Kältemittel sind essenzielle Arbeitsmedien in Hochtemperatur Wärmepumpen, die in der Industrie zur Erzeugung von Prozesswärme eingesetzt werden. Sie ermöglichen den Transfer von thermischer Energie, indem sie bei niedrigen Temperaturen verdampfen, dabei Wärme aufnehmen, anschließend komprimiert werden und diese durch Kondensation auf ein höheres Temperaturniveau übertragen. Die Auswahl des geeigneten Kältemittels ist entscheidend für die Effizienz, Sicherheit und Umweltverträglichkeit der Wärmepumpe.

Arten von Kältemitteln

Synthetische Kältemittel:

• HFKW (Hydrofluorkohlenwasserstoffe): Diese Kältemittel haben ein mittleres bis hohes Treibhauspotenzial (GWP) und werden in der Industrie deshalb zunehmend durch umweltfreundlichere Alternativen ersetzt.
• HFOs (Hydrofluorolefine): Moderne synthetische Kältemittel wie R1233zd(E) kombinieren niedrige GWP-Werte mit guten thermodynamischen Eigenschaften. Sie sind nicht brennbar und eignen sich für Hochtemperaturanwendungen bis zu 200 °C.

Aufgrund strenger Umweltauflagen unterliegt der Einsatz synthetischer Kältemittel vermehrt Einschränkungen. Unternehmen in der Industrie setzen daher zunehmend auf innovative synthetische Lösungen mit reduziertem GWP oder auf natürliche Kältemittel.

Natürliche Kältemittel:

• Ammoniak (NH₃, R717): Ammoniak zeichnet sich durch hervorragende thermodynamische Eigenschaften und hohe Energieeffizienz aus. Es hat kein Ozonabbaupotenzial (ODP = 0) und ein geringes Treibhauspotenzial (GWP ≈ 0). Aufgrund seiner Toxizität und Korrosivität sind jedoch strenge Sicherheitsmaßnahmen erforderlich.
• Kohlendioxid (CO₂, R744): CO₂ ist ungiftig, nicht brennbar und umweltneutral. Es arbeitet bei hohen Betriebsdrücken und ist besonders geeignet für Anwendungen mit Temperaturen bis zu 100 °C.
• Kohlenwasserstoffe (z. B. Propan, R290): Diese Kältemittel bieten hohe Energieeffizienz und ein sehr niedriges GWP. Ihre Entzündlichkeit erfordert jedoch besondere Vorsichtsmaßnahmen.

Auswahlkriterien für Kältemittel

Die Wahl des passenden Kältemittels hängt von mehreren Faktoren ab:

• Temperaturbereich: Für Anwendungen mit Temperaturen über 100 °C sind Kältemittel wie Ammoniak oder R1233zd(E) besonders geeignet.
• Druckverhältnisse: Kältemittel wie CO₂ erfordern aufgrund ihrer hohen Betriebsdrücke spezielle Anlagenauslegungen.
• Umweltaspekte: Ein niedriges GWP und kein Ozonabbaupotenzial sind entscheidend für die Umweltverträglichkeit.
• Sicherheitsanforderungen: Toxizität und Entzündlichkeit beeinflussen die Sicherheitsmaßnahmen und die Handhabung der Kältemittel.