Kältemittel

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Kältemittel, ebenso wie Kühlmittel, transportieren Enthalpie (das heißt Wärme) weg von dem Kühlgut und hin zur Umgebung. Der Unterschied ist, dass ein Kältemittel in einem Kältezyklus dies entgegen eines Temperaturgradienten tun kann, so dass die Umgebungstemperatur sogar höher sein darf als die Temperatur des zu kühlenden Gegenstandes, während ein Kühlmittel in einem Kühlzyklus lediglich in der Lage ist, die Enthalpie entlang des Temperaturgradienten zu einer Stelle niedrigerer Temperatur zu transportieren.

Nach DIN EN 378-1 Abs. 3.7.1 ist das Kältemittel definiert als "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." bzw. nach DIN 8960 Abs. 3.1 als "Arbeitsmedium, das in einem Kältemaschinenprozess bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck Wärme aufnimmt und bei höherer Temperatur und höherem Druck Wärme abgibt." Als Zustandsänderung im Sinn der Norm ist meistens eine Änderung der Aggregatzustandes gemeint. In Sonderfällen (Linde-Verfahren) können niedrigere Temperaturen auch ohne Wechsel des Aggregatzustandes erreicht werden (siehe Kältemaschine).

Kältemittel werden in geschlossenen oder offenen Kälteanlagen als Arbeitsmedium eingesetzt. Während bei Kältemitteln im engeren Sinne Wärme durch Verdampfung bei niedrigem Druck und niedriger Temperatur aufgenommen wird, geschieht dies in in einer Kältemischung chemisch durch eine Mischungs- oder Lösungsreaktion. Die Regeneration erfolgt daher bei Kältemitteln durch Verflüssigung (in einem konventionellen Verdichter mit nachfolgendem Verflüssiger), bzw. bei Kältemischungen durch Entmischung (in einem "thermischen Verdichter" einer Absorptionskältemaschine). Die aufgenommene Wärme und die als Wärme umgesetzte Verdichterarbeit werden durch Verflüssigung des Kältemittels an die Umgebung bei hohen Drücken und Temperaturen abgeführt. Wenn Kältemittel bis in den überkritischen Bereich verdichtet werden, entfällt die Verflüssigung.

Das ausgewählte Kältemittel bestimmt wesentliche Parameter einer Kälteanlage:

Zulässige Materialien,
Druckniveau im Verflüssiger und Verdampfer bei den anlagenspezifischen Verflüssigungs- und Verdampfungstemperaturen,
Thermische Belastung aufgrund der auftretenden Verdichtungsendtemperaturen,
Volumetrische Kälteleistung und somit die Dimensionierung von Verdichtern, Apparaten und Rohrleitungen,

Inhaltsverzeichnis

1 Historische Entwicklung
2 Eigenschaften
3 Sicherheitsgruppen, L-Gruppen, Aufstellungsbereiche
4 Üblicherweise verwendete Kältemittel
5 Benennung
- 5.1 Benennung der organischen Kältemittel
- 5.2 Benennung der anorganischen Kältemittel
6 Kurzzeichen
- 6.1 Kurzzeichen der organischen Kältemittel
- 6.2 Kurzzeichen der anorganischen Kältemittel
  - 6.2.1 R7xx Anorganische Verbindungen
7 Leitungskennzeichnung
8 Normen
9 Siehe auch
10 Weblinks

[Bearbeiten] Historische Entwicklung

Als erstes „professionelles“ Kältemittel wurde zunächst Diethylether eingesetzt, dann auch Ammoniak (R717). Ein Nachteil dieser Kältemittel ist jedoch die physiologische Gefährlichkeit (Lungenschäden; bei Diethylether auch Narkosewirkung). Diethylether ist zudem sehr leicht entflammbar und bildet mit Luft ein explosives Gemisch.

Demgegenüber haben die in den 30er Jahren des 20. Jahrhunderts auf den Markt gebrachten Sicherheitskältemittel auf Basis von Halogenkohlenwasserstoffe den Vorteil, dass sie keine direkte Giftigkeit oder Brennbarkeit aufweisen. Durch die Variation der chemischen Zusammensetzung konnte ein breites Spektrum an Eigenschaften erschlossen werden. Gängige kommerzielle Bezeichnungen für diese Halogenkohlenwasserstoffe sind die Begriffe Freon (Fa. DuPont) bzw. Frigen (Fa. Hoechst), gefolgt von den Kürzeln für die jeweiligen chemischen Zusammensetzungen. So stehen z. B. die Bezeichnungen Freon 502 und Frigen 502 für das gleiche Kältemittel, für welches heute firmenneutral das Kurzzeichen R 502 (R für Refrigerant) verwendet wird.

Die in den 80er Jahren nachgewiesene Gefahr der vor allem mit Chlor und Brom halogenierten Kohlenwasserstoffe (FCKW und Halone) ist jedoch, dass sie im wesentlichen für den Ozon-Abbau verantwortlich sind und den Treibhauseffekt verstärken. Ihr Einsatz in Neugeräten wurde daher auf Grundlage der FCKW-Halon-Verbotsverordnung verboten.

