Was ist der Unterschied von Kältemittel und Kühlmittel?

Während der Vorstellung von Aufbau und Funktionsweise von Luftwärmepumpe und Brauchwasserwärmepumpe ist mir das KälKältemittelchstäblich über den Weg gelaufen. Ebenso das Kühlmittel. Das war ziemlich verwirrend. Deshalb will ich mich hier heute mit den beiden noch einmal näher beschäftigen, um die Begriffe klar zu stellen. Nicht zu vergessen: das Frostschutzmittel! Das trifft man in diesem Zusammenhang ja auch noch …

Was ist ein Kältemittel?

Was ein Kältemittel genau ist, wozu es dient und wie es sich von einem Kühlmittel abgrenzen lässt, das ist hier also das Thema. Zunächst schaue ich mir mal die technischen Definitionen an: Demnach definiert man das Kältemittel als ein „Fluid, das zur Wärmeübertragung in einer Kälteanlage eingesetzt wird, und das bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck Wärme aufnimmt und bei höherer Temperatur und höherem Druck Wärme abgibt, wobei üblicherweise Zustandsänderungen des Fluids erfolgen.“ (DIN EN 378-1 Abs. 3.7.1)

Oder: Das Kältemittel ist ein „Arbeitsmedium, das in einem Kältemaschinenprozess bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck Wärme aufnimmt und bei höherer Temperatur und höherem Druck Wärme abgibt.“ (DIN 8960 Abs. 3.1 )

Was ist der Unterschied von Kältemittel und Kühlmittel?

Ein Kältemittel überträgt also Wärmeenergie, sogenannte Enthalpie. In Luftwärmepumpe und Brauchwasserwärmepumpe also die Wärme der Umgebungsluft. Während ein Kältemittel dies sowohl in Richtung des sogenannten Temperaturgradienten als auch entgegengesetzt zu tun vermag, kann ein Kühlmittel dies nur entlang des Temperaturgradienten.

Exkurs: Was ist ein Temperaturgradient?

Jetzt geht’s an Eingemachte. Ein sogenannter Temperaturgradient ist eine gerichtete physikalische Größe, also ein Vektor, der, den Temperaturänderungen entlang, einer Strecke folgt. Er ist laut Wikipedia auf höhere Temperaturen ausgerichtet.

Für das Kältemittel bedeutet das, dass es die Wärme auch dann vom zu kühlenden Gegenstand wegtransportieren kann, wenn die Temperatur der Umgebung höher ist als die des Gegenstandes, der gekühlt werden soll. Ein Kühlmittel dagegen kann Wärme nur dann vom Gegenstand abtransportieren, wenn die Umgebung kälter ist als dieser.

Wie nutzt die Wärmepumpe die thermodynamischen Eigenschaften des Kältemittels?

In der Wärmepumpe dient das zunächst noch flüssige Kältemittel als Arbeitsmedium. Als Wärmetransporter also. Es verdampft im Verdampfer schon bei recht niederer Temperatur (Wechsel des Aggregatzustands von flüssig zu gasförmig), wird dann im Verdichter komprimiert und somit auf noch höhere Temperaturen gebracht – die man zum Heizen mit der Wärmepumpe nutzen kann. Die Wärme ist dann eine Verdampfungswärme (Verdampfungsenthalpie).

Für den Einsatz in einer Wärmepumpe muss das Kältemittel einigen Anforderungen genügen, zum Beispiel:

• Das Mittel sollte eine hohe volumetrische Kälteleistung erbringen können.
• Das Kältemittel sollte zum Temperaturbereich der Anwendung der Wärmepumpe passen.
• Das Fluid sollte niedrige Druckverluste vorweisen können.
• Das Fluid sollte chemisch und thermisch stabil sein.
• Das Mittel sollte sicher einzusetzen sein, das heißt, es darf nicht giftig sein (Gesundheits- und Umweltaspekt), nicht brennbar sein (Sicherheitsaspekt) und sich nicht schädlich auf die Ozonschicht auswirken, also kein Treibhauspotential besitzen.

Je nach ihren Eigenschaften werden Kältemittel in verschiedene Kategorien (Sicherheitsgruppen: A1, A2, A3, B1, B2, B3) unterteilt. Die Zugehörigkeit zu einer Sicherheitsgruppe regelt eine Europäische Norm: EN 378-1 Anhang E).

• A steht für: geringere Giftigkeit
• B steht für: größere Giftigkeit
• 1 steht für: keine Flammenausbreitung
• 2 steht für: geringere Brennbarkeit
• 3 steht für: größere Brennbarkeit

Kältemittel in der Wärmepumpe: Natürlich?

Vor allem der Umwelt zuliebe versuchten und versuchen die Hersteller von Wärmepumpen auf sogenannte natürliche Kältemittel zu setzen und auf den Einsatz synthetischer Kältemittel zu verzichten. Natürliche Kältemittel sind solche Stoffe, die auch in der Natur vorkommen. Zum Beispiel:

• reine, nicht halogenierte und chlorierte beziehungsweise fluorierte Kohlenwasserstoffe wie Propan, Propen, Propylen, Butan, die aber brennbar sind,
• Kohlenstoffdioxid,
• Ammoniak,
• Wasser (vorwiegend als Kühlmittel im Einsatz, da sein Gefrierpunkt bei Null Grad Celsius liegt)
• und Luft.

Dennoch muss man feststellen, dass sich natürliche Kältemittel wie die nicht brennbaren Kältemittel Ammoniak, Kohlenstoffdioxid und Wasser wegen des erhöhten technischen Aufwands, den ihr Einsatz bedeutet, in Wärmepumpen auch nicht wirklich durchgesetzt haben. Eine gute Übersicht findet man übrigens hier.

Und was ist jetzt mit dem Frostschutzmittel?

Genau. Das sollte hier unbedingt erwähnt werden, denn sogenannten Erdwärmepumpen (Sole-Wasser-Wärmepumpen) wird mitunter in das klare Wasser (Sondenfluid) Frostschutzmittel gemischt, um es “winterfest” zu machen. Das sei aber nur dann nötig, wenn die Erdwärmepumpe in Standardauslegung betrieben werde. Mit mehr Aufwand und Investition lasse sich jede Erdwärmepumpe auch so individualisiert betreiben, dass Frostschutzmittel unnötig seien. Man müsse dann eventuell tiefer bohren oder mehr Erdwärmesonden verlegen. Mehr dazu könnt Ihr hier lesen.

Foto: kallejipp / photocase.de