Propaan-splitairco’s: wat mag wel, wat mag niet?

4 januari 2021

De Europese Commissie stuurt aan op propaan als koudemiddel in splitairco’s en warmtepompen tot 7 kW. Het artikel dat we hier afgelopen jaar over plaatsten, riep de nodige vragen op, zoals over de regelgeving rond propaan. Hoe zit het met de regels met betrekking tot installatiewerkzaamheden? Wat is de maximale vulling? En hoeveel koudemiddel zit er eigenlijk in kleine propaanairco’s? In dit nieuwe artikel zetten we de feiten op een rij.

Tekst: Menno van der Hoff

De propaan-splitairconditioners die op de markt gaan verschijnen zullen een vulling van 0,1 kg propaan per kW capaciteit hebben. Voor de toestellen die in 2021 op de Nederlandse markt komen met een capaciteit van tussen de 2 en 5 kW betekent dit dat ze een vulling hebben van tussen de 0,2 en 0,5 kg propaan. Dit gewicht is een belangrijk gegeven in verband met de regelgeving. Zou het gewicht boven de 1 kg komen, dan is het gebruik van propaan in een binnenruimte verboden. In het geval van de airco’s tot 7 kW is het vulgewicht lager en daarmee toegestaan. Voor een vulling van boven de 150 gram gelden echter wel regels.

Hoogste latente warmte-inhoud
De 0,1 kg per kW is een kleinere vulling dan bij gangbare koudemiddelen als R410A en R32. Ten opzichte van deze F-gassen is – door de duidelijk hogere volumetrische capaciteit van propaan – een 40 tot 70 procent lagere vullingsgraad (in kg) nodig. Ter vergelijking: de latente warmte-inhoud van R22 is 233,7 kJ/kg, bij R32 gaat het om 382 kJ/kg en bij R410A om 275 kJ/kg. Propaan heeft de hoogste latente warmte-inhoud (verdampingsenergie), namelijk 425,4 kJ/kg.

Significant kleinere vulling
Daarnaast heeft propaan gunstiger thermodynamische eigenschappen, een lage viscositeit en een prima thermische conductiviteit. Ook dankzij deze eigenschappen kan een propaantoestel met een significant kleinere vulling hetzelfde vermogen halen als een apparaat op F-gassen. Ter vergelijking: voor een modern R32-systeem is 0,2 à 0,3 kg koudemiddel per kW capaciteit nodig, tegen 0,1 kg voor een systeem met propaan. Er wordt overigens onderzoek gedaan om de hoeveelheid propaan in installaties verder omlaag te brengen. In een aantal testtoestellen is dat al gelukt.

Standaarden en normen Omdat propaan-splittoestellen en propaanwarmtepompen wereldwijd worden toegepast, moeten ze aan mondiaal vastgelegde standaarden en normen voldoen. Normen die betrekking hebben op dit koudemiddel zijn opgesteld door de International Standardisation Organisation (ISO), de International Electrotechnical Commission (IEC) en in Europese Normen (EN). Dit zijn de ISO 5149-1, de EN378-standaarden en de productstandaard IEC (EN) 60335-2-40.

EN 60335-2-40-standaard
De EN 60335-2-40-standaard is van toepassing op koolwaterstoffen als koudemiddel in een direct systeem (binnenopstelling) tot een vulling van bijna 1 kg vulling, en op indirecte systemen (buitenopstelling) tot 5 kg vulling. In de standaard wordt een reeks details beschreven rond ontwerp, constructie, installatie, testen, gebruik, onderhoud en afbraak, zodat fabrikanten, gebruikers, technici en installateurs de kennis hebben om veilig met de brandbare risico’s om te gaan.

Propaan heeft de hoogste latente warmte-inhoud (verdampingsenergie).

Vereisten voor A2(L)- en A3-koudemiddelen
De IEC 60335-2-40 technische subcommissie 61D – werkgroep 16 (WG16) – vervult de opdracht om de vereisten voor A2(L)- en A3-koudemiddelen vast te leggen, inclusief het gebruik van propaan in splitairco’s en warmtepompen. De huidige standaard (6e versie) dateert uit 2018. De 60335-2-40 is een zeer technische, uitvoerige standaard en beschrijft tot in kleine details vele onderwerpen en eisen. Geïnteresseerden kunnen een actuele versie bestellen bij NEN.

Herziening van standaard
Zoals bij vele standaarden wordt ook aan de IEC 60335-2-40 standaard periodiek onderhoud gepleegd. WG16 legt voor de volgende, 7e versie, de focus onder meer op verbeteringen ten aanzien van lekdetectie. Dit betreft regels voor interne automatische afsluiters die moeten voorkomen dat de hele koudemiddelvulling lekt. De conceptwijzing betreft deels ook een verhoging van vullimieten voor A2(L)- en A3-koudemiddelen. De publicatie van een herziene IEC 60335-2-40 op basis van de uitkomsten van WG 16 is naar verwachting gepland voor medio 2021 of ergens in 2022.

