Den Kältekreislauf verstehen: Überhitzung, Unterkühlung und Sättigung erklärt

Jedes Mal, wenn Sie eine Monteurhilfe an eine Wärmepumpe oder Klimaanlage anschließen, sollten Sie sich den Kältekreislauf direkt über der Anlage vor Ihnen vorstellen. Wie Craig Migliaccio in dieser Erläuterung von AC Service Tech erklärt, hilft es nicht nur bei der Kontrolle der Füllmenge, den Zustand des Kältemittels an jeder Stelle zu kennen — es ermöglicht auch eine bemerkenswert schnelle Fehlersuche. Für alle, die sich auf die Prüfung zum EU-F-Gas-Zertifikat A1 vorbereiten, bildet das Verständnis des Kältekreislaufs eine Grundlage für die praktische Arbeit.

Gehen wir den Kreislauf so durch, wie es eine erfahrene Fachkraft tun würde, und verknüpfen wir jede Stufe mit den Anforderungen der F-Gas-Prüfung.

Die vier Kältemittelzustände

Bevor Sie einen Fehler diagnostizieren können, müssen Sie die vier Zustände erkennen, die das Kältemittel auf seinem Weg durch den Kreislauf durchläuft:

• Dampf mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur — das Sauggas, das in den Verdichter eintritt
• Dampf mit hohem Druck und hoher Temperatur — das Heißgas, das den Verdichter verlässt
• Flüssigkeit mit hohem Druck und hoher Temperatur — die unterkühlte Flüssigkeit, die den Verflüssiger verlässt
• Flüssigkeit mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur — das Kältemittel nach dem Drosselorgan

„Dampf bedeutet gasförmiger Zustand — es bedeutet einfach, dass keine Flüssigkeit vorhanden ist, es ist nicht gesättigt. Und gesättigt bedeutet, dass Flüssigkeit und Dampf gleichzeitig als Gemisch vorliegen.“

Diese Unterscheidung zwischen Dampf, Flüssigkeit und gesättigtem Zustand ist der wichtigste Gedanke im gesamten Video. Sie wird im Thema Thermodynamik der EU-Ausgabe behandelt und gehört zu den Kenntnissen, die bei der Prüfung zum EU-F-Gas-Zertifikat A1 abgefragt werden.

Dem Kreislauf Schritt für Schritt folgen

Am Verdichtereintritt gelangt Dampf mit niedrigem Druck in den Scrollverdichter. Die Aufgabe des Verdichters lässt sich einfach beschreiben: den Druck erhöhen, damit die Temperatur steigt. Wie Craig in Erinnerung ruft, steigt bei jeder Druckerhöhung auch die Temperatur und umgekehrt — ein Zusammenhang, der Ihnen in der Druck-Temperatur-Tabelle wieder begegnet.

Am Verdichteraustritt strömt nun Dampf mit hohem Druck und hoher Temperatur in die Heißgasleitung — die heißeste Leitung der gesamten Anlage. Bei einer Wärmepumpe durchströmt er unverändert das Umschaltventil, bevor er den Verflüssiger erreicht.

Im Verflüssiger laufen nacheinander drei Vorgänge ab:

1. Enthitzung — der heiße Dampf gibt fühlbare Wärme ab und seine Temperatur sinkt
2. Sättigung (Phasenwechsel) — das Kältemittel bleibt auf einer konstanten Temperatur (im Beispiel etwa 105 °F / ~40 °C), während es vom dampfförmigen in den flüssigen Zustand übergeht: von 95 % Dampf über ein 50/50-Gemisch bis zu 95 % Flüssigkeit
3. Unterkühlung — sobald das Kältemittel vollständig flüssig ist, gibt es weiter Wärme ab und seine Temperatur sinkt unter die Sättigungstemperatur

„Der Phasenwechsel des Kältemittels — das ist das Geheimnis dahinter, dass das Ganze überhaupt funktioniert.“

Genau dieser Phasenwechsel erklärt, warum ein Kältemittel so viel Wärme transportieren kann. Craigs Vergleich mit einem Eiswürfel lässt sich gut merken: Ein Glas Wasser mit 32 °F erwärmt sich schnell, ein Eiswürfel bleibt dagegen deutlich länger bei 32 °F, weil er beim Wechsel seines Aggregatzustands eine große Menge latenter Wärme aufnimmt.