Die chlorierten Kohlenwasserstoffe wurden in den 90er Jahren des 20. Jahrhunderts durch eine Vielzahl von fluorierten Kohlenwasserstoffen (FKW) ersetzt. Diese lediglich mit Fluor halogenierten Kohlenwasserstoffe besitzen kein Ozonabbaupotential.

Nichthalogenierte brennbare Kohlenwasserstoffe wie Butan (R600/R600a) oder Propan (R290) werden bislang aufgrund der Brennbarkeit überwiegend in Anwendungsnischen eingesetzt. In Kühl- und Gefrierschränken mit Füllmengen von 50 - 150 g werden in Deutschland fast ausschließlich nichthalogenierte Kohlenwasserstoffe eingesetzt. Größere Kälteanlagen werden wegen der erforderlichen Explosionsschutzmaßnahmen bislang nur selten errichtet.

Daher wird neuerdings auch verstärkt das nichtbrennbare und wenig umweltgefährdende Kohlenstoffdioxid (R744) eingesetzt. Aufgrund der im Vergleich zu den Kohlenwasserstoffverbindungen hohen Systemdrücke sowie der niedrigen kritischen Temperatur sind Neuentwicklungen der kältetechnischen Komponenten erforderlich.

Wasser (R718) ist aufgrund seines Gefrierpunktes nur oberhalb von 0 °C als Kältemittel verwendbar und wird wegen der niedrigen Drücke und somit großvolumiger Anlagen nur in Sonderfällen eingesetzt. Dagegen ist es aufgrund seiner hohen spezifischen Wärmekapazität gut als Kühlmittel geeignet.

Ammoniak (R717) ist ein klassisches natürliches Kältemittel, das vorwiegend in Großanlagen wie Tiefkühlhäusern, Schlachthäusern, Brauereien, zentraler Kälteerzeugung in der Chemie und in Eislaufbahnen zu Einsatz kommt. Es werden auch kompakte Kaltwasserkälteanlagen angeboten, die eine relativ geringe Kältemittelmenge aufweisen, um das Gefahrenpotential zu reduzieren. Allerdings konnten kompakte Ammoniakkälteanlagen nur in geringem Umfang Einsatzbereiche der Kohlenwasserstoff-Kältemittel ersetzen.

[Bearbeiten] Eigenschaften

Kältemittel sollten idealerweise folgende Eigenschaften besitzen:

große spezifische Verdampfungsenthalpie
hohe volumetrische Kälteleistung
großer Wärmeübergangskoeffizient
hohe Wärmeleitfähigkeit
hohe kritische Temperatur
kein Temperaturglide
niedrige Viskosität
nicht brennbar oder explosiv
kein Ozonabbaupotential
kein Treibhauseffekt
nicht giftig
nicht geruchlos
nicht korrosiv
sollten mit dem Schmiermittel kompatibel sein

[Bearbeiten] Sicherheitsgruppen, L-Gruppen, Aufstellungsbereiche

Die Kältemittel sind entsprechend Brennbarkeit und Giftigkeit eingeordnet (EN 378-1 Anh. E) in die Sicherheitsgruppen A1, A2, A3, B1, B2, B3. Die Buchstaben stehen dabei für

A = Geringere Giftigkeit

B = Größere Giftigkeit

die Zahlen für

1 = Keine Flammenausbreitung

2 = Geringere Brennbarkeit

3 = Größere Brennbarkeit.

Zur einfacheren Handhabung werden die Sicherheitsgruppen A1, B1, A2 ... usw. in den sogenannten L-Gruppen L1, L2, L3 (EN 378-1 Abs. 5.4.2) zusammengefasst:

L1 beinhaltet A1

L2 beinhaltet B1, A2, B2

L3 beinhaltet A3, B3

Des Weiteren lassen sich bei Kälteanlagen nach der Art der Aufstellung drei Aufstellungsbereiche A, B, C unterscheiden (EN 378-1 Anh. C):

A = Alle kältemittelführenden Teile in Personen-Aufenthaltsbereich

B = Hochdruckseite der Kälteanlage in Maschinenraum oder im Freien

C = Alle kältemittelführenden Teile in Maschinenraum oder im Freien

Abhängig von der L-Gruppe und dem Aufstellungsbereich gelten Anforderungen an die zulässigen Kältemittelfüllmengen (EN 378-1 Anh. C).

