Schwerpunkt Wärmepumpe - Kältemittel
| Kältemittel | Formel | ODP R11=1 | GWP CO2=1 | Bemerkung |
| R11 | CCL3F | 1 | 400 | seit 1995 in Neuanlagen verboten |
| R12 | CCL2F2 (FCKW) | 1 | 8500 | seit 1995 in Neuanlagen verbotenErsatzkältemittel: R134a |
| R22 | ChloridFluorMethan | 0,055 | 1700 | Seit dem 01.01.2000 besteht in Deutschland das Verbot für R 22 als Kältemittel in Neuanlagen entsprechend der deutschen FCKW-Halon-Verbotsverordnung. In Dänemark und Schweden ist R 22 schon seit 1998 nicht mehr erlaubt. |
| R115 | C2CLF5 (FCKW) | 0,5 | 9300 | |
| R502 | Gemisch R115 und R22 | 0,33 | 5591 | seit 1995 in Neuanlagen verboten, Ersatzkältemittel R404a |
| R22 | CHCLF2 | 0,055 | 1700 | Ersatzkältemittel R407c, R290 u.a. |
| R134a | C2H2F2 (HFKW) | 0 | 1300 | Ersatz für R22 |
| R407c | Gemisch aus R32,R125,R134a | 0 | 1525 | maximale Nutztemperatur 55°C |
| R410a | HFKW-Gemisch | 0 | 1725 | Für hohe Drücke > 25 bar |
| R290 | Propan C3H8 | 0 | 3 | brennbar (Propangas) maximale Nutztemperatur 65°C |
| R1270 | Propen C3H6 | 0 | 3 | brennbar |
| R774 | CO2 | 0 | 1 | sehr hohe Drücke, hohe Nutztemperaturen |
| R717 | NH3 | 0 | 0 | Ammoniak, brennbar, giftig |
GWP: heute aktuell, ODP = 0, reduziertes Global-Warming-Potential
R 134a
R 134a ist mittlerweile nicht nur aus technischer Sicht die langfristige Alternative für R 12. Neben den thermodynamischen Eigenschaften sind insbesondere die Unbrennbarkeit und Ungiftigkeit des Stoffs die Hauptargumente für einen langfristigen Einsatz. Dazu kommen positive praktische Erfahrungen, hohe Verfügbarkeit von Kältemittel und geeigneten Komponenten, günstige Preise und relativ unkomplizierte Handhabung in der Praxis. Dem trägt auch der Gesetzgeber Rechnung, indem R 134a offiziell als Ersatzkältemittel für R 12 benannt wurde. Mit Ausnahme der KFZ-Klimatisierung wird als Schmierstoff ausschließlich Esteröl verwendet.
R 22
R 22 wurde neben R 134a vom Umweltbundesamt als Ersatzkältemittel für R 12 benannt. Eine Umrüstung von Altanlagen auf R 22 ist jedoch wenig sinnvoll, wenn auch auf R 134a umgestellt werden kann, da - im Gegensatz zu R 134a - die Verwendung von R 22 bereits durch FCKW-Halon-Verbotsverordnung zeitlich begrenzt ist. Demnach darf R 22 nur noch bis 31.12.1999 eingesetzt werden, wenngleich auch hier Übergangsregelungen für bestehende Systeme zu erwarten sind, solange kein Ersatzkältemittel definitiv vom Umweltbundesamt benannt ist. Desweiteren ist eine Umstellung von R 12-Anlagen auf R 22 durch die doch stark abweichenden thermodynamischen Eigenschaften selten sinnvoll, da zumeist auch wertmäßig größere Anlagenbauteile wie Verflüssiger, Verdichter etc. getauscht werden müssen. Für den kurz- und mittelfristigen Ersatz von R 22 zeichnet sich aus unserer Sicht ein Trend in Richtung R 407C und R 404A als Substitutionsprodukte ab. Für den langfristigen Ersatz wird sich voraussichtlich R 410A durchsetzen.
R 404A
R 404A hat sich neben R 507 als Ersatzstoff für R 502 durchgesetzt. Die energetischen und thermodynamischen Eigenschaften sind ähnlich denen von R 502. Der geringe Temperaturgleit von ca. 0,5K ist in der Praxis vernachlässigbar. Als Schmierstoff wird auch hier ausschließlich Esteröl verwendet. Solange vom Umweltbundesamt für R 22 kein Ersatzkältemittel benannt ist, wird neben R 407C häufig R 404A eingesetzt.
