Die Auswahl des optimalen Kältemittels ist entscheidend für den erfolgreichen Einsatz von Kälte-, Klima- oder Wärmepumpenanlagen. Doch gibt es nicht das eine perfekte Kältemittel für alle Anwendungen. Die verschiedenen Einsatzgebiete erfordern unterschiedliche Eigenschaften. Dennoch erfüllen sowohl moderne Kältemittel als auch einige bewährte Kandidaten höchste Anforderungen. In fast allen Einsatzfeldern bieten sich somit intelligente, ökonomisch und ökologisch sinnvolle Lösungen.
Das ideale Kältemittel
Es gibt bestimmte grundlegende Eigenschaften, die ein Kältemittel erfüllen sollte: Es sollte weder brennbar, giftig noch korrosiv sein. Darüber hinaus sind folgende Eigenschaften gefragt:
- Gute Mischbarkeit mit Öl
- Thermische und chemische Stabilität
- Hohe Kälte- und Wärmeleistung bei geringem Energieaufwand
- Günstiges Druckverhältnis
- Niedrige Verdichtungsendtemperatur
- Gutes Preis-Leistungs-Verhältnis
Besonders wichtig ist auch die Umweltverträglichkeit. Zahlreiche nationale und internationale Gesetze, Richtlinien und Verordnungen haben in den letzten Jahren einen weitreichenden Veränderungsprozess eingeleitet, der die Produktauswahl und den -einsatz entscheidend beeinflusst. Es muss berücksichtigt werden, ob ein Kältemittel Ozon abbaubare Substanzen enthält, wie lange es in der Atmosphäre verbleibt und welchen Einfluss es auf den Treibhauseffekt hat.
Passend zur Anlage: Bemessungsgrundlagen
Die Auswahl des richtigen Kältemittels hängt von der Anwendung und dem Anlagentyp ab. Bei der Bewertung spielen folgende Faktoren eine Rolle:
- Eignung für den erforderlichen Temperaturbereich
- Passende thermodynamische Eigenschaften wie Siedeverhalten und spezifische Wärmekapazität
- Geeignete Drucklagen
- Kompatibilität mit Maschinen und Materialien
- Verfügbarkeit passender Maschinenöle
- Verfügbarkeit geeigneter Verbindungstechniken
- Hohe Wirtschaftlichkeit
- Einhaltung der gültigen Gesetze und Richtlinien (geringes Gefahrenpotenzial)
Die Auswahl des richtigen Kältemittels hat einen langfristigen Einfluss auf den Energieverbrauch einer Kälte-, Klima- oder Wärmepumpenanlage. Hohe Kältemittel-Effizienz führt zu erheblichen Kosteneinsparungen. Zudem sind Umweltaspekte und gesetzliche Auflagen zu beachten. Eine nachhaltige Kältemittel-Auswahl erspart aufwändige Umrüstungen und juristische Fallstricke.
Von … bis: Temperaturbereiche
Kältemittel müssen an die verschiedenen Temperaturbereiche der Anwendung angepasst sein. Die Verdampfungstemperaturen beeinflussen die Verdampfungsdrücke, die während des Betriebs über dem Atmosphärendruck liegen sollten. Selbst die kleinste Undichtigkeit könnte das Eindringen von Luft und Feuchtigkeit in den Kältekreislauf ermöglichen.
Generell gilt: Je niedriger der Verdampfungsdruck, desto geringer ist die volumetrische Kälteleistung. Daher muss der Kompressor entsprechend dimensioniert sein, um die erforderlichen Kälteleistungen zu gewährleisten.
Ein niedriger Verdampfungsdruck bietet jedoch auch Vorteile wie erhöhte Anlagensicherheit, geringere Druckabsicherung, Verwendung geringerer Wandstärken bei Rohren und Behältern, vermindertes Risiko von Undichtigkeiten und möglicherweise niedrigere Einstufung nach Druckgeräterichtlinie und Betriebssicherheitsverordnung.
