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Bildung in Technik und Naturwissenschaften
Hauptkomponenten einer Wärmepumpe

Arbeitsmittel (Kältemittel)

Das Kältemittel ist das Arbeitsmittel einer Wärmepumpe. An Kältemittel werden mehrere Anforderungen gestellt. Sie sollten:

  • umweltfreundlich sein
  • eine hohe volumetrische Kälteleistung besitzen (d. h. große Wärmemengen bezogen auf die Masse transportieren können)
  • nicht brennbar sein
  • ungiftig sein
  • einfach zu handhaben sein
  • verträglich mit Ölen und Elastomeren (Dichtungen und O-Ringen) sein
  • chemisch und thermisch stabil sein
  • niedrige Druckverluste bei der Strömung haben
  • gute Mischbarkeit beziehungsweise Löslichkeit mit Schmiermitteln besitzen
  • kostengünstig sein
  • in einem breiten Druck- und Temperaturbereich einsetzbar sein

Kein Kältemittel kann alle diese Anforderungen zu 100 Prozent erfüllen, sodass immer ein Kompromiss gemacht werden muss.

Aus ökologischen Gründen ist die Menge an Kältemitteln möglichst gering zu halten. Außerdem sollten Kältemittel mit geringem Treibhauspotenzial (GWP) verwendet werden.

Es gibt vier Kältemittelgruppen:

  • FCKW: stark Ozonschicht abbauend und klimaschädlich (der Einsatz von FCKW ist in Österreich verboten),
  • H-FCKW: Ozonschicht abbauend und klimaschädlich (der Einsatz von H‑FCKW in neuen Anlagen ist in Österreich verboten. Ab 2015 sind H-FCKW generell verboten),
  • H-FKW: klimaschädlich,
  • Natürliche Kältemittel – Ammoniak, CO₂, Propan, Isobutan, Wasser: nicht Ozonschicht abbauend und gering klimaschädlich. Allerdings sind sie teilweise brennbar, explosiv oder giftig. Die brennbaren Kältemittel werden daher eher für Gefrierschränke etc. und im Fall von Ammoniak, in Industrieanlagen eingesetzt. (Huber, H., Schöfmann, P.; Zottl, A., 2014)

Auswirkungen von Kältemitteln auf die Atmosphäre

  • Kältemittel sind ein wichtiger Bestandteil von Wärmepumpenkreisläufen. Allerdings können einige Kältemittel die Umwelt schädigen, wenn sie in die Atmosphäre gelangen. Die negativen Umweltfolgen von Kältemitteln beruhen dabei auf folgenden Faktoren:
  • Ozonabbaupotenzial ODP (Ozone Depletion Potential) ist vorhanden, weil Ultraviolett- (UV‑)Strahlung FCKW-Partikel vom Kältemittel löst und Chloratome freisetzt, welche die Ozonschicht zerstören. Der Ozonabbaufaktor (ODP-Faktor) gibt an, wie schädlich ein Kältemittel im Vergleich mit dem Referenzkältemittel R11 für die Ozonschicht ist. R11 enthält drei Chloratome, und sein ODP-Faktor ist mit 1,0 festgelegt.
  • Treibhauspotenzial GWP (Global Warming Potential) gibt an, um wie viel höher der Treibhauseffekt eines Stoffes im Vergleich zu CO₂ ist. FCKW sind beispielsweise 8500-mal höher treibhauswirksam als CO₂, dessen GWP-Faktor mit 1,0 festgelegt ist.
  • TEWI (Total Equivalent Warming Impact) beschreibt den Beitrag einer Kälteanlage zum Treibhauseffekt für eine Betriebsdauer von 20 Jahren. Dabei werden sowohl die direkte Auswirkung des Kältemittels bei Freisetzung als auch der indirekte Beitrag der erforderlichen Betriebsenergie berücksichtigt. TEWI wird nur angegeben, um alternative Anlagen oder mögliche Kältemittel für einen Anwendungsfall an einem bestimmten Aufstellungsort zu vergleichen (EN 378-1).

In der jüngeren Wärmepumpengeneration werden überwiegend synthetische Kältemittel bzw. aus Kostengründen auch Mischungen verwendet. 

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