R 407C
R 407C ist ein Gemisch aus R 32, R 125 und R 134a und ist inzwischen relativ umfassend erprobt. Dieses Kältemittel ist in erster Linie ein R 22-Substitut für Klimasysteme und - unter Einschränkung - auch für Normalkühlung geeignet. Wegen des rel. hohen R 134a-Anteils ergibt sich bei Tiefkühlanwendung eine deutliche Minderung von Kälteleistung und Leistungszahl am Verdichter. Besondere Beachtung verlangt der hohe Temperaturgleit von ca. 7,4K bezüglich der Auslegung von Wärmetauschern und Regelgeräten. R 407C wird mit Esterölen betrieben.
R 408A
R 408A ist ein Gemisch aus R 22, R 143a und R 125 und wurde speziell als Drop-in Kältemittel für R 502 entwickelt. Der Temperaturgleit ist mit ca. 0,6K vernachlässigbar gering. R 408A ist eine einfache und preiswerte Alternative um R 502-Anlagen in Betrieb zu halten, ohne Anlagenteile (außer Trockner) auszutauschen.Langfristig muß jedoch, besonders wegen der R 22-haltigkeit, eine Neuanlage mit R 404A eingeplant werden. Als Schmiermittel sollte Alkylbenzol, also synthetisches Öl, verwendet werden. Dies macht jedoch in der Regel keine Probleme, da die meisten R 502-Anlagen ohnehin mit synthetischem Öl gefüllt sind.
R 409A
409A ist ein Gemisch aus R 22, R 124 und R 142b und wurde speziell als Drop-in Kältemittel für R 12 entwickelt. Der Temperaturgleit beträgt ca. 8K, das Expansionsventil muß etwas nachjustiert werden. Ein besonderer Vorteil von R 409A ist seine Mischbarkeit mit nahezu allen Arten von Kältemaschinenöl. Es muß also in der Regel kein Ölwechsel vorgenommen werden. R 409A hat sehr gute thermodynamische Eigenschaften, die bei der Umstellung der Anlage sogar leicht verbesserte Kälteleistungen bei geringerer Stromaufnahme des Verdichters liefern.
R 410A
R 410A ist ein nah-azeotropes Gemisch aus R 32 und R 125 mit einem vernachlässigbar kleinen Temperaturgleit von weniger als 0,2 K. Als möglicher Ersatzstoff für R 22 weist R 410 A eine um fast 50% höhere Kälteleistung, jedoch auch eine wesentlich höhere Drucklage, als R 22 auf. Das hohe Druckniveau bedeuted eine höhere spezifische Belastung der Anlagenkomponenten, die zur Zeit nur wenige Fabrikate erfüllen können. Maximale zulässige Betriebsüberdrücke von mindestens 40 bar sind eine Voraussetzung für die Verwendbarkeit für dieses Kältemittel. Ein weiteres Kriterium ist die relativ niedrige kritische Temperatur von 73°C. Unabhängig von der Auslegung hochdruckseitiger Komponenten ist damit die Höhe der Verflüssigungstemperatur deutlich eingeschränkt. Nach heutigem Kenntnisstand ist bis in ca. 3-5 Jahren mit einer ausreichenden Verfügbarkeit an R 410A-Komponenten und damit mit einem verstärkten Einsatz dieses Kältemittels zu rechnen. R 410A wird mit Esterölen betrieben.
R 413A
R 413A ist ein Gemisch aus R 134a, R 218 und R 600a und wurde speziell als Drop-in Kältemittel für R 12 entwickelt. R 413A ist ein sehr guter Ersatzstoff für R12, da es kein Ozonabbaupontential (ODP) besitzt und einen geringem Beitrag zum Treibhauseffekt (HGWP) mit der Verträglichkeit mit allen gebräuchlichen Ölen verbindet. Besonders die letzte Eigenschaft erweist sich in hermetischen Systemen als großer Vorteil, da ein Wechsel zu anderen Kältemitteln zumeist problematisch, umständlich und aufgrund des mehrfachen Durchspülens mit Ölen kostenaufwendig ist. Der Temperaturgleit beträgt ca. 7K, das Expansionsventil muß etwas nachjustiert werden. Wie bei allen chlorfreien Kältemitteln muß auch bei R 413A ein Trockner mit einer Porosität von 3Å eingesetzt werden. Da R 413A kein R 22 enthält, ist es neben R 134a als Ersatzstoff für R 12 in Kfz-Klimaanlagen zugelassen.
