Der Kältemittelkreislauf: So funktionieren Kälte- und Klimaanlagen

Jeder Haushaltskühlschrank, jedes Kühllager und jede Split-Klimaanlage arbeitet mit demselben Kreislauf aus vier Schritten. Wer diesen Kreislauf versteht, schafft eine Grundlage für sein F-Gas-Fachwissen und die Prüfung für das EU-F-Gas-Zertifikat A1. Dieser Leitfaden orientiert sich an einem Erklärvideo von HVAC School zum grundlegenden Kältemittelkreislauf und stellt den Bezug zu den für die Prüfung erforderlichen Kenntnissen her.

Zwei Grundsätze, die alles erklären

Bevor wir uns eine einzelne Komponente ansehen, betrachten wir zwei Regeln, die den gesamten Prozess bestimmen:

1. Wärme fließt immer vom wärmeren zum kälteren Bereich. Eine heiße Tasse Kaffee kühlt in einem kalten Raum ab, weil Wärme aus dem Kaffee abgegeben wird. Der Wärmefluss endet erst, wenn beide dieselbe Temperatur erreicht haben.
2. Druck und Temperatur hängen zusammen. Steigt der Druck eines Gases, steigt auch seine Temperatur; sinkt der Druck, fällt die Temperatur.

„Höherer Druck bedeutet höhere Temperatur und umgekehrt – diese Grundsätze bestimmen den gesamten Kälteprozess.“

Wie es im Video heißt, ist unser Ziel einfach: „Wärme von einem Ort, an dem wir sie nicht haben wollen, an einen Ort zu transportieren, an dem sie uns nicht stört.“ Bei einem Gefriergerät bedeutet das, Wärme aus den Lebensmitteln in den Raum zu verlagern. Bei einer Klimaanlage wird Wärme aus dem Gebäude nach draußen transportiert. Nichts „erzeugt Kälte“ – wir verlagern lediglich Wärme.

Sensible Wärme und latente Wärme

Diese Unterscheidung gehört zu den Kenntnissen, die in der Prüfung für das Zertifikat A1 abgefragt werden.

• Sensible Wärme verändert die Temperatur eines Stoffes. Sie lässt sich mit einem Thermometer erfassen.
• Latente Wärme verändert den Aggregatzustand eines Stoffes, ohne seine Temperatur zu ändern. Wenn Wasser siedet, bleibt es bei 100 °C (212 °F), während es die Energie aufnimmt, die für die Umwandlung in Dampf nötig ist.

„Das Wort latent bedeutet einfach verborgen, weil wir diese Wärme nicht mit einem Thermometer messen können – aber wir wissen, dass sie zur Umwandlung von flüssig zu gasförmig oder von gasförmig zu flüssig beiträgt.“

Der Kältemittelkreislauf nutzt latente Wärme gezielt. Durch Sieden und Verflüssigen lassen sich viel größere Wärmemengen viel schneller übertragen als durch eine reine Temperaturänderung. Deshalb wird das Kältemittel so gewählt, dass es genau an den richtigen Stellen im Kreislauf seinen Aggregatzustand ändert.

Die vier Komponenten

Wenn Sie diese vier Aufgaben kennen, können Sie jede Kompressionskälteanlage beschreiben:

• Verdichter – erhöht den Druck. Das Herz der Anlage. Er presst die Kältemittelmoleküle zusammen, erhöht dadurch Druck und Temperatur und fördert das Kältemittel durch den Kreislauf.
• Verflüssiger – gibt Wärme ab. Er muss wärmer sein als die vorbeiströmende Luft, damit Wärme nach außen fließen kann. Hier gibt der unter hohem Druck stehende Dampf seine Wärme ab und wird flüssig.
• Drosselorgan – senkt den Druck. Es senkt den Druck schlagartig. Dadurch beginnt das Kältemittel zu sieden und kühlt vor dem Verdampfer stark ab.
• Verdampfer – nimmt Wärme auf. Er muss kälter sein als die vorbeiströmende Luft, damit er Wärme aufnehmen kann. Hier siedet die unter niedrigem Druck stehende Flüssigkeit und nimmt Wärme auf, wodurch der Raum gekühlt wird.

„Denken Sie daran: Damit Wärme aufgenommen werden kann, muss der Verdampfer eine niedrigere Temperatur haben als die darüberströmende Luft, denn Wärme fließt von warm nach kalt.“

Dem Kältemittel durch den Kreislauf folgen

Folgen Sie dem Kreislauf, beginnend beim Verdichter.

1. Kühler Dampf tritt in den Verdichter ein. Die Moleküle bewegen sich langsam. Der Verdichter presst sie zusammen, wodurch sie sich schneller bewegen und erwärmen. Das Kältemittel verlässt ihn heiß und unter hohem Druck.
2. Der Verflüssiger gibt diese Wärme ab. Der heiße Dampf gibt seine Wärme an die Umgebung ab und verflüssigt sich bei hohem Druck. Halten Sie Ihre Hand über das Außengerät eines Splitsystems, spüren Sie die ausgeblasene Abwärme – diese Wärme befand sich zuvor im Gebäude.
3. Das Drosselorgan senkt den Druck. Dieser plötzliche Druckabfall löst das Sieden aus – häufig als Entspannungsverdampfung bezeichnet. Dadurch kühlt das Kältemittel weiter ab und wird auf den Eintritt in den Verdampfer vorbereitet. Das Drosselorgan kann ein thermostatisches Expansionsventil (TEV/TXV), ein elektronisches Expansionsventil, eine Kolbendrossel oder ein Kapillarrohr sein – seine Aufgabe ist jedoch immer dieselbe: den Druck senken.
4. Der Verdampfer nimmt Wärme auf. Die kalte Flüssigkeit siedet bei einer sehr niedrigen Temperatur und entzieht der Raumluft (bei Klimaanlagen) oder den Lebensmitteln (bei Kälteanlagen) Wärme. Hier entsteht tatsächlich die kalte Luft.