Toegestane vulling bij binnenopstelling
De EN 60335-2-40 geeft in bijlage GG, die liefst 41 pagina’s telt, met tabellen en een dertigtal formules geen simpel te doorgronden inzicht in wat de toegestane propaanvulling is bij een installatie met binnenopstelling. In grote lijnen geldt het volgende: propaan heeft een LFL (lower flammability limit) van 2,1 procent, oftewel 0,038 kg/m³. De bovengrens voor de toegestane hoeveelheid propaan bij een binnen opgesteld direct systeem vinden we in de informatieve tabel in annex GG.1 . In tegenstelling tot de breed (doch foutief) aangenomen bovengrens van 150 gram, is de maximale vulling per m² gesteld op 26 x LFL = 0,988 kg. Wel moet men zich aan aanvullende eisen houden. Denk aan regels rond de omvang van de opgestelde ruimte, het minimale vloeroppervlak, de montageplaats van het binnentoestel (lees uitblaashoogte), en luchtcirculatie in de ruimte en wellicht ook in het toestel. Daarnaast kennen we in Nederland ook de NPR7600, waarover later meer.

De volgende tabel is opgesteld op basis van de EN 60335-2-40 en geeft een overzichtelijke invulling voor de toegelaten propaanvulling bij splitsystemen:

Toegelaten propaanvulling bij splitsystemen.

De maximaal toegestane vulling voor een propaan-splitsysteem waarbij de binnenunit is gemonteerd in een ruimte, moet onder andere voldoen aan de volgende twee formules. Daarbij is de montagehoogte van groot belang, hij bepaalt mede de toegestane vulling. Propaan is immers zwaarder dan lucht en zal zich lastiger vermengen met de inhoud van de ruimte als de lekkage-emissie op een laag niveau plaatsvindt.

De formule (1) bepaalt de maximale vulling:

m_max = 2,5 * LFL5/4 * h₀ * A1/2 (1)

De formule (2) bepaalt de vereiste minimale vloeroppervlakte Amin om een systeem te mogen installeren, gegeven een koudemiddelvulling van m [kg].

A_min = m² / (2,5 * LFL 5/4 * h₀)² (2)

Waarbij:
M_max = de maximaal toelaatbare vulling in kg
m = de hoeveelheid koudemiddelvulling van het systeem in kg
A_min = de vereiste minimale oppervlakte van de ruimte in m²
A = de oppervlakte van de ruimte in m²
h₀ = de installatiehoogte van het toestel, in m. Relevant daarbij is de uitblaashoogte van het toestel.
LFL = de onderste ontstekingsgrens, in kg/m³

Rekenvoorbeeld
Gegeven is een 5 kW split-propaansysteem met een vulling van 500 gram. Gegeven is de LFL voor propaan: 0,038 kg/m³. De hoeveelheid vulling is groter dan 150 gram (m > 4 m³ * LFL). De minimumgrootte van de ruimte is dus een functie van de locatie van de installatie, en beide zojuist gegeven formules moeten worden toegepast. Gemonteerd op 2,2 meter hoogte moet de ruimte een oppervlakte hebben van minimaal 29 m². Dat is prima te doen met een 5kW-systeem. In de huidige NPR7600:2020 staan geen rekenvoorbeelden meer. In hoofdstuk 5.6 staat wel de verwijzingen naar de EN378-1 bijlage C en C.1, en er wordt verwezen naar de genoemde EN 60335-2-40-reeks.

Oppervlakte en hoogte
Zoals hierboven beschreven worden eisen gesteld aan de grootte van de ruimte binnen, de montagehoogte van de binnenunit en de plaatsing van de buitenunit. De minimaal vereiste grootte van de ruimte is afhankelijk van de propaanvulling in het hele circuit van het apparaat en de installatiehoogte van de binnenunit. Hier wordt uitgegaan van de aanname dat in het ergste geval van lekkage de volledige koudemiddelvulling uit een systeem in de ruimte kan belanden.

Propaanconcentratie op vloerniveau
Aangezien propaandamp zwaarder is dan lucht, zal een gedeeltelijke gelaagdheid kunnen ontstaan, wat betekent dat de propaanconcentratie het hoogst kan zijn op vloerniveau. Daarom wordt de hoeveelheid koelmiddel beperkt, zodat onder deze kritische omstandigheden de concentratie gelekt koudemiddel lager zal blijven dan de LFL en er geen mogelijk brandbaar mengsel kan ontstaan. Voor de buitenunit wordt onder meer een minimale scheiding in afstanden tot een muur en andere omliggende objecten vastgelegd. Daarnaast moeten de eenheden worden geïnstalleerd in een ruimte zonder ontstekingsbronnen op of nabij vloerniveau. Een open haard, open vuur, oven of gasfornuis is zonder meer verboden.

