Wärmepumpen 2

• DIN EN 378-1
• Fluid, dass zur Wärmeübertragung in einer Kälteanlage eingesetzt wird un ddas bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck Wärme aufnimmt und bei höherer Temperatur und höherem Druck Wärme abgibt, wobei üblicherweise Zustandsänderungen des Fluids erfolgen

• DIN 8960
• Arbeitsmedium, das in einem Kältemaschinenprozess bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck Wärme aufnimmt und bei höherer Temperatur und höherem Druck Wärme abgibt.

• Große spezifische Verdampfungsenthalpie 
• Beständigkeit
• kein oder wenig Treibhauseffekt
• hohe Wärmeleitfähigkeit
• chemisch stabil
• kein Ozonabbaupotential

• ggf. zu beurteilen: 
• brennbar? 
• toxisch/ätzend?
• korrosiv? 
• Schmierstoff vs. Ölfrei? 
• Temperaturglide beim Phasenwechsel?

• HFCKW: teilw. verboten da chlorhaltig, Ozonabbaupotential
•  --> R22, R123, R124
• HFKW: erhöhtes GWP 
• --> Einstoff: R134a, R125, R32
• -->Gemisch: R404A, R507A, R410A

• Low GWP Kältemittel: im Trend
• --> R1234yf, R1234ze

• halogenfreie Kältemittel: im Trend
• -->Einstoff: R290, NH3, R170
• -->Gemisch: R600a/R290; R290/R170; R723

• FCKW: vollhalogenierter Kohlenwasserstoff der Chlor, Fluor und Kohlenstoff enthält 
• HFCKW: teilhalogenierter Kohlenwasserstoffe, der Wasserstoff, Chlor, Fluor und Kohlenstoff enthält 
• HFKW: teilhalogenierter Kohlenwasserstoff, der nur Wasserstoff, Fluor und Kohlenstoff enthält 
• FKW: Kohlenwasserstoff, der nur Fluor und Kohlenstoff enthält 
• KW: Kohlenwasserstoff, der nur Wasserstoff und Kohlenstoff enthält

• R vorneweg "Refrigerant"
• organische Reinstoffe: bei HFCKW/HFKW R-Nummer aus Molekülstruktur
• Kältemittelgemische: in 400er und 500er eihen
• Anorganische Kältemittel: 700er Reihe; Summe relative Molekülmasse+700
• Sonderbenennungen: 600er und 1200er Reihe

• Buchstaben zeigen Unterschiede in Symmetrie des Molekülaufbaus: 
• Isomere: nachgestellte Buchstaben a, b, c...zunehmende Entfernung von Symmetrie

• Aufbau: 3 C-Atome, 1 Doppelbindung
• R12xx

• niedriger GWP durch schneller Zerfall der Doppelbindung
• Beim Zerfall bildet sich Trifluoressigsäure
• -->wassergefährdend und hochmobil
• -->gelangt ins Grundwasser
• -->noch nicht möglich TFA aus Wasserkreislauf zu holen 

• R1234ze: 1,3,3,3 Tetrafluorpropen CF₃CH=CHF
• -->molare Masse: 114 g/mol
• -->kritischer Punkt: 109,4°C/36,4bar
• -->Normalsiedepunkt: -18,95°C

• R1234yf: (Ersatz R134)
• -->2,3,3,3 Tetrafluorpropen CF₃CF=CH₂
• -->molare Masse: 144 g/mol
• -->kritischer Punkt: 94,7°C / 33,8bar
• -->Normalsiedepunkt: -29°C

• R134a: tiefer Siedepunkt 
• R407C: Gemisch (23% R32, 25% R125, 52% R134a) 
• R290: Propan
• R717: Ammoniak
• R410A: Gemisch (50% R32, 50% R125)
• R744: CO2 (GroßWP, hohe Drücke notw.)
• R1270: Propen
• R1234yf/R1234ze: low GWP

• Ozonabbaupotential (Ozon Depletion Potential ODP) 
• Global Warming Potential (GWP)
• Total Equivalent Warming Impact (TEWI) 
• Life Cycle Equivalent Warming Impact (LEWI)

• Trichlorfluormethan R11: ODP=1
• alle anderen <1 
• nicht mehr erlaubt

• Zeitliches Integral des spezifischen Treibhausbeitrags a_i (Anteil an Infrarotabsorbtion) mit seiner nach der Zeit t noch vorhandenen Konzentration c_i bezogen auf den Wert von CO2