„Anders als Wasser, das bei hoher Temperatur siedet, siedet das Kältemittel in unserer Anlage bei niedriger Temperatur. Beim Sieden nimmt es Wärme aus seiner Umgebung auf.“

Das nun verdampfte Kältemittel kehrt zum Verdichter zurück, und der Kreislauf beginnt von vorn – ununterbrochen, Tag und Nacht.

Warum die Druckregelung entscheidend ist

Die Fachkraft steuert den Kreislauf über den Druck. Weil Druck und Temperatur zusammenhängen, bestimmen wir durch die Einstellung der Drücke, wo das Kältemittel siedet und sich verflüssigt:

• Niedriger Druck = niedrige Temperatur im Verdampfer, damit er Wärme aus einem kalten Raum aufnehmen kann.
• Hoher Druck = hohe Temperatur im Verflüssiger, damit er Wärme auch an warme Außenluft abgeben kann.

Deshalb verwenden F-Gas-Techniker eine Druck-Temperatur-Tabelle (P-T-Tabelle). Indem Sie den Überdruck am Manometer ablesen und in eine Sättigungstemperatur umrechnen, berechnen Sie Überhitzung und Unterkühlung, erkennen eine Unter- oder Überfüllung und bestätigen vor der Freigabe, dass die Anlage ordnungsgemäß läuft.

Der Bezug zur F-Gas-Verordnung

Das Verständnis des Kreislaufs unterstützt die Einhaltung der F-Gas-Verordnung. Die aktuelle EU-F-Gas-Verordnung (EU) 2024/573 hat die Verordnung (EU) Nr. 517/2014 aufgehoben und ersetzt. Art. 10 legt die Zertifizierungsanforderungen für Installation, Wartung, Instandhaltung, Reparatur und Außerbetriebnahme ortsfester Kälteanlagen, Klimaanlagen und Wärmepumpen fest. Die Durchführungsverordnung (EU) 2024/2215 legt die Zertifikatstypen und Mindestanforderungen an die Prüfung fest, einschließlich des Zertifikats A1 für Tätigkeiten mit F-Gasen und Kohlenwasserstoffen.

Diese Fachkompetenz baut unmittelbar auf den oben beschriebenen Grundlagen auf:

• Dichtheitskontrollen (Pflichten nach Art. 5) setzen voraus, dass Sie wissen, welche Drücke und Temperaturen „normal“ sind, damit Sie Abweichungen erkennen.
• Kältemittelrückgewinnung (Art. 8) erfordert ein Verständnis des Phasenwechsels – Sie entnehmen einer Anlage Dampf und Flüssigkeit sicher, ohne Kältemittel in die Atmosphäre abzulassen.
• Entscheidungen zur Befüllung und Emissionsvermeidung hängen davon ab, Überhitzung und Unterkühlung richtig zu beurteilen. Ohne den Zusammenhang zwischen Druck und Temperatur ist das nicht möglich.

Das Verständnis des Kreislaufs mit seinen vier Komponenten unterstützt die praktischen Fähigkeiten, die für das Zertifikat A1 geprüft werden.

Der Bezug zur Prüfung für das EU-F-Gas-Zertifikat A1

Die Prüfung für das Zertifikat A1 umfasst theoretische Kenntnisse und praktische Fähigkeiten. Der grundlegende Kreislauf verbindet mehrere Themen der EU-Ausgabe:

• Thermodynamik; Verdichter; Verflüssiger; Verdampfer; Expansionsventile – die Aufgaben von Verdichter, Verflüssiger, Drosselorgan und Verdampfer beschreiben.
• Prüfungen vor Inbetriebnahme; Lecksuche – den Anlagenzustand anhand von Druck und Temperatur beurteilen.
• Umgang mit Kältemitteln – Kenntnisse über den Phasenwechsel sicher anwenden.
• Umwelt & Vorschriften; EU-F-Gas-Recht – verstehen, warum die Vermeidung von Emissionen wichtig ist und welchen Rahmen die Verordnung dafür setzt.

Die theoretische Prüfung behandelt Grundlagen wie sensible und latente Wärme sowie die Frage, warum Kältemittel bei niedrigen Temperaturen siedet. Die praktische Prüfung umfasst Aufgaben wie den Umgang mit Manometern, Hartlöten, Rückgewinnung und Lecksuche.

So unterstützt Sie F-Gas Exam Prep

Die App F-Gas Pro – A1 Exam Prep unterstützt Sie bei der Vorbereitung auf die Prüfung für das EU-F-Gas-Zertifikat A1:

• Über 540 prüfungsnahe Fragen zu 15 Themen, darunter Thermodynamik und die hier behandelten Komponenten.
• Übungsprüfungen mit Zeitlimit, um das Abrufen von Wissen unter Zeitdruck zu üben.
• Lernkarten und 12 Rechner zur Unterstützung beim Wiederholen und Berechnen.
• Ausführliche Erklärungen zu jeder Antwort, damit Sie Fehler nachvollziehen und die zugrunde liegenden Prinzipien wiederholen können.

Die App ist für iOS und Android verfügbar und dient als unabhängige Lernhilfe. Sie ist mit keiner Zertifizierungsstelle verbunden und ersetzt weder einen anerkannten Schulungskurs noch eine Prüfung. Kombinieren Sie regelmäßiges Üben mit einem klaren Verständnis des Kreislaufs, um sich auf die theoretische und praktische Prüfung vorzubereiten.