[Bearbeiten] Üblicherweise verwendete Kältemittel

[Bearbeiten] Ammoniak (R717)

Summenformel	NH₃
Spezifische Verdampfungsenthalpie (-10 °C)	ca. 1.300 kJ/kg
Volumetrische Kälteleistung (-10 °C)	ca. 3.100 kJ/m³
Siededruck (-10 °C)	2,91 bar
Siededruck (+20 °C)	8,57 bar
Siedetemperatur (1 bar)	-33 °C
Kritischer Punkt	+132,36 °C / 113,61 bar

Ammoniak besitzt eine sehr große spezifische Verdampfungsenthalpie, die umlaufende Kältemittelmasse ist daher relativ klein. Es bietet darüber hinaus die Vorteile einer äußerst geringen Entflammbarkeit und trägt nicht zu Treibhauseffekt oder Ozonabbau bei (Halbwertszeit in der Atmosphäre ca. 14 Tage). Ein Nachteil ist seine Giftigkeit; Schäden entstehen vor allem durch Verätzung der Lungen und der Augen, da Ammoniak mit Wasser eine basisch reagierende Lösung bildet: NH₃ + H₂O --> NH₄⁺ + OH^- Der stechende Geruch ist allerdings bereits in sehr geringen Konzentrationen (5 ppm), weit unterhalb der maximalen Arbeitsplatzkonzentration (MAK-Wert, 50 ppm), wahrnehmbar. Aufgrund dieser ausgezeichneten Warnwirkung wird Ammoniak trotz seiner physiologischen Gefährlichkeit der Sicherheitsgruppe A2 (geringere Giftigkeit, geringere Brennbarkeit) und damit der L-Gruppe L2 zugeordnet. Ammoniak-Anlagen sind üblicherweise in PN 25 ausgeführt (EN 378-2 Abs. 5.1). Der Installationsaufwand für Ammoniakkälteanlagen ist höher, da im Gegensatz zu Anlagen mit Kohlenwasserstoffen keine Kupferverrohrung eingesetzt werden kann und alle Anlagenteile aus Stahl hergestellt sein müssen.

[Bearbeiten] Kohlendioxid (R744)

Summenformel	CO₂
Spezifische Verdampfungsenthalpie (-10 °C)	ca. 260 kJ/kg
Volumetrische Kälteleistung (-10 °C)	ca. 18400 kJ/m³
Siededruck (-10 °C)	26,49 bar
Siededruck (+20 °C)	57,29 bar
Siedetemperatur (1 bar)	nicht flüssig unterhalb 5,2 bar
Kritischer Punkt	+30,98 °C / 73,77 bar

Kohlendioxid besitzt eine sehr große volumetrische Kälteleistung, das umlaufende Kältemittelvolumen ist daher relativ klein. Auch Kohlendioxid hat den Vorteil, nicht entflammbar zu sein, und trägt nicht zum Ozonabbau bei. Nichtfossiles Kohlendioxid gilt als klimatisch unbedenklich, da es in den biologischen Kreislauf eingebunden ist; dagegen erhöht die Freisetzung von Kohlendioxid aus fossilen Quellen die Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre und fördert damit den Treibhauseffekt. Allerdings ist der Treibhauseffekt um mehr als 1/1000 geringer als bei den üblicherweise verwendeten Fluorkohlenwasserstoffe (R134a, R404a). Im Unterschied zu Ammoniak ist Kohlendioxid nicht giftig; es ist allerdings schwerer als Luft und kann in hohen Konzentrationen erstickend wirken, da es den Luftsauerstoff verdrängt. Zwar prickelt es in höheren Konzentrationen in der Nase, da es mit Wasser Kohlensäure bildet; eine nennenswerte Warnwirkung besteht jedoch nicht, da es geruchlos ist. Kohlendioxid zählt zur Sicherheitsgruppe A1 (geringere Giftigkeit, keine Flammenausbreitung) und damit zur L-Gruppe L1. Einen Nachteil stellen die relativ hohen Betriebsdrücke dar, Kohlendioxid-Anlagen sind daher üblicherweise in PN 40 oder PN 64 ausgeführt (EN 378-2 Abs. 5.1).

[Bearbeiten] Kohlenwasserstoffe

Summenformel	C₂H₂F₄
Spezifische Verdampfungsenthalpie (-10 °C)	ca. 200 kJ/kg
Volumetrische Kälteleistung (-10 °C)	ca. 2100 kJ/m³
Siededruck (-10 °C)	2,01 bar
Siededruck (+20 °C)	5,72 bar
Siedetemperatur (1 bar)	-26,3 °C

Eigenschaften am Beispiel von 1,1,1,2-Tetrafluorethan (R134a); die Eigenschaften anderer Kohlenwasserstoffe können je nach der chemischen Zusammensetzung auch deutlich abweichen.

Kohlenwasserstoffe besitzen typischerweise spezifische Verdampfungsenthalpien in der Größenordnung von 200 kJ/kg. Die Entflammbarkeit kann sehr unterschiedlich sein; so ist zum Beispiel R600 (Butangas) sehr leicht, R13B1 (Löschmittel) dagegen nicht entflammbar. Auch das Ozonabbaupotential und der Treibhauseffekt können sehr unterschiedlich sein. Kohlenwasserstoffe sind schwach bis mäßig giftig; sie wirken fettlösend und greifen die Lungen an. Manche Halogenierten Kohlenwasserstoffe wirken betäubend und werden teilweise als Narkosemittel eingesetzt (vgl. Chloroform (Trichlormethan) CCl₃H). Der Geruch ist schwach bis stark, und lösemittelartig.