Die wichtigsten Kältemittel im Detail
R134a
R134a eignet sich hervorragend für Anlagen mit gefluteten Verdampfern und wird vor allem in Transport- und gewerblichen Kälteanlagen sowie in Haushaltskühl- und Gefriergeräten eingesetzt. Es ist das einzige Reinmolekül-Kältemittel für den Verdampfungsbereich von -40 bis +10 °C.
R1234yf
R1234yf wurde entwickelt, um das umweltschädliche R134a in Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen zu ersetzen. Es weist ähnliche thermodynamische Eigenschaften wie R134a auf und hat einen niedrigen GWP-Wert (Global Warming Potential).
R1234ze(E)
R1234ze(E) wird bereits in industriellen Anwendungen eingesetzt und hat ein sehr niedriges Treibhauspotenzial. Es eignet sich für die Herstellung neuer Kältemittel-Gemische und kann in Kaltwasser- und Kaltsoleerzeugern mit großvolumigen Kompressoren verwendet werden.
R404A / R507
R404A und R507 werden hauptsächlich in Tiefkühlanlagen und Schockfrostern eingesetzt. Sie können auch als Ersatz für das aus Umweltschutzgründen verbotene R22 verwendet werden.
R407A / R407F
R407A wird als Ersatz für R502 in Tiefkühlanwendungen verwendet, während R407F insbesondere als Ersatz für R22 in Klimaanlagen dient. Beide Kältemittel haben einen relativ niedrigen GWP-Wert und erreichen hohe Effizienz und volumetrische Leistungen.
R407C
R407C wurde als Ersatz für R22 in Klimaanlagen und Wärmepumpen entwickelt. Es hat vergleichbare Drucklagen, jedoch eine höhere Verdichtungsendtemperatur.
R410A
R410A wird vor allem in Wärmepumpen- und Klimaanlagen im unteren Leistungsbereich eingesetzt. Es hat gute Wärmeübertragungseigenschaften, jedoch ein hohes Druckniveau.
R32
R32 wird vor allem in der Klima- und Wärmepumpentechnik im kleineren Leistungsbereich verwendet. Es hat ausgezeichnete thermodynamische Eigenschaften, ist jedoch hochentzündlich und erfordert daher besondere Sicherheitsvorkehrungen.
R600a
R600a wird vor allem in Haushaltskühlmöbeln eingesetzt und hat eine etwas bessere Kälteleistung als R134a. Es ist jedoch hochentzündlich und erfordert eine sorgfältige Abdichtung der Anlage.
R290 / R1270
R290 (Propan) und R1270 (Propen) sind hochentzündliche Kohlenwasserstoffe. R290 eignet sich für höhere Wassertemperaturen in der Wärmepumpentechnik, während R1270 vor allem in Tiefkühlanlagen verwendet wird.
R717
R717 (Ammoniak) wird in der Industriekältetechnik eingesetzt und hat eine hohe spezifische Verdampfungsenergie. Es ist toxisch und erfordert besondere Sicherheitsvorkehrungen.
R744
R744 (CO2) wird in Kaskadenkälteanlagen in der Industrie und in Supermärkten eingesetzt. Es hat hohe volumetrische Kälteleistungen und gute Wärmeübertragungseigenschaften. R744 ist weder brennbar noch toxisch und hat daher eine geringe Umweltbelastung.
Umstellung bestehender Anlagen
Die Umstellung bestehender Anlagen von FCKW/H-FCKW-Kältemitteln ist erforderlich, um die gesetzlichen Vorschriften einzuhalten. Die Umstellung umfasst verschiedene Schritte wie die Überprüfung der Anlage, Entnahme des alten Kältemittels, Austausch von Filtern, Kontrolle der Dichtungen, Evakuierung der Anlage und Befüllen mit dem neuen Kältemittel. Die genaue Vorgehensweise sollte mit einem Fachexperten abgestimmt werden.
Die Auswahl des richtigen Kältemittels ist ein komplexer Prozess, der Expertise und Erfahrung erfordert. Es ist wichtig, die individuellen Anforderungen der Anwendung zu berücksichtigen und sowohl die technischen als auch die Umweltaspekte zu berücksichtigen. Mit dem richtigen Kältemittel können Kosteneinsparungen erzielt und die Umweltbelastung minimiert werden.
