compressoren met hetzelfde slagvolume worden gebruikt. Verschillende mengsels met HFO's worden commercieel gebruikt. Ze hebben lagere GWP's dan HFK's zoals R404a en R134a, maar sommige ervan zijn brandbaar.

Bij gebruik van koolwaterstoffen en brandbare HFK's en HFO's is het van belang dat het toestel hierop is voorzien. Soms kan het nodig zijn om elektrische apparaten op het systeem te gebruiken die geen vonken voortbrengen, omdat een lek van de koelvloeistoffen immers kan leiden tot een ontvlambare concentratie rond het elektrische apparaat.

Ammoniak

R717 (ammoniak) heeft een vrij hoge verzadigingstemperatuur bij atmosferische druk, is bijzonder toxisch (de toxiciteit is het dominante gevaar), heeft een lagere brandbaarheid en verspreidt een doordringende geur. Dit is het enige veelgebruikte koelmiddel dat lichter is dan lucht, wat betekent dat de verspreiding van het gelekte koelmiddel snel plaatsvindt. De relatief hoge verzadigingstemperatuur betekent dat vele lagetemperatuurtoepassingen werken bij subatmosferische drukken aan de lagedrukzijde. R717 werkt met zeer hoge persgastemperaturen. Hierdoor kan ééntrapscompressie normaliter boven -10 °C verdampingstemperatuur worden gebruikt. Onder deze temperatuur moet tweetrapscompressie met tussenkoeling worden toegepast.

Wegens zijn hoge toxiciteit is R717 alleen geschikt voor systemen met een relatief kleine vulhoeveelheid of voor industriële systemen (d.w.z. systemen in zones die niet toegankelijk zijn voor het algemene publiek en die voorzien zijn van extra veiligheidsmaatregelen zoals in machinekamers). Daarbij worden vaak secundaire systemen gebruikt met R717 als het primaire koelmiddel.

TOXICITEIT EN BRANDBAARHEID HERKENNEN

Alle koelmiddelen krijgen een veiligheidsclassificatie mee, zoals gedefinieerd in EN 378-1.

De veiligheidsclassificaties bestaan uit twee delen: A of B gevolgd door 1, 2L, 2 of 3.

A of B geeft de toxiciteitsgraad weer:

• Klasse A is de klasse met de laagste toxiciteit (de meeste koelmiddelen behoren tot deze klasse)
• Klasse B is de klasse met de hoogste toxiciteit (R717 behoort tot klasse B)

1, 2L, 2 of 3 geeft de mate van brandbaarheid weer:

• 1, niet brandbaar
• 2L, lagere brandbaarheid
• 2, brandbaar
• 3, uiterst brandbaar

Alle koolwaterstoffen, bijvoorbeeld, zijn A3-koelmiddelen. Dit wil zeggen dat ze tot de klasse behoren met de laagste toxiciteit (A). Daarnaast zijn koolwaterstoffen uiterst brandbaar (3).

WERKEN MET BRANDBARE KOELMIDDELEN

Wanneer er met brandbare koelmiddelen gewerkt wordt, dienen er extra maatregelen genomen te worden met als belangrijkste doelstelling het voorkomen van en beschermen tegen explosies. En dit volgens de volgende beginselen:

• Het voorkomen van het ontstaan van explosieve atmosferen
• Het vermijden van de ontsteking ervan
• Het beperken van de gevolgen van een explosie

Let op! Alle koelmiddelen zijn verstikkend omdat ze de plaats van lucht innemen. Inademing van koelmiddeldamp in voldoende hoeveelheden kan verstikking en overgevoeligheid van het hart veroorzaken en een effect hebben op het centrale zenuwstelsel. Dit kan leiden tot duizeligheid, lethargie (slaapzucht) of een onregelmatige hartslag. Verstikking is een gevaar als er een grote hoeveelheid vrijkomt, met name in een afgesloten ruimte, zoals in een koelcel of in een machinekamer.

Hoe dient de installateur verstandig om te gaan met brandbare koelmiddelen? Gaande van de omgeving, de gereedschappen die worden gebruikt, veiligheid van de installatie zelf … Wanneer er wordt gewerkt aan installaties die brandbare koelmiddelen bevatten, vormt dit een extra gevaar, waarmee de technieker rekening moet houden. De technicus zou getraind moeten zijn in het veilig omgaan met brandbare koelmiddelen.

Al in de ontwerpfase van een koelinstallatie kunnen een aantal risico's beperkt worden. Dit kan door de koelmiddelinhoud te beperken. De maximale koelmiddelinhoud van een installatie is afhankelijk van een aantal factoren zoals: waar wordt de installatie opgesteld en wie heeft toegang tot de installatie … Hoe de maximale koelmiddelinhoud wordt bepaald wordt beschreven in EN 378-1.

Daarnaast kan er aan de hand van een leksimulatietest vastgesteld worden of er zich rondom de installatie bij lekkage een brandbaar mengsel kan vormen. Indien de leksimulatietest uitwijst dat dit het geval is, moeten er extra maatregelen worden genomen. Zoals het gebruik van vonkvrije (Ex-rated) elektrische apparatuur. Een andere mogelijkheid is om de elektrische apparaten te monteren buiten de zone waar er zich na een lek een brandbaar mengsel heeft gevormd. Voor sommige systemen geldt dan weer dat er permanente ventilatie moet worden voorzien en een gasdetectie aanwezig moet zijn.

Wanneer er invasief werk wordt verricht aan een koelinstallatie die een brandbaar koelmiddel bevat, kunnen we kort samengevat het volgende zeggen:

• Maak gebruik van geschikte PBM's (gepaste kleding, handschoenen, veiligheidsbril).
• Monitor de omgeving met een geschikte persoonlijke koelmiddeldetector.
• Zorg voor gepaste blusapparatuur.
• Ventileer het werkgebied.
• Zorg ervoor dat er geen ontstekingsbronnen zijn binnen een straal van 3 meter en zorg voor een omgeving vrij van obstakels.
• Maak gebruik van toestellen die geschikt zijn om te werken met het desbetreffende brandbaar koelmiddel. Een aantal toestellen moeten bijvoorbeeld vonkvrij uitgevoerd zijn (Ex-rated).
  
  

DAGOPLEIDING: VEILIG WERKEN MET BRANDBARE KOELMIDDELEN

Het opleidings- en examencentrum koeltechnieken te Houthalen, dat deel uitmaakt van het expertisecentum Sustainable Resources van UCLL Hogeschool, organiseert een dagopleiding waarbij de volgende zaken aan bod komen:
• Inzicht krijgen in de verschillen bij het toepassen van brandbare koelmiddelen t.o.v. niet brandbare koelmiddelen
• Kennis opdoen over toepassingen met brandbare koelmiddelen
• Kennis opdoen over de veiligheidsaspecten
• Inzicht krijgen in de te volgen procedures bij werken aan een koelmiddelencircuit met brandbare koelmiddelen
• Inzicht krijgen in relevante normen en wetgeving

Kostprijs: € 490
Locatie: UCLL in Houthalen: Centrum Zuid 2413 / 40C, 3530 Houthalen
Duur opleidingen: 08.30–16.00 uur (voormiddag: theorie; namiddag: praktijk)
Cursusmateriaal, verbruiksmateriaal, koffie en broodjes tijdens de pauze zijn inbegrepen.

Inschrijven kan via: walter.reulens@ucll.be