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Kältemittel

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Definition: ein Medium, welches in einer Kältemaschine oder Wärmepumpe einem kalten Medium Wärme entziehen kann

Englisch: refrigerant

Kategorien: Grundbegriffe, Wärme und Kälte

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta (G+)

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 01.11.2012; letzte Änderung: 22.10.2016

In einer Kältemaschine (z. B. als Teil einer Klimaanlage) oder einer Wärmepumpe spielt ein Kältemittel (oder Arbeitsgas) eine essenzielle Rolle. Es gelangt in flüssiger Form in einen Verdampfer, wo es bei niedrigem Druck (meist durch Abpumpen mit einem Kompressor) verdampft und hierbei latente Wärme aufnimmt. Der Verdampfer ist als Wärmeübertrager ausgeführt, so dass Wärme aus der Umgebung (z. B. einer Flüssigkeit oder Luft) aufgenommen werden kann. Danach wird das nun gasförmige Kältemittel komprimiert, wird dadurch flüssig und gibt wieder Wärme ab. Etwas anders ist es in einer Absorptionskältemaschine bzw. Absorptionswärmepumpe: Hier wird das Kältemittel bei mäßigem Druck von einem Lösungsmittel aufgenommen und wird somit Teil dieser Flüssigkeit.

Gelegentlich werden Kältemittel fälschlich als Kühlmittel bezeichnet. Dies ist nicht dasselbe: Ein Kühlmittel kann Kälte lediglich transportieren (bzw. Wärme abführen), während ein Kältemittel der Erzeugung von Kälte dient. Häufig benötigt eine Anlage sowohl ein Kältemittel als auch ein Kühlmittel. Beispielsweise dient in einem Split-Klimagerät ein Kältemittel wie R-410A als Kältemittel, während das Gerät Luft als Kühlmittel für den Kondensator verwendet.

Wichtige Eigenschaften von Kältemitteln

Kältemittel müssen eine Reihe von Eigenschaften aufweisen. Direkt auf ihre Funktion bezogen sind ihre thermodynamischen Eigenschaften wichtig:

Hinzu kommen etliche andere Eigenschaften, die für die praktische Anwendung wichtig sein können:

Leider ist es schwierig, all diese Eigenschaften gleichzeitig zu erzielen. Deswegen sind in der Praxis oft Kompromisse notwendig. Beispielsweise akzeptiert man bei manchen Anwendungen, dass ein Kältemittel wie R-717 = Ammoniak giftig und stark ätzend ist, wenn die dadurch notwendigen Sicherheitsvorkehrungen machbar sind und wesentliche Vorteile durch gute Eigenschaften anderer Art (etwa eine hohe Verdampfungswärme) erzielt werden. In anderen Fällen akzeptiert man die Brennbarkeit eines Stoffs (z. B. R-290 = Propan), wenn dadurch die Klimaschädlichkeit entfällt, die andere Mittel (etwa Fluorkohlenwasserstoffe) hätten; jedoch muss eine Explosionsgefahr beispielsweise für Kompakt-Raumklimageräte vermieden werden, sodass Propan hier nicht einsetzbar ist.

Wegen solcher Probleme ist auch der Ersatz klimaschädliche Kältemittel nicht immer einfach zu bewerkstelligen. Teils scheitert er vorerst auch daran, dass größere Anpassungen an den Geräten (z. B. betreffend den vom Kompressor erzeugten Druck) nötig wären; man müsste also speziell für umweltfreundliche Kältemittel (z. B. CO2) konstruierte Geräte einsetzen.

Es kann stark von der jeweiligen Anwendung abhängen, wie schwerwiegend gewisse Nachteile oder wie wichtig gewisse Vorteile eines Kältemittels sind; auch deswegen ist eine breite Spanne sehr unterschiedlicher Kältemittel (siehe den nächsten Abschnitt) im Einsatz.

Wichtige Kältemittel

Sehr unterschiedliche natürliche und synthetische, organische und anorganische Substanzen werden als Kältemittel verwendet:

Auch Wasser (R-718) ist als Kältemittel einsetzbar, jedoch nur für Temperaturen über 0 °C (auch im Verdampfer). Da es gasförmig einen sehr niedrigen Druck hat, müssen entsprechend große Volumina gefördert werden. Aus diesen Gründen kommt Wasser als Kältemittel nur selten zum Einsatz.

Häufig werden statt Einstoff-Kältemitteln auch Gemische von Kältemitteln eingesetzt. Beispielsweise ist das in Klimaanlagen heute häufig verwendete R-410A ein Gemisch von CH2F2 und CHF2CF3.

Angestrebtes Verbot von Fluorkohlenwasserstoffen

Es gibt Bemühungen, den Einsatz der klimaschädlichen Fluorkohlenwasserstoffe (HFC) z. B. in Klimaanlagen und Kühlschränken baldmöglichst zu verbieten. Zwar könnten diese Kältemittel theoretisch daran gehindert werden, in die Atmosphäre zu gelangen, jedoch gelingt dies leider häufig nicht (z. B. durch unsachgemäße Entsorgung oder durch ungewollte Kältemittel-Lecks) – insbesondere in Entwicklungsländern.

Aus diesen Gründen wurde in 2016 eine Erweiterung des Montreal-Protokolls beschlossen, welches zunächst nur Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) betraf, nun aber auch Fluorkohlenwasserstoffen (FKW). Dieser Fortschritt sollte bewirken, dass die in den kommenden Jahrzehnten auftretende globale Erwärmung nicht um grob geschätzt um ein halbes Grad zusätzlich verstärkt wird.

Grundsätzlich dürfen Kältemittel nur von fachlich entsprechend ausgebildeten Personen (mit einem detaillierten Wissen über Umgangsvorschriften, Arbeitssicherheit etc.) gehandhabt werden, und sie dürfen niemals ohne Not in die Umwelt abgelassen werden. Früher geschah es relativ häufig, dass bei der Reparatur einer Kältemaschine das Kältemittel einfach in die Luft abgelassen wurde und danach wieder neues Kältemittel eingefüllt wurde. Heute müssen Kältemittel unbedingt so weit wie möglich mit geeigneten Geräten abgesaugt und ggf. sicher entsorgt werden; sonst drohen hohe Geldstrafen oder sogar Freiheitsstrafen. Entsprechende Maßnahmen sind genau zu dokumentieren. Trotzdem gelangen in Deutschland allein durch die Verwendung stationärer Klimaanlagen nach Aussagen des Umweltbundesamtes jährlich einige hundert Tonnen klimaschädlicher Kältemittel in die Atmosphäre, was CO2-Äquivalenten von mehreren hunderttausend Tonnen pro Jahr entspricht. Dies entspricht größenordnungsmäßig allerdings nur einem Promille der gesamten CO2-Emissionen. Ohne die scharfen gesetzlichen Vorschriften (mit schwerwiegenden Strafandrohungen) wäre dies vermutlich deutlich anders.

Die EU-Ecodesign-Richtlinie definiert u. a. Mindestanforderungen an das Energy Efficiency Ratio (EER) von Klimageräten. Hierbei gelten teils etwas weniger strenge Grenzwerte für Geräte mit Kältemitteln, deren Klimaschädlichkeit relativ gering ist (GWP unterhalb von 150).

Siehe auch: Kältemaschine, Wärmepumpe, Kompressionswärmepumpe, Absorptionswärmepumpe, Fluorkohlenwasserstoffe, Kälte, latente Wärme
sowie andere Artikel in den Kategorien Grundbegriffe, Wärme und Kälte

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