Lengte van koelleidingen
De koelleidingen die vanuit de binnenunit komen zijn altijd voorzien van koppelingen. Veelal gaat het daarbij om flare- of soldeer-adapters. Voor deze buisverbindingen geldt dat ze moeten worden aangesloten buiten de geklimatiseerde kamer (de bezette ruimte). Als alternatief zal anders een permanente, technisch dichte verbinding moeten worden toegepast, een buisverbinding door middel van hardsolderen of middels persfittingen. De maximale leidinglengte moet in lijn zijn met de specificaties van de fabrikant. Logisch, want een grotere koudemiddelvulling dan op de kenplaat van de fabrikant staat is niet toegestaan.

Propaan is zeer licht ontvlambaar. Daarom moet gereedschap dat mogelijk vonken vormt, buiten de ontvlambare zone blijven.

Vonkvrij gereedschap
Belangrijk is dat de apparatuur elektrisch wordt geaard. Elke splitunit krijgt een afzonderlijke zekering. Alle gereedschap en apparatuur voor installatie en onderhoud moet geschikt zijn voor propaantoestellen. Gereedschap en apparatuur die mogelijk vonken kunnen vormen, moeten buiten de verwachte ontvlambare zone blijven, dit is typisch drie meter van de locatie van het propaantoestel. Dit geldt ook voor stekkers, stopcontact en andere mogelijke ontstekingsbronnen.

Belang van de handleiding
Elke introductie van nieuwe technologie geeft nieuwe risico’s. Vooral vanwege de hoge ontvlambaarheid van koolwaterstof is veilig gebruik van het grootste belang, in de hele keten van fabricage, installatie, gebruik, onderhoud en afbraak van propaan-splitsystemen. De installatie- en bedieningshandleidingen zullen alle voorwaarden melden die voor een veilig proces moeten worden gevolgd. Het is belangrijk de handleiding door te nemen: speciaal voor propaan-splittoestellen gelden extra te nemen maatregelen ten opzichte van conventionele F-gassen-splitunits.

Gereedschap en vaardigheden
Normaliter zullen brandbare koudemiddelen zich in een gesloten systeem bevinden. Maar bij een defect, onderhoud of (de-)montage kan koudemiddel uit de installatie ontsnappen zodat een mogelijk gevaarlijke situatie kan ontstaan. Zoals in de handleiding beschreven staat zal een monteur moeten beschikken over voldoende aantoonbare kennis, ervaring, gereedschap en vaardigheden, werkkleding en schoenen moeten dragen van materiaal dat niet elektrostatisch kan worden, en een gasmeter (explosie-gevaarmeter) bij zich moeten dragen die is afgesteld op 10 tot 20% van de LFL-waarde.

Installerend personeel moet goed geschoold en met de juiste instructies op pad worden gestuurd.

Scholing en instructies
Om tot de correcte montage van installaties te komen, is een belangrijke rol weggelegd voor opleidingsinstituten en distributeurs in Nederland. Het installerend personeel moet goed geschoold en met de juiste instructies op pad worden gestuurd. Propaan-splittoestellen zijn immers niet onderhevig aan de F-gassenverordening. Installatie en onderhoud door niet-gediplomeerden is vooralsnog legaal, er is geen wettelijke regeling voor.

Verplichte lekdetectie
Lekdetectie is ook bij propaan-splittoestellen verplicht. De prakrijkrichtlijn NPR7600 stelt duidelijk dat een alarmsysteem is vereist bij alle installaties met brandbare koudemiddelen, dus ook bij splitunits. Dat zorgt voor extra kosten, maar er moet dus (automatische) koudemiddeldetectie worden geplaatst, specifiek geschikt voor propaan. De detector dient binnen 30 seconden na constatering van een probleem te alarmeren en moet via een gescheiden voeding werken.

Jaarlijkse controle
Het alarmeringssysteem zal een goed hoorbaar en zichtbaar (lees: flikkerend) signaal moeten geven op de mogelijk bedreigde locatie waar zich personen kunnen bevinden. Doormelding naar een ander punt is ook mogelijk. Het detectiesysteem hoort een concentratie op de wettelijke grenswaarde te kunnen waarnemen, namelijk 25% van de LFL. De beheerder/eigenaar van de installatie moet het detectiesysteem minimaal eens per jaar op nauwkeurigheid en goede werking controleren. Voor de details verwijzen we naar de zojuist herziene NPR7600:2020.