Unterkühlung und Überhitzung messen

Unterkühlung ist die Temperaturdifferenz zwischen der Sättigungstemperatur im Verflüssiger und der tatsächlichen Temperatur der Flüssigkeitsleitung. Im Rechenbeispiel ergeben 105 °F Sättigungstemperatur minus 93 °F an der Flüssigkeitsleitung 12 Grad Unterkühlung. Diesen Wert vergleichen Sie anschließend mit der Angabe auf dem Typenschild (zum Beispiel „R-410A TXV Unterkühlung 12 °F“).

„Wenn Sie Kältemittel hinzufügen, steigt die Sättigungstemperatur und die Temperatur der Flüssigkeitsleitung sinkt — und diese Differenz nennt man Unterkühlung.“

Auf der Niederdruckseite tritt das Kältemittel nach der Druckabsenkung durch das Drosselorgan bereits im gesättigten Zustand in den Verdampfer ein. Während es den Verdampfer durchströmt, behält es seine niedrige Temperatur bei. Sobald es vollständig verdampft ist, beginnt die Überhitzung. Messen Sie den Druck in der Dampfleitung, ermitteln Sie daraus die Sättigungstemperatur und ziehen Sie diese von der gemessenen Leitungstemperatur ab. Eine Leitungstemperatur von 54 °F bei einer Sättigungstemperatur von 42 °F ergibt 12 Grad Gesamtüberhitzung.

Welche Methode anzuwenden ist, lässt sich einfach zuordnen:

• Drosselorgan mit fester Drosselöffnung / Kolbendrossel → Befüllung anhand der Gesamtüberhitzung
• Thermostatisches Expansionsventil (TXV/TEV) → Befüllung anhand der Unterkühlung

Zur professionellen Arbeitsweise gehört jedoch, beides zu prüfen — das hilft Ihnen auch bei einer praktischen Aufgabe in der F-Gas-Prüfung. Wenn Sie eine hohe Überhitzung bei korrekter Unterkühlung feststellen, liegt wahrscheinlich eine Verengung in der Flüssigkeitsleitung oder ein nahezu geschlossen klemmendes TEV vor, möglicherweise aufgrund eines undichten Temperaturfühlers.

Feuchtigkeit, Öl und Verdichterschutz

Der Exkurs zum Filtertrockner im Video ist mehr als eine Randbemerkung — er betrifft einen Kernpunkt des sachgerechten Umgangs mit Kältemitteln gemäß den F-Gas-Vorschriften. Der in beiden Richtungen durchströmbare Filtertrockner bindet Wasserdampf, damit dieser sich nicht mit dem in R-410A-Anlagen üblichen POE-Öl vermischen kann.

„Wenn sich POE-Öl mit Wasser vermischt, entstehen Alkohol und Säuren … das führt schließlich zu einem Wicklungsbrand im Verdichter.“

Da Kältemittel und Öl gemeinsam zirkulieren und die Motorwicklungen eines hermetisch geschlossenen Verdichters umströmen, greift säurehaltiges Öl die Wicklungsisolierung an und verursacht schließlich einen Kurzschluss. Genau deshalb bauen Sie nach jedem Öffnen einer Anlage einen neuen Filtertrockner ein, und zwar als letztes Bauteil. Das verdeutlicht auch, warum eine unzureichende Evakuierung — bei der kein ausreichend tiefes Vakuum erreicht wird — Feuchtigkeit in der Anlage zurücklässt, die der Trockner nur teilweise aufnehmen kann.

Wärmepumpenbetrieb und Umschaltventil

Wird die Strömungsrichtung des Kältemittels umgekehrt, gelten dieselben Prinzipien — der innere Wärmeübertrager wird zum Verflüssiger und der äußere zum Verdampfer. Der Flüssigkeitsabscheider ist hierbei entscheidend: Wenn der äußere Wärmeübertrager bei Temperaturen unter etwa 40 °F (4 °C) bereift, erreicht das Kältemittel möglicherweise keine vollständige Überhitzung und verlässt den Wärmeübertrager noch im gesättigten Zustand. Der Flüssigkeitsabscheider schützt den Verdichter, indem er Flüssