Was ist ein Kältemittel und wie wird es genutzt?
Per Definition sind Kältemittel strömende Medien, die der Wärmeübertragung in Kältemaschinen dienen. Sie sind in der Regel vollständig regenerierbar und zirkulieren in der spezifischen Anlage in einem Kreislauf, in dem sie ihren Druck und ihre Temperatur (und damit auch ihren Aggregatzustand) fortwährend ändern. Ersteres geschieht durch technische Hilfsmittel wie Kompressoren und Ventile, letzteres durch den Austausch von thermischer Energie mit der Umgebung.
An Kältemittel werden verschiedene physikalische und chemische Anforderungen gestellt. Zum einen darf von ihnen keine Gefahr für Umwelt, Menschen und die sie führenden Maschinen ausgehen. Folglich sind Kältemittel umweltverträglich, nicht brennbar, nicht explosiv, ungiftig und nicht korrosiv. Auch eine allgemeine thermische und chemische Stabilität ist enorm wichtig. Damit sie sich effektiv nutzen lassen, müssen sie zudem eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine niedrige Verdichtungstemperatur, ein geringes Dampfvolumen und eine niedrige Viskosität im flüssigen Zustand aufweisen. Des Weiteren müssen sie sich gut mit Schmiermitteln mischen bzw. sich in diesen lösen lassen. Selbstverständlich ist es auch wichtig, dass die Medien selbst günstig in der Anschaffung sind, es sich also nicht um seltene oder aufwendig herzustellende chemische Verbindungen handelt.
Zum Einsatz kommen daher in der Regel überwiegend natürliche oder synthetische (halogenierte) Kohlenwasserstoffe, doch auch Ammoniak und Kohlendioxid lassen sich nutzen. Häufig kommen auch Wasser-Glykol-Gemische zum Einsatz. Reines Wasser eignet sich aufgrund seines im Vergleich sehr hohen Gefrierpunktes nur für den Einsatz über 0 Grad Celsius, stellt jedoch durch seine hohe Wärmekapazität in Sonderfällen ein sehr gutes Kühl- bzw. Kältemittel dar. Seine Anwendung unter dem Nullpunkt wird derzeit erforscht.
Maschinen mit Kältemittelkreislauf arbeiten nahezu immer nach demselben Prinzip. Zu Beginn weist das Kältemittel eine niedrige Temperatur und einen niedrigen Druck auf. Aus dem ersten physikalischen System (etwa der Innenraum eines Kühlschranks) nimmt es dann thermische Energie auf und kühlt es somit herunter. Das Kältemittel verdampft und wird im Anschluss durch einen Kompressor geleitet, der den Druck des Gases und somit auch seine Temperatur erhöht. Das „aufgeheizte“ Kältemittel wird dann weitergeleitet und gibt den Großteil seiner Wärmeenergie über das natürliche Temperaturgefälle an ein zweites System (Umgebung des Kühlschranks) ab, wobei es wieder kondensiert. Im letzten Schritt wird das Kältemittel durch ein Entspannungsventil geleitet, das seinen Druck normalisiert. Nun beginnt der Kreislauf von vorn.
Die Einsatzgebiete von Kältemitteln
Kältemittel können überall dort eingesetzt werden, wo Temperaturänderungen bzw. der Austausch von thermischer Energie zwischen zwei Systemen gewünscht bzw. notwendig ist. Dies geschieht vorrangig in Kühlschränken, Tiefkühlzellen und mittels Klimaanlagen zur Gebäudekühlung. Wie zuvor beschrieben nehmen „kalte“ Kältemittel thermische Energie aus dem Innenraum auf, erwärmen sich und werden verdichtet, und geben die Wärme schließlich außerhalb der Systeme ab. Auf diese Weise lassen sich die Temperaturen innerhalb der ersten Systeme trotz wärmerer Umgebung senken.
Der Prozess lässt sich allerdings auch umkehren. Bestes Beispiel hierfür ist das Funktionsprinzip der Wärmepumpe. Diese nimmt über einen Kältemittelkreislauf thermische Energie aus einem nicht zu klimatisierenden System (etwa der Umgebungsluft, der Erde oder dem Grundwasser) auf und erhöht sie mittels Kompression, so dass sie sich zur Gebäudeheizung nutzen lässt. Nach Abgabe der Wärme an das Heizsystem, welches sie dann in die einzelnen Räume leitet, wird das Kältemittel wieder dekomprimiert und erneut zur Umweltwärmequelle geleitet. Großer Vorteil hierbei ist, dass es sich bei Umgebungswärme um eine prinzipiell unerschöpfliche Wärmequelle handelt. Darüber hinaus ist für die Nutzung nur elektrischer Strom vonnöten, so dass für Heizzwecke keine fossilen Brennstoffe verfeuert werden müssen, deren Emissionen dem Klima schaden. Zudem verfügen einige Wärmepumpen auch über ein Vier-Wege-Ventil, über das sich der Kältemittelkreislauf umkehren lässt. Dann können Sie die Technik im Sommer auch zum Kühlen Ihrer Räume verwenden. Auf die Anschaffung einer separaten Klimaanlage kann so verzichtet werden. Wärmepumpen kühlen oftmals etwas weniger effektiv als „echte“ Klimageräte, sind dafür aber deutlich günstiger im Betrieb.
Neben Umweltwärme können Wärmetauscher und Wärmepumpen jedoch noch eine andere Energiequelle nutzen, welche gerade in den letzten Jahren an Bedeutung für die Etablierung klimaneutraler Heizsysteme gewonnen hat. Abwasser aus Haushalten und Industrie führt eine Menge thermische Energie, die in vielen Fällen einfach ungenutzt abtransportiert wird und damit verloren geht. Sinnvoller ist es, mit einem Abwasserwärmetauscher einen Teil dieser Energie zurückzugewinnen und sie erneut für Heizzwecke zu nutzen. Dies spart an anderer Stelle Heizkosten ein, bedingt nur geringe Übertragungsverluste – da Abwasser immer dort anfällt, wo auch Wärmeenergie benötigt wird – und ist zudem weitaus umweltfreundlicher als das Heizen mit Öl oder Gas. Würde die Abwasserwärmerückgewinnung an allen strategisch und wirtschaftlich geeigneten Standorten in Deutschland ausgebaut, so könnte sie allein etwa 14 Prozent des gesamten deutschen Wärmebedarfs decken.
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UHRIG ist seit Jahrzehnten Experte in Sachen Kanalbau und Abwassertechnik. Dies schließt selbstverständlich Anlagen zur Abwasserwärmerückgewinnung mit ein – auf diesem Gebiet sind wir sogar europäischer Marktführer. Mit den von uns entwickelten Therm-Liner-Systemen nutzen Sie Abwasserwärme effizient und umweltfreundlich. Sie sparen dabei einen nicht unerheblichen Betrag an Heizkosten ein. Hinzu kommt, dass sich der Kältemittelkreislauf der Technologie auch umkehren lässt. Sie können mit derselben Anlage also gleichsam ihre Räume kühlen und heizen. Die dafür notwendigen Wärmetauscher lassen sich dank des bewährten UHRIG-Systems einfach in die Kanalisation einbauen. Selbst ältere Kanalrohre können so problemlos nachgerüstet werden.
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