Halogenierte Kohlenwasserstoffe zählen zu den L-Gruppen L1 oder L2, nichthalogenierte Kohlenwasserstoffe zu den L-Gruppen L2 oder L3. Kohlenwasserstoffanlagen sind üblicherweise in PN 25 ausgeführt (EN 378-2 Abs. 5.1).

Kohlenwasserstoffe werden eingeteilt in halogenierte Kohlenwasserstoffe und nichthalogenierte Kohlenwasserstoffe. Die gebräuchlichen Abkürzungen bedeuten (EN 378-1 Abs. 3.7.9):

Abkürzung	Bezeichnung	Halogenierung	Enthaltene Elemente
HFCKW	Hydrogen-Fluor-Chlor-Kohlen-Wasserstoff	Teilhalogeniert	H, F, Cl, C
HFKW	Hydrogen-Fluor-Kohlen-Wasserstoff	Teilhalogeniert	H, F, C
FCKW	Fluor-Chlor-Kohlen-Wasserstoff	Vollhalogeniert	F, Cl, C
FKW	Fluor-Kohlen-Wasserstoff	Vollhalogeniert	F, C
KW	Kohlen-Wasserstoff	Nichthalogeniert	H, C

Während Ammoniak, Kohlendioxid und die nichthalogenierten Kohlenwasserstoffe weitgehend umweltverträglich sind, haben die Halogenierten Kohlenwasserstoffe in dieser Hinsicht zwei Nachteile:

Zum einen zerstören die aus den Halogenierten Kohlenwasserstoffen in größeren Höhen unter UV-Einstrahlung freigesetzten Halogene, vor allem das Chlor, die Ozonschicht:

O₃ + Cl → O₂ + ClO

O + ClO → O₂ + Cl

gesamt also

O₃ + O → O₂ + O₂

Chlor wird bei dieser Reaktion also nicht verbraucht, sondern kann immer aufs Neue Ozonmoleküle (O₃) in normale Sauerstoffmoleküle (O₂) umwandeln. Dieser Effekt ist umso ausgeprägter, je geringer die Stabilität und je höher der Chloranteil der Verbindung ist. Je stärker die Ozonschicht geschädigt ist, desto mehr der kurzwelligen UV-Anteile werden bis zur Erdoberfläche durchgelassen. Zahlenmäßig erfassbar wird der Beitrag eines Kältemittels zum Abbau der Ozonschicht durch den ODP-Wert (Ozone Depletion Potential DIN 8960 Tab. 2); dieser ist per Definition für R11 gleich 1,0. Besonders hohe ODP-Werte von bis zu 10 (R13B1) erreichen bromierte Kohlenwasserstoffe; die ODP-Werte der noch zugelassenen Kältemittel liegen alle nahe Null (Ausnahme R22; ODPR22 = 0,055).

Zum anderen tragen Halogenierte Kohlenwasserstoffe ähnlich wie CO₂ zum Treibhauseffekt bei. Dabei wird kurzwellige Strahlung beim Auftreffen auf die Erdoberfläche in langwellige Strahlung umgewandelt, diese wird dann von der Kohlendioxidschicht (bzw. der FCKW- oder Halon-Schicht) reflektiert. Während CO₂ und Kohlenwasserstoffe aus nichtfossilen Quellen jedoch unbedenklich, da in den biologischen Kreislauf eingebunden sind, gilt dies nicht für die künstlich erzeugten und biologisch kaum abbaubaren Halogenierten Kohlenwasserstoffe. Dieser Effekt ist umso ausgeprägter, je höher die Stabilität der Verbindung ist. Zahlenmäßig erfassbar wird der Beitrag eines Kältemittels zum Treibhauseffekt durch den GWP-Wert (Global Warming Potential DIN 8960 Tab. 2); dieser ist per Definition für CO₂ gleich 1,0. Analog dazu wurde speziell für Halogenierte Kohlenwasserstoffe der HGWP-Wert (Halocarbon Global Warming Potential) eingeführt; im Unterschied zum GWP-Wert ist der HGWP-Wert für R11 gleich 1,0. Besonders hohe GWP-Werte von ca. 12000 erreichen R13 und R23; die GWP-Werte der heute üblichen Kältemittel liegen bei ca. 2000 bis 4000.

Aus diesen Gründen wurde 1987 unter Beteiligung von etwa 70 Nationen der Ausstieg aus Herstellung und Verwendung der FCKW beschlossen („Montreal-Protokoll“) und in nationale Bestimmungen übernommen, so für Deutschland durch einen Beschluss des Bundeskabinetts vom 30. Mai 1990 („Verordnung zum Verbot von bestimmten die Ozonschicht abbauenden Halogenierten Kohlenwasserstoffen“ („FCKW-Halon-Verbots-Verordnung“; Halon = bromierter Kohlenwasserstoff). Die FCKW wurden in der Folge durch andere Halogenierte Kohlenwasserstoffe ersetzt, in denen die Chloratome teilweise, wie in den HFCKW oder ganz, wie in den HFKW, FKW und KW, durch Fluor- oder Wasserstoffatome ausgetauscht sind. Für die chemischen Eigenschaften der einzelnen Zusammensetzungen gilt dabei generell, dass die Verbindung durch einen hohen Wasserstoffanteil brennbar, durch einen hohen Chloranteil giftig und durch einen hohen Fluoranteil stabil wird.

