Gesetzliche Anforderungen und technische Voraussetzungen fordern modernen Kältemitteln einiges ab. Denn die Medien sollen thermodynamisch optimal, nicht toxisch, nicht brennbar und am besten auch nicht klimaschädlich sein. Ein Mittel, das all diese Vorgaben erfüllt, ist CO2. Als Kältemittel R-744 kommt es in zahlreichen Bereichen zum Einsatz. Es bietet viele Vorteile, stellt aber auch einige Bedingungen an Anlage, Betrieb und Wartung. Was CO2 als Kältemittel auszeichnet und worauf bei der Anwendung zu achten ist, darüber informieren die folgenden Abschnitte.
Themen im Überblick
CO2 als Kältemittel: Hervorragende Eigenschaften im Überblick
Geht es bei Diskussionen um das Klima, ist Kohlendioxid in allen Bereichen zu vermeiden. Eine der wenigen Ausnahmen findet sich im Kälte- und Klimasektor. Denn als Kältemittel hat CO2 hervorragende Eigenschaften. Es ist natürlich, nicht giftig, nicht brennbar und zudem mit ausgezeichneten thermodynamischen Werten ausgestattet. Dazu gehören neben dem guten Wärmeübergangskoeffizienten Eigenschaften, wie ein hoher Energieinhalt, eine geringe Viskosität und eine hohe volumetrische Kälteleistung. Kommt CO2 als Kältemittel R-744 zum Einsatz, profitieren Anlagenbetreiber daher von hohen Leistungen bei kompakten Baugrößen.
Die wichtigsten Vorteile im Überblick:
- niedriger GWP von eins
- sehr geringe Viskosität
- hohe volumetrische Kälteleistung
- guter Wärmeübergangskoeffizient
- hohes Energiespeichervermögen
- kommt mit Druckverlusten zurecht
Steckbrief: Technische Daten von Kohlendioxid (R-744)
Die folgende Tabelle stellt die technischen Daten von CO2 als Kältemittel im Überblick zusammen.
| Kriterium | Eigenschaft von R-744 |
|---|---|
| Name, chemische Zusammensetzung | Kohlendioxid (CO2) |
| ASHRAE-Name | R-744 |
| Erscheinung | unsichtbar, geschmacklos, geruchlos |
| Wirkung | nicht brennbar, nicht giftig, kann erstickend wirken |
| Reaktion | reagiert mit Ammoniak zu Ammoniumcarbonat (Hirschhornsalz; Bildung von Ablagerungen), reagiert mit Wasser zu Kohlensäure (H2CO3; korrodierende Wirkung) |
| Molmasse | 44 g/mol |
| Siedepunkt | – 78,5 °C bei 101,3 kPa |
| Kritische Temperatur | 31 °C |
| Dichte (flüssig) | 1092 kg/m³ bei 20 °C |
| Ozonabbaupotenzial (ODP) | 0 |
| Treibhauspotenzial (GWP) | 1 |
| Sicherheitsklasse | A1 (nach ASHRAE) |
Einsatzbereiche vom Kältemittel CO2 in vielen Bereichen
Durch seine hervorragenden Eigenschaften kommt CO2 als Kältemittel heute in zahlreichen Bereichen zum Einsatz. So zum Beispiel in Fahrzeugen, bei der Gewerbekühlung oder in der Industrie. Darüber hinaus spielt R-744 auch in Wärmepumpen, insbesondere in Großwärmepumpen, seine Vorteile aus. Das Einsatzfeld erstreckt sich dabei über einen Bereich von etwa 20 bis minus 40 Grad Celsius. Ob es bei Kälte- und Klimaanlagen um direkte Verdampfer, überflutete Verdampfer geht, spielt dabei in der Regel keine Rolle.
Die Einsatzbereiche im Überblick:
- Kfz-Klimaanlagen
- Gewerbekälte
- Industriekälte
- Wärmepumpen
- Kaltwassersätze
CO2 als Kältemittel: Diese Punkte sind bei R-744 zu beachten
Trotz hervorragender Eigenschaften gibt es einige Punkte zu beachten, wenn Kälte- und Klimaanlagen mit dem Kältemittel R-744 arbeiten. Diese beziehen sich vor allem auf die Planung, die Befüllung und die Wartung von Kälteanlagen.
