Kältemittel

Kältemittel sind Substanzen, die in Kälteanlagen verwendet werden, um Wärme von einem Ort zu einem anderen zu transportieren. Sie spielen eine wichtige Rolle in Kühlsystemen, Klimaanlagen, Wärmepumpen und anderen Kühlgeräten.

Die Funktionsweise von Kältemitteln beruht auf dem Prinzip der Verdampfung und Kondensation. Hier ist eine vereinfachte Erklärung, wie Kältemittel arbeiten:

• Verdampfung: Das Kältemittel verdampft in einem Bereich niedriger Temperatur und niedrigen Drucks, zum Beispiel in einem Verdampfer. Während des Verdampfungsprozesses nimmt das Kältemittel Wärme aus seiner Umgebung auf und kühlt damit die Umgebung ab. Bei Wärmepumpen nimmt das Kältemittel die Wärme aus dem Erdreich, dem Grundwasser oder der Außenluft auf und verdampft dabei. Wichtig zu wissen ist hier, dass das Wort “Wärme” hier nicht die gefühlte Wärme meint, sondern lediglich einen Temperaturbereich, in dem noch Wärmeentzug möglich ist – was physikalisch auch bei Minusgraden möglich ist und bei Luftwärmepumpen im Winter auch so umgesetzt wird. Physikalisch ist nämlich ein Wärmeentzug aus der Luft bis zum absoluten Nullpunkt (-273,15 °C) möglich.
• Kompression: Das verdampfte Kältemittel wird dann von einem Kompressor angesaugt und komprimiert. Durch die Kompression erhöht sich der Druck und dadurch die Temperatur des Kältemittels.
• Kondensation: Das komprimierte Kältemittel mit hoher Temperatur und hohem Druck strömt in einen Kondensator, wo es abgekühlt und kondensiert wird. Dabei gibt es die Wärme, die es zuvor aufgenommen hat, an die Umgebung ab. Das Kältemittel kondensiert zu einer flüssigen Form.
• Expansion: Das kondensierte Kältemittel mit hohem Druck fließt dann durch ein Expansionsventil, wo sein Druck und seine Temperatur reduziert werden. Dies ermöglicht es dem Kältemittel, wieder in den Verdampfer zu gelangen und den Kreislauf von neuem zu beginnen.

Dieser Kreislauf von Verdampfung, Kompression, Kondensation und Expansion ermöglicht es den Kältemitteln, Wärme effizient von einem Ort zum anderen zu transportieren, was in verschiedenen Kühlanwendungen wie Wärmepumpenheizungen, aktiven Wärmepumpenkühlungen und passiven Naturkühlungen genutzt wird.

Je nach Wärmepumpentyp kommen verschiedene Kältemittel zum Einsatz.

Das Kältemittel R290 (Propan) kommt hauptsächlich in neueren Wärmepumpenmodellen zum Einsatz. Dieses verfügt über ein sehr niedriges GWP (Global Warming Potential – d.h. dieser Wert stellt das Erderwärmungs- bzw. Treibhauspotential einer Substanz dar).

Beim R290 ist zu beachten, dass dieses brennbar ist und daher die Wärmepumpen nur außen (d.h. im Freien) aufgestellt werden dürfen. In diesem Fall verlaufen die Hauptleitungen für den Heizungsvor- und rücklauf in einem isolierten Rohr bis ins Außengerät, welches auch den Wärmetauscher beinhaltet.

Das Kältemittel R410a ist seit jeher das am häufigsten verwendete Kältemittel in Wärmepumpen. Der GWP-Wert ist beim R410a zwar höher als beim R290 (Propan), dafür hat das R410a den Vorteil, dass es nicht brennbar ist. D.h. Wärmepumpen mit R410a werden immer innerhalb vom Gebäude (im Heizraum) aufgestellt.