Um die alten FCKW-Anlagen unter möglichst gleichen Bedingungen weiterbetreiben zu können, sollten die als Ersatzkältemittel verwendeten HFCKW, HFKW, FKW und KW möglichst gleiche physikalische Eigenschaften aufweisen, was sich in manchen Fällen nur mit Mischungen erreichen lässt. Diese Mischungen werden nach ihrem Siedeverhalten in zeotrope und azeotrope Gemische unterteilt (DIN 8960 Abs. 3.6): Zeotrope (= nichtazeotrope) Gemische haben einen Siedebereich (= Temperaturglide, Differenz zwischen Siede- und Taupunkttemperatur bei konstantem Druck), und entmischen sich beim Sieden, Flüssigkeit und Dampf haben also unterschiedliche Zusammensetzungen. Azeotrope Gemische haben einen Siedepunkt und entmischen sich nicht beim Sieden, Flüssigkeit und Dampf haben also die gleiche Zusammensetzung

[Bearbeiten] Benennung

Die allgemeine Benennung der Kältemittel (DIN 8960 Abs. 6) erfolgt durch den Buchstaben R und nachfolgend drei (Sonderfälle: Zwei oder vier) Ziffern z, also in der Form Rzzz, unter Umständen auch mit angehängten Buchstaben b in der Form eines Kurzzeichens Rzzzbb.

Das „R“ steht für Refrigerant.

Die Ziffernfolge „zzz“ lässt Rückschlüsse auf die Summenformel zu. Die dritte Ziffer von links ergibt die Gruppenzuordnung.

Die Buchstabenfolge „bb“ bezeichnet Variationen in der Strukturformel.

[Bearbeiten] Benennung der organischen Kältemittel

Die Benennung der organischen Kältemittel erfolgt nach dem Schema (DIN 8960 Abs. 6.1)

R c – 1 h + 1 f;

Die erste Ziffer ist um 1 kleiner als die Anzahl c der Kohlenstoffatome,

die zweite Ziffer ist um 1 größer als die Anzahl h der Wasserstoffatome, und

die dritte Ziffer ist gleich der Anzahl f der Fluoratome je Molekül;

die Anzahl der Chloratome ist gleich der Anzahl der restlichen Bindungen.

Ein Molekül des Kältemittels R123 zum Beispiel besteht daher aus

c = 1 + 1 = 2 Kohlenstoffatomen,

h = 2 – 1 = 1 Wasserstoffatomen und

f = 3 Fluoratomen;

die zwei restlichen Bindungen werden durch zwei Chloratome aufgefüllt. Die Summenformel ist demnach C₂HF₃Cl₂, es handelt sich also um Trifluordichlorethan.

Sonderfälle

Falls die Anzahl c der Kohlenstoffatome 1 ist, ist c - 1 = 0. Die erste Ziffer wird in diesem Fall nicht ausgeschrieben, und nach dem Buchstaben R folgen unmittelbar die zweite und die dritte Ziffer. Das Kältemittel R22 (eigentlich R022) zum Beispiel besteht daher aus

c = 0 + 1 = 1 Kohlenstoffatomen,

h = 2 – 1 = 1 Wasserstoffatomen und

f = 2 Fluoratomen;

die eine restliche Bindung wird durch ein Chloratom aufgefüllt. Die Summenformel ist also CHF₂Cl, es handelt sich also um Difluorchlormethan.

Falls die Verbindung Brom enthält, wird der Benennung der Großbuchstabe B angefügt, gefolgt von der Anzahl der Bromatome. Das Kältemittel R13B1 zum Beispiel besteht aus

c = 0 + 1 = 1 Kohlenstoffatomen,

h = 1 – 1 = 0 Wasserstoffatomen und

f = 3 Fluoratomen;

die eine restliche Bindung wird durch ein Bromatom aufgefüllt (Die Anzahl evt. vorhandener Chloratome wird um die Anzahl der Bromatome verringert). Die Summenformel ist demnach CF₃Br, es handelt sich also um Trifluorbrommethan.

Falls es sich um eine ungesättigte organische Verbindung handelt, wird vor die erste Ziffer noch eine 1 eingefügt. Das Kältemittel R1150 zum Beispiel besteht daher als

c = 1 + 1 = 2 Kohlenstoffatomen,

h = 5 – 1 = 4 Wasserstoffatomen und

f = 0 Fluoratomen;

die eine restliche Bindung ist Teil der Doppelbindung. Die Summenformel ist also C₂H₄, es handelt sich also um Ethen.

Falls es sich um zyklische Kohlenwasserstoffe handelt, wird dem Buchstaben R noch ein C angefügt. So wird zum Beispiel Cyclooctafluorbutan, Summenformel C₄F₈, als RC318 bezeichnet.

Da lediglich die Ziffern 0 bis 9 zur Verfügung stehen, funktioniert dieses Schema nur bis zu Kohlenwasserstoffen mit maximal 8 Wasserstoffatomen je Molekül.

Für Butan, Summenformel C₄H₁₀, mit seinen 10 Wasserstoffatomen zum Beispiel ist also ein anderes Schema erforderlich; es wird daher unter der Gruppe R6xx geführt (DIN 8960 Abs. 6.3.1).

Angehängte Kleinbuchstaben werden bei den Verbindungen mit zwei oder mehr Kohlenstoffatomen verwendet, um Isomere zu unterscheiden (DIN 8960 Abs. 3.5 und 6.1). Je alphabetisch höher der oder die angehängten Buchstaben, desto größer die Asymmetrie des Isomers. Bei Verbindungen mit zwei Kohlenstoffatomen bekommt das symmetrischste Isomer dabei keinen angehängten Buchstaben; so ist zum Beispiel

R134 1,1,2,2-Tetrafluorethan,

R134a dagegen 1,1,1,2-Tetrafluorethan.

Bei Verbindungen mit drei Kohlenstoffatomen (Propan-Derivate) werden zwei Kleinbuchstaben zur Bezeichnung des Isomers benötigt. Der erste Buchstabe bezieht sich dann auf das zentrale Kohlenstoffatom und wird in der Reihenfolge absteigender Masse der Substituenten (H, F und Cl) vergeben:

a	b	c	d	e	f
-CCl₂-	-CClF-	-CF₂-	-CHCl-	-CHF-	-CH2-

Der zweite Buchstabe bezeichet auch hier die Asymmetrie des Isomers, d. h. wird nach steigender Massendifferenz zwischen den Substituenten an den terminalen Kohlenstoffatomen vergeben; das symmetrischste Isomer erhält den Buchstaben a (im Gegensatz zur Bezeichnungsweise bei den Ethan-Derivaten, bei denen das symmetrischste Isomer keinen Buchstaben erhält).

Zeotrope Gemische von Kohlenwasserstoffen werden unter R4xx, azeotrope Gemische von Kohlenwasserstoffen unter R5xx zusammengefasst (DIN 8960 Abs. 6.2). Die beiden letzten Ziffern bezeichnen die qualitative Zusammensetzung; angehängte Buchstaben werden hier verwendet, um unterschiedliche Mischungsverhältnisse zu kennzeichnen.

[Bearbeiten] Benennung der anorganischen Kältemittel

Die Benennung der Anorganischen Verbindungen erfolgt nach dem Schema ( DIN 8960 Abs. 6.3.2)

R 7zz

Die erste Ziffer, 7, bezeichnet die Gruppe der Anorganischen Verbindungen; die beiden folgenden Ziffern geben die Molmasse an. Das Kältemittel R717, NH₃, hat zum Beispiel eine Molmasse von 17 g.

Angehängte Buchstaben werden verwendet, um Isobare zu unterscheiden. So ist zum Beispiel Kohlendioxid R744; für das neue Kältemittel Stickoxydul ist die Bezeichnung R744A in der Diskussion. Da ein Mol eines beliebigen Gases unter Normbedingungen (0 °C und 1,013 bar) ein Volumen von etwa 22,4 l = 0,0224 m³ beansprucht, ergibt sich aus der Molmasse die Normdichte des gasförmigen Kältemittels:

Normdichte (in kg/m³) = Molmasse (in kg) / 0,0224 m³

Bei den Anorganischen Verbindungen ergibt sich die Molmasse in g direkt aus den beiden letzten Ziffern der Benennung, bei den Kohlenwasserstoffen der Gruppen R xx, R1xx, R2xx und R3xx aus der Summenformel. So hat zum Beispiel R143 mit der Summenformel C₂H₃F₃ die Molmasse

2 · 12 g (C) + 3 · 1 g (H) + 3 · 19 g (F) = 65 g (C₂H₃F₃)

und damit die Normdichte

65 g / 0,0224 m³ = 0,065 kg / 0,90224 m³ = 2,902 kg/m³

Die hohe Molmasse von Brom, immerhin 80 g, bewirkt, dass bromierte Kohlenwasserstoffgase eine relativ hohe Dichte aufweisen und somit rasch die Luft aus der Bodennähe verdrängen. Bromierte Kohlenwasserstoffe wurden daher unter der Bezeichnung „Halon“ vor allem zur Brandbekämpfung eingesetzt.

Zum Erstellen der Summen- und der Strukturformeln müssen natürlich die Wertigkeiten der Elemente, d. h. die Anzahl der Bindungen, welche von einem Atom ausgehen, bekannt sein.

[Bearbeiten] Kurzzeichen

[Bearbeiten] Kurzzeichen der organischen Kältemittel

[Bearbeiten] R xx Kohlenwasserstoffe mit 1 Kohlenstoffatom

R 11	CFCl₃	Fluortrichlormethan	FCKW
R 12	CF₂Cl₂	Difluordichlormethan	FCKW
R 12B1	CF₂ClBr	Difluorchlorbrommethan	FCKW
R 13	CF₃Cl	Trifluorchlormethan	FCKW
R 13B1	CF₃Br	Trifluorbrommethan	FCKW
R 14	CF₄	Tetrafluormethan	FKW
R 22	CHF₂Cl	Difluorchlormethan	HFCKW
R 23	CHF₃	Trifluormethan	HFKW
R 30	CH₂Cl₂	Dichlormethan
R 31	CH₂FCl	Fluorchlormethan	HFCKW
R 32	CH₂F₂	Difluormethan	HFKW
R 40	CH₃Cl	Chlormethan
R 50	CH₄	Methan	KW

[Bearbeiten] R1xx Kohlenwasserstoffe mit 2 Kohlenstoffatomen

R111	C₂FCl₅	Fluorpentachlorethan	FCKW
R112	C₂F₂Cl₄	Difluortetrachlorethan	FCKW
R113	C₂F₃Cl₃	1,1,2-Trifluor-1,2,2-trichlorethan	FCKW
R114	C₂F₄Cl₂	1,1,2,2-Tetrafluor 1,2-dichlorethan	FCKW
R115	C₂F₅Cl	Pentafluorchlorethan	FCKW
R116	C₂F₆	Hexafluorethan	FKW
R122	C₂HF₂Cl₃	Difluortrichlorethan	HFCKW
R123	C₂HF₃Cl₂	1,1,1-Trifluor-2,2-Dichlorethan	HFCKW
R124	C₂HF₄Cl	Tetrafluorchlorethan	HFCKW
R125	C₂HF₅	Pentafluorethan	HFKW
R131	C₂H₂FCl₃	Fluortrichlorethan	HFCKW
R132	C₂H₂F₂Cl₂	Difluordichlorethan	HFCKW
R133	C₂H₂F₃Cl	Trifluorchlorethan	HFCKW
R134	C₂H₂F₄	1,1,2,2-Tetrafluorethan	HFKW
R134a	C₂H₂F₄	1,1,1,2-Tetrafluorethan	HFKW
R141	C₂H₃FCl₂	1-Fluor-1,2-dichlorethan	HFCKW
R141b	C₂H₃FCl₂	1-Fluor-1,1-dichlorethan	HFCKW
R142	C₂H₃F₂Cl	1,2-Difluor-1-chlorethan	HFCKW
R142b	C₂H₃F₂Cl	1,1-Difluor-1-chlorethan	HFCKW
R143	C₂H₃F₃	1,1,2-Trifluorethan	HFKW
R143a	C₂H₃F₃	1,1,1-Trifluorethan	HFKW
R1130	C₂H₂Cl₂	1,2-Dichlorethen (früher: 1,2-Dichlorethylen)
R1150	C₂H₄	Ethen (früher: Ethylen)	KW
R151	C₂H₄FCl	Fluorchlorethan	HFCKW
R152a	C₂H₄F₂	1,1-Difluorethan	HFKW
R160	C₂H₅Cl	Chlorethan
R170	C₂H₆	Ethan	KW

[Bearbeiten] R2xx Kohlenwasserstoffe mit 3 Kohlenstoffatomen

R211	C₃ Cl₇F	Fluorheptachlorpropan	FCKW
R212	C₃ Cl₆F₂	Hexachlordifluorpropan	FCKW
R213	C₃ Cl₅F₃	Pentachlortrifluorpropan	FCKW
R214	C₃ Cl₄F₄	Tetrachlortetrafluorpropan	FCKW
R215	C₃ Cl₃ F₅	Trichlorpentafluorpropan	FCKW
R216	C₃ Cl₂F₆	Dichlorhexafluorpropan	FCKW
R217	C₃ ClF₇	Chlorheptafluorpropan	FCK
R218	C₃ F₈	Octafluorpropan	FKW
R221	C₃ HFCl₆	Fluorhexachlorpropan	HFCKW
R222	C₃ HF₂Cl₅	Difluorpentachlorpropan	HFCKW
R223	C₃ HF₃ Cl₄	Trifluortetrachlorpropan	HFCKW
R224	C₃ HF₄Cl₃	Tetrafluortrichlorpropan	HFCKW
R225	C₃ HF₅Cl₂	Pentafluordichlorpropan	HFCKW
R225ca	C₃ HF₅Cl₂	1,1,1,2,2-Pentafluor-3,3-dichlorpropan	HFCKW
R225cb	C₃ HF₅Cl₂	1,1,2,2,3-Pentafluor-1,3-dichlorpropan	HFCKW
R227ea	C₃ HF₇	1,1,1,2,3,3,3-Heptafluorpropan	HFKW
R236fa	C₃ H₂F₆	1,1,1,3,3,3-Hexafluorpropan	HFKW
R245	C₃ H₃F₅	Pentafluorpropan	HFKW
R1270	C₃ H₆	Propen (früher: Propylen)	KW
R290	C₃ H₈	Propan	KW