R 507
R 507 ist ein nah-azeotropes Gemisch aus R 143a und R 125 und wurde speziell als Ersatzstoff für R 502 entwickelt. Der Temperaturgleit ist praktisch 0K. Ansonsten ist R 507 sowohl in der Anwendung als auch thermodynamisch weitestgehend mit R 404A vergleichbar und benötigt wie dieses auch Esteröl als Schmiermittel.
Ozonabbau-Potential ODP (Ozone depletion potential)
Der ODP gibt an, wie stark ein Stoff in der Stratosphäre ozonabbauend wirkt. Da dem R11 willkürlich der Wert 1 zugewiesen wurde, sind alle Stoffe mit Werten unter 1 weniger ozonabbauend, Werte über 1 stärker ozonabbauend als R11. Der eigentlich kritische Stoff in den FCKW und HFCKW Molekülen ist das Chlor. Da sich freies Chlor als sehr reaktionsfreudiges Element sofort bindet, wirkt zum Beispiel Chlor aus Hallenbädern nie ozonabbauend: es hat keine Chance, die Reise in die Stratosphäre ungebunden zu überstehen. Daher sind vor allem Stoffe gefährlich, welche das Chlor in ihrer Bindung in die Stratosphäre bringen, sich dort aber unter dem Einfluss der UV-Strahlung zersetzen. Diese Stoffe sind dann sozusagen ,,Transportunternehmen" für das Chlor. Dann wird das Chlor genau dort frei, wo wir dies am wenigsten tolerieren können: mitten in der Ozonschicht. Das ODP von R134a beträgt 0 (R11=1,0). Dies bedeutet, dass durch R134a kein Ozon-Abbau stattfindet.Treibhauspotential GWP (Global warming potential)
Das Kohlendioxyd CO2 wird als Basisstoff verwendet, welchem unter der Bezeichnung GWP der Wert ,,1" zugewiesen wurde. Daher muss immer berücksichtigt werden, welcher Basisstoff einer Messung zugrunde liegt. Da die Messwerte aber sehr verschieden ausfallen, besteht keine Verwechslungsgefahr. Das GWP von R134a beträgt nach heutigen Kenntnissen 1300 (CO2=1,0). Dies bedeutet, bei einem Zeithorizont von 100 Jahren, dass das Treibhauspotential von R134a 1300 mal grösser ist, als mit CO2.Treibhauspotential HGWP (Halocarbon global warming potential)
Der HGWP, ebenfalls als Vergleichswert mit R11 ausgelegt, wird vor allem dort verwendet, wo man halogenisierte Stoffe vergleichen will. Daher wird in der Kältetechnik hauptsächlich der HGWP angegeben. Nicht zuletzt natürlich auch, weil seine bedeutend kleinere Zahl das Problem weniger dramatisch erscheinen lässt als bei dem auf das CO2 bezogene GWP. Das HGWP von R134a beträgt nach heutigen Kenntnissen 0,3 (R11=1,0). Dies bedeutet, bei einem Zeithorizont von 100 Jahren, dass das Treibhauspotential von R134a 3 mal kleiner ist, als mit R11. Bei internationalen Vergleichen ist vor allem der GWP von Bedeutung, in der Kältetechnik der HGWP.Die globale Erwärmung TEWI (total global warming impact)
Inzwischen ist eine Berechnungsmethode entwickelt worden, mit der die Auswirkungen auf den Treibhauseffekt beim Betrieb von Kälteanlagen/Wärmepumpen individuell beurteilt werden können. Der TEWI (total global warming impact) ist eine umfassende Annäherung, die umweltrelevante Belastung (globale Erwärmung) einer Verbindung bei ihrem Einsatz, hier als Kältemittel, zu bewerten. Der TEWI beinhaltet einen ,,direkten" Beitrag durch die Umwelt entweichendes Kältemittel (unter der Annahme, dass durch Leckagen ein Anteil der Kältemittelfüllung einer Anlage entweicht) unter Einbeziehung des GWP‘s und einen ,,indirekten" Erwärmungsbeitrag verursacht durch 002-Emissionen. Diese gründen sich auf der Bereitstellung von Energie zum Betrieb der Anlagen während ihrer erwarteten Betriebsdauer. Für herkömmliche, moderne Kühlanlagen gelten 90% des TEWI als indirekte Beiträge. Gegenüber dem GWP umfasst der TEWI auch Sekundäremissionen durch das Bereitstellen der Betriebsenergie.
