Kältemittel – Allgemeine Informationen

Refrigerants: general information-Featured image

Definition eines Kältemittels

In der Kälte- und Klimatechnik ist ein Kältemittel ein natürlicher oder synthetischer Arbeitsstoff, der eine Reihe von thermodynamischen Umwandlungen durchführt und an der Wärmeübertragung beteiligt ist. Es wirkt als Kühlmittel in einem Verdampfer , indem es die Wärme von einem anderen Stoff, z. B. von der durch gelagerte Produkte erwärmten Luft, aufnimmt Kältemittel gibt es sowohl als reine, einkomponentige Stoffe als auch als Gemische verschiedener Komponenten.

Wie funktionieren Kältemittel?

Aufgrund ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften nehmen Kältemittel bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck Wärme aus dem gekühlten Produkt oder Raum auf und geben sie bei hoher Temperatur und hohem Druck wieder ab. Da eine solche Wärmeübertragung nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik nicht von selbst erfolgen kann, muss zur Verdichtung des Kältemittels externe Energie zugeführt werden. Bei den meisten Kältemitteln ist der Effekt der Wärmeaufnahme und -abgabe ein Phasenübergang: Verdampfung bzw. Kondensation. Die latente Wärme dieser Phasenumwandlungen variiert je nach Art und thermodynamischen Eigenschaften des Kältemittels. Je höher der Wert der latenten Verdampfungswärme, desto mehr Energie kann dem zu kühlenden Stoff entzogen werden.

Animation of a refrigerant operation

Wo werden Kältemittel eingesetzt?

Es gibt viele Beispiele für den Einsatz von Kältemitteln im Alltag. Die häufigsten sind Haushaltskühlschränke, Gefriergeräte, Klimaanlagen und Wärmepumpen. Eine der Hauptanwendungen von Kältemitteln ist die Lebensmittelindustrie. Hier können wir die kommerzielle Lagerung von Obst, Fleisch, Gemüse, Milchprodukten und anderen Lebensmitteln unterscheiden. Kältemittel werden auch in Kühlgeräten von Lebensmittelgeschäften wie Kühltruhen und -theken verwendet. Wir finden sie auch in der Transportindustrie, zum Beispiel bei der Installation von Klimaanlagen in Autos oder Flugzeugen. Ein weiteres Beispiel für mobile Kühlsysteme sind Lastwagen, Schiffe und Züge, in denen Kältemittel zur Kühlung von Lebensmitteln und anderen temperaturempfindlichen Produkten verwendet werden, die über eine lange Strecke transportiert werden müssen. Kältemittel werden auch in der pharmazeutischen und medizinischen Industrie sowie im Wintersport verwendet, z. B. in den Kühlsystemen von Eisbahnen und Skisprungschanzen.

Eigenschaften eines idealen Kältemittels

Das in Kälteanlagen verwendete Kältemittel wird in der Regel je nach Art der Anwendung ausgewählt. Leider gibt es kein Kältemittel, das alle wichtigen Anforderungen für alle Arten von Anlagen erfüllt. So ist beispielsweise das beste Kältemittel für Niedertemperaturanwendungen nicht so gut für Mitteltemperaturanwendungen geeignet. Daher muss das Arbeitsmedium stets so ausgewählt werden, dass es für die gewählte Anwendung am besten geeignet ist. Das ideale Kältemittel sollte die in der Tabelle angegebenen Parameter aufweisen.

Keine Umweltauswirkungen Sicher in der Anwendung

Kein Ozonabbaupotenzial
(ODP = 0)

Erderwärmungspotenzial
(GWP = 0)

Ungiftig

Nicht entflammbar

Nicht-explosiv

Leicht auffinbar im Falle einer Leckage

Perfekte thermodynamische Eigenschaften Gute chemische Stabilität

Geringer Energieaufwand für die Kompression
(Gewinn: geringere Energieverbrauchskosten)

Hohe spezifische Kühlleistung
(Vorteil: geringere Kältemittelfüllung, kleinerer Verdichter)

Hohe Wärmeübergangskoeffizienten
(Gewinn: kleinere Plattenwärmetauscher)

Niedriger Gefrierpunkt und hoher kritischer Punkt

Keine nachteiligen Auswirkungen auf Baumaterialien
(zum Beispiel Kupferrohre, Gummidichtungen)

Keine Reaktion mit Ölmolekülen

Gute Zersetzungsbeständigkeit unter hohen Temperaturen und Druckbedingungen 

GWP und ODP – was bedeutet das?

Viele Kältemittel, insbesondere synthetische, haben negative Auswirkungen auf die Umwelt und die Atmosphäre. Zur Bestimmung der Umweltauswirkungen eines Kältemittels wurden zwei Indikatoren eingeführt:

GWP – Treibhauspotenzial (Global Warming Potential)

Hierbei handelt es sich um einen relativen Indikator für die von einer bestimmten Masse eines Treibhausgases in der Atmosphäre absorbierte und eingeschlossene Wärme. Nach der Norm ist der GWP-Wert für ein Gas ein Vielfaches der Wärme, die von der gleichen Masse Kohlendioxid CO2 absorbiert würde, für die der Wert gleich 1 ist. So entspricht beispielsweise der Austritt von 1 Tonne des Kältemittels R134a (GWP=1430) der Emission von 1430 Tonnen CO2.

ODP – Ozonabbaupotenzial (Ozone Depletion Potential)

Dies ist ein relativer Indikator für die Auswirkung einer bestimmten Substanz auf den Abbau der Ozonschicht, verglichen mit dem Kältemittel R-11, dessen ODP-Wert auf 1 festgelegt ist. Das ODP wird definiert als das Verhältnis zwischen dem globalen Ozonabbau durch die betreffende Substanz und dem globalen Ozonabbau durch FCKW-11 der gleichen Masse.

Natürliche Kältemittel als einer der führenden Trends in der Kälteindustrie

Dank der nachhaltigen Entwicklung der Kältetechnik, des ökologischen Bewusstseins sowohl der Verbraucher als auch der Industrie und der wachsenden Notwendigkeit, die Umwelt zu schützen, beobachten wir eine steigende Anzahl von Verflüssigungssätzen mit natürlichen Kältemitteln auf dem Markt.

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