Schon bei der Planung mögliche Stoffreaktionen beachten
Damit der Betrieb von Klima- und Kälteanlagen mit dem Kältemittel R-744 reibungslos funktioniert, ist bereits bei der Planung einiges zu beachten. Das betrifft zum Beispiel ungewollte Reaktionen mit Stoffen wie Ammoniak oder Wasser. Zur Reaktion mit NH3 könnte es zum Beispiel in Kaskaden-Anlagen kommen. Vermischen sich beide Stoffe, entsteht unter Umständen Ammoniumcarbonat (Hirschhornsalz). Dieses setzt sich in der Anlage ab und führt teilweise zu schweren Schäden. Ähnlich verhält es sich, wenn das Kältemittel CO2 mit Wasser in Kontakt kommt. Denn dann reagiert es zu Kohlensäure, die zur Korrosion wesentlicher Bauteile der Kälteanlage führen kann.
R-744 sicher und ohne Trockeneisbildung in Anlagen einfüllen
Beim Befüllen und Entleeren ist außerdem eine Besonderheit von flüssigem Kohlendioxid zu berücksichtigen: Entspannt der Stoff in kurzer Zeit sehr stark, entsteht Trockeneis. Vor allem beim Ein- oder Nachfüllen des Mediums führt das unter Umständen zu Verstopfungen und Schäden. Vermeiden lassen sich diese, indem Fachhandwerker zunächst den Anlagendruck anheben, bevor sie größere Mengen des Kältemittels R-744 flüssig einfüllen.
Übrigens:
Eine sichere Befüllung ermöglichen Gasflaschen mit Doppelventil. Diese lassen zunächst Gas aus dem oberen Behälterbereich entweichen. Ist der Druck hoch genug, ermöglichen sie dann die Befüllung mit flüssigem Kohlendioxid über ein Steigrohr.
Druckbereiche in Gasflaschen und Kälteanlagen beachten
Während die Erstbefüllung mit CO2 als Kältemittel wie oben beschrieben sicher funktioniert, ist beim Nachfüllen der Anlagendruck zu beachten. Letzterer darf unter keinen Umständen höher sein als der Flaschendruck. Andernfalls könnte das Medium aus der Anlage in die Gasflasche zurückdrücken. Es würde letztere mit Ölen und anderen Stoffen verunreinigen oder diese sogar zum Bersten bringen. Abhilfe schaffen Druckminderer, die einen Druckbereich von null bis 40 bar abdecken. Zudem ist es wichtig, die Druckwerte ständig und insbesondere vor Arbeiten an der Anlage zu beobachten.
Wichtig zu wissen:
Öffnen Sie eine unter Druck stehende Kälteanlage, entspannt sich das ausgetretene Kältemittel CO2. Es bildet sich Trockeneis mit einer Temperatur von etwa -78,5 Grad Celsius und gefährliche Verbrennungen können die Folge sein.
Begrenzte Füllmengen reduzieren die Unfallgefahr bei Leckagen
Auch wenn CO2 als Kältemittel nicht giftig ist, kann es der Gesundheit doch ernsthaft schaden. Denn das Gas ist schwerer als Luft. Es verdrängt diese aus der Atmosphäre und kann die Atmung erschweren oder sogar verhindern. Um dem entgegenzuwirken, ist die Füllmenge bei der Aufstellung in geschlossenen Räumen zu begrenzen. Die DIN EN 378 gibt einen Wert von 0,07 Kilogramm pro Kubikmeter Rauminhalt vor. Das heißt: Steht eine Anlage mit CO2 als Kältemittel in einem 125 m³ großen Raum (10 x 5 x 2,5 Meter), dürfen sich im entsprechenden Anlagenteil nicht mehr als 87,50 Kilogramm Kältemittel befinden (0,7 kg/m³ x 125 m³ = 87,50 kg).