CO2 R744 mit GWP=1

GWP ist immer auf bestimmten Zeitraum bezogen

Total Equivalent Warming Impact 

• Methode zur Berechnung des gesamt-Treibhauseinflusses
• ermöglicht Vergleich von Anlagen bzgl. Gesamtemission
• Verminderung TEWI durch 
• -->kleine Kältemittelfüllmengen
• -->energieeffiziente Verdichter 
• -->Leckagen vermeiden/systematisch Ausschließen

• indirekter Anteil hat einen viel stärkeren Einfluss auf Treibhauseffekt als direkter Anteil durch Kältemittel 
• durch GWP freie Kältemittel laufen Anlagen weniger effizient (indirekter Anteil steigt) 

indirekter Anteil: Energiebedarf der Anlage, CO2-Emission der eingesetzten Energie

• Direkter Anteil: Kältemittelemission (Leckageverlust, Rückgewinnungsfaktor bei Anlagenentsorgung) 
• --> Treibhauspotential des Kältemittels
• -->Füllmenge der Anlage 

Leckagerate nach Stand der Technik <1%

GruppeA: geringe Toxizität; Konzentration >400ml/m^3

Gruppe B: erhöhte Toxizität, Konzentration <400ml/m^3

• Definition DIN378-1: 
• Kältemittel mit einer zeitgewichteten, gemittelten Konzentration, die keine nachteiligen Auswirkungen auf die meisten Mitarbeiter hat, die Tag für Tag während eines normalen 8h Tages dieser Konzentration ausgesetzt sind

• Gruppe1: Keine Flammenausbreitung
• Gruppe 2: geringe Brennbarkeit; untere Explosionsgrenze ≥3,5 Vol%; Verbrennungswärme <19.000 kJ/kg
• Gruppe3: höhere Brennbarkeit; untere Explosionsgrenze <3,5Vol%; Verbrennungswärme >19.000 kJ/kg

• Definition DIN378-1:
• Prüfung mit Luft bei 60°C und 101,3 kPa

Für die Kategorie "mildly flammable" muss die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit zusätzlich <10cm/s sein (bei 23°C)

R134a: CF3CH2F; GWP 1300; Sicherheitsgruppe A1

R717: NH3; GWP 0; Sicherheitsgruppe B2

R744: CO2; GWP1; Sicherheitsgruppe A1

• Phasenwechsel eines 2-Stoffgemischs: 
• 2 Komponenten mit unterschiedlichen Siedepunkten
• Tau- und Siedelinie bilden eine Siedelinse mit 2-Phasegebiet
• Gemisch mit einer bestimmten Zusammensetzung siedet oder kondensiert bei veränderlicher Temperatur

azeotroper Punkt: Punkt wo sich Gemisch wie ein Reinstoff verhält

Besonderheit: Temperaturgleit Kondensator und Verdampfer

• Temperaturdifferenz zwischen Beginn und Ende des Phasenwechsels (Verdampfung/Kondensation) innerhalb des Sattdampfgebietes
• -->meist unerwünscht 
• -->manchmal thermodynamisch interessant da die Entropie sinkt

• -->Entropieproduktion am geringsten, wenn : 
• mittlere Temperaturdifferenz ΔT_m gering
• Temperaturverlauf von Sole + KM ähnlich 

Wenn Sole oder Heizwasser große Temperaturdifferenzen zwischen Ein- und Austritt aufweisen ist der Einsatz eines Gemisches aus thermodynamischer Sicht interessant

• hohe Verdampfungswärme
• große volumetrische Heizleistung (R32) -->ermöglicht geringe Rohrdurchmesser/kleinere Kompressoren
• hohe Leistungszahl
• niedrige Verdichtungsendtemperatur (abhängig von Lage der Isentropen im überhitzten Dampf) 
• Verdampferdruck über Atmosphärendruck, Kondensatordruck gleichzeitig so niedrig wie möglich 
• gutes Löslichkeitsverhalten mit Schmierölen bei Einsatz von Kolbenverdichtern
• hohe Wärmeübergangskoeffizienten in Verdampfer+Kondensator

• Öltypen: Mineralöke, Alkylbenzolöle (synthetische Öle) 
• Anforderungen: 
• Schmierung des Verdichters
• Kühlung des Verdichters
• Abdichtung von Ventilen + Verdichtungsraum
• Beständigkeit bei hohen und tiefen Temperaturen 
• Gute Mischbarkeit mit Kältemittel (trotz Ölabscheider gelangen 1-5% in Verflüssiger) 
• Kältemittelkreislauf, Rückführung und Zirkulation des Öles muss gewährleistet sein