[Bearbeiten] R3xx Kohlenwasserstoffe mit 4 Kohlenstoffatomen

RC318

C₄F₈

Cyclooctafluorbutan

FKW

[Bearbeiten] R4xx Zeotrope Gemische von Kohlenwasserstoffen

R401A   53,0 %     R22
        13,0 %     R152a
        34,0 %     R124

R401B   61,0 %     R22
        11,0 %     R152a
        28,0 %     R124

R401C   33,0 %     R22
        15,0 %     R152a
        52,0 %     R124

R402A   60,0 %     R125
        2,0 %      R290
        38,0 %     R22

R402B   38,0 %     R125
        2,0 %      R290
        60,0 %     R22

R403A   75,0 %     R22
        20,0 %     R218
        5,0 %      R290

R403B   56,0 %     R22
        39,0 %     R218
        5,0 %      R290

R404A   44,0 %     R125
        4,0 %      R134a
        52,0 %     R143a

R405A   45,0 %     R22
        7,0 %      R152a
        5,5 %      R142b
        42,5 %     RC318

R406A   55,0 %     R22
        41,0 %   R142b
         4,0 %     R600a

R407A   20,0 %     R32
        40,0 %     R125
        40,0 %     R134a   

R407B   10,0 %     R32
        70,0 %     R125
        20,0 %     R134a

R407C   23,0 %     R32
        25,0 %     R125
        52,0 %     R134a   

R408A   7,0 %      R125
        46,0 %     R143a
        47,0 %     R22

R409A   60,0 %     R22
        25,0 %     R124
        15,0 %     R142b

R409B   65,0 %     R22
        25,0 %     R124
        10,0 %     R142b
        
R410A   50,0 %     R32
        50,0 %     R125

R410B   45,0 %     R32
        55,0 %     R125

R412A   70,0 %     R22
        5,0 %      R218
        25,0 %     R142b

R413A   88,0 %     R134a
        9,0 %      R218
        3,0 %      R600a

[Bearbeiten] R5xx Azeotrope Gemische von Kohlenwasserstoffen

R500    73,8 %     R12
        26,2 %     R152a

R501    25,0 %     R12
        75,0 %     R22

R502    48,8 %     R22
        51,2 %     R115

R503    59,9 %     R13
        40,1 %     R23

R507    50,0 %     R125
        50,0 %     R143a

R508A   39,0 %     R23
        61,0 %     R116

R508B   46,0 %     R23
        54,0 %     R116

R509A   44,0 %     R22
        56,0 %     R218

[Bearbeiten] R6xx Sonstige

R600	C₄H₁₀	N-Butan	KW
R600a	C₄H₁₀	I-Butan	KW
R611	C₂H₄O₂	Ethansäure

[Bearbeiten] Kurzzeichen der anorganischen Kältemittel

[Bearbeiten] R7xx Anorganische Verbindungen

R717	NH₃	Ammoniak
R718	H₂O	Wasser
R723		azeotropes Gemisch aus 60,0 Ma% Ammoniak und 40,0 Ma% Dimethylether
R744	CO₂	Kohlendioxid
R744A	N₂O	Distickstoffmonoxid (veraltet: Stickoxydul)
R764	SO₂	Schwefeldioxid

[Bearbeiten] Leitungskennzeichnung

Die Kennzeichnung der Leitungen in einer Kälteanlage erfolgt allgemein durch einseitig zugespitzte, farbige Schilder (DIN 2405). Die Spitze gibt dabei die Durchflussrichtung an, die Grundfarbe die Art des Mediums.

Bei brennbaren Kältemitteln ist die Spitze rot.

Bei Kältemitteln befinden sich hinter der Spitze einer oder mehrere Querstreifen.

Die Querstreifenfarbe gibt den Zustand des Kältemittels an.

Die Anzahl der Querstreifen steht für die Zahl der jeweiligen Stufe der Kälteanlage. Ausgegangen wird dabei von der Stufe tiefster Temperaturen: Primärkreis = 1. Stufe, Sekundärkreis = 2. Stufe usw..

Zuordnung der Grundfarben und Querstreifenfarben zu Art und Zustand des Mediums:

Art des Mediums	Grundfarbe	Zustand des Mediums	Querstreifenfarbe
Sole	violett RAL 4001	flüssig
Flüssiges Kühlgut	braun RAL 8001	flüssig
Luft	blau RAL 5009	gasförmig
Vakuum	grau RAL 7002	(Vakuum)
Wasser	grün RAL 6010	flüssig
Wasserdampf	rot RAL 3003	gasförmig
Kältemittel	gelb RAL 1012	kalt, gasförmig	blau RAL 5009
Kältemittel	gelb RAL 1012	heiß, gasförmig	rot RAL 3003
Kältemittel	gelb RAL 1012	flüssig	grün RAL 6010

[Bearbeiten] Normen

EN 378-1 (2000) Kälteanlagen und Wärmepumpen; Sicherheitstechnische und umweltrelevante Anforderungen - Teil 1: Grundlegende Anforderungen, Definitionen, Klassifikationen und Auswahlkriterien

[Bearbeiten] Siehe auch

Thermodynamik, Wärmepumpe, Kältemaschine, Kühlschrank

[Bearbeiten] Weblinks

Fachportal für Kältetechnik

Von „http://de.wikipedia.org../../../k/%C3%A4/l/K%C3%A4ltemittel.html“

Kategorien: Kälte | Kältetechnik