Kältemittel R-744 kaufen: Lieferformen, Reinheit und Preise
Wer Kohlendioxid kaufen möchte, wählt in der Regel Stoffe mit einer hohen Reinheit. Verfügbar sind diese in Gasflaschen und Gasflaschenbündeln verschiedener Größe, wie die folgende Übersicht zeigt:
- 10 kg Gasflasche mit CO2 als Kältemittel für kleinere Anlagen (Befüllung als Gas auch ohne Tauchrohr möglich)
- 33 Liter Gasflaschen mit Doppel-Ventil-Anschluss für mittlere Anlagen (zur Druckerhöhung mit Gas und zur schnellen Befüllung mit flüssigem Kohlendioxid ohne Trockeneisbildung über ein Tauchrohr)
- Gasflaschenbündel mit zwölf 50-Liter Gasflaschen für größere Kohlendioxid-Kälteanlagen (etwa ein Drittel ohne Tauchrohr zur Druckerhöhung mit Gas und zwei Drittel zur schnellen Befüllung mit flüssigem Kohlendioxid ohne Trockeneisbildung über ein Tauchrohr)
Die Flüssigentnahme erfolgt dabei durch den hohen Druck in der Regel ohne Druckminderer. Voraussetzung ist, dass der entsprechende Anlagendruck hergestellt ist.
Preise für CO2 als Kältemittel hängen von der Flaschenart ab
Wie viel R-744 kosten kann, hängt in der Praxis davon ab, welche Mengen Sie beziehen. Auch die Art des Bezugs (Kauf-/Mietflasche) spielt eine große Rolle. Kaufen Sie CO2 als Kältemittel in Gasflaschen, kosten diese etwa 150 bis 200 Euro (10 kg) bzw. 400 bis 500 Euro (33 Liter Gasflaschen). Während Gasflaschenbündel teurer sind, gibt es bloße Füllungen für geringere Kosten. Eine verbindliche Antwort erhalten Sie dazu aus einem individuellen Angebot.
FAQ: Häufig gestellte Fragen zu CO2 als Kältemittel
Was zeichnet CO2 als Kältemittel aus?
Kohlendioxid hat Eigenschaften, die vor allem in der Klima- und Kältetechnik von großem Vorteil sind. Dazu gehört eine niedrige Viskosität. Der Stoff hat eine hohe volumetrische Kälteleistung und erlaubt dadurch den Bau leistungsstarker, aber kompakter Anlagen. Von Vorteil ist darüber hinaus der sehr geringe GWP von Eins, durch den CO2 als Kältemittel wesentlich umweltschonender ist als synthetische Alternativen.
Ist Kohlendioxid für Kälteanlagen giftig?
Der Stoff ist nicht giftig und nicht brennbar. Er hat allerdings eine höhere Dichte als Luft, wodurch er diese in der Atmosphäre verdrängt. Kommt es in der Praxis dazu, dass sich das geruchlose und nicht sichtbare Gas ausbreitet, kann das zum Ersticken führen. Begrenzte, vom Rauminhalt abhängige Füllmengen, beugen dem jedoch vor.
Wo kommt R-744 in der Praxis zum Einsatz?
Als Kältemittel kommt CO2 unter anderem in der Fahrzeug-Klimatisierung zum Einsatz. Es eignet sich für gewerbliche sowie industrielle Kälteanlagen und lässt sich auch in Wärmepumpen nutzen.
Worauf ist bei der Planung von CO2-Kälteanlagen zu achten?
Kohlendioxid reagiert mit Stoffen wie Ammoniak und Wasser. Zu ersterem kann es in Misch-/Kaskadenanlagen kommen. Verbinden sich beide Stoffe, entsteht Ammoniumcarbonat (Hirschhornsalz), das Anlagenschäden verursachen kann. Zusammen mit Wasser bildet sich zudem Kohlensäure. Diese wirkt korrodierend auf wesentliche Anlagenteile.
Was ist beim Befüllen und Entleeren zu beachten?
Beim Befüllen, Nachfüllen und Entleeren des Kältemittels CO2 ist auf Druck- und Aggregatzustände zu achten. Denn beim schnellen Entspannen von flüssigem Mittel bildet sich Trockeneis. Das verstopft die Anlage beim Befüllen und führt beim unsachgemäßen Entleeren zu schweren Verbrennungen auf der Haut. Sicherer ist es, erst den Druck zu heben oder zu senken, bevor Sie flüssiges CO2 einfüllen oder Anlagenteile öffnen. Beim Befüllen mit Gas ist außerdem ein Druckminderer (0 bis 40 bar) erforderlich, um das Zurückdrücken von Kohlendioxid zu verhindern (Gefahr der Verunreinigung und des Berstens). Bei der flüssigen Befüllung ist ein Druckminderer nicht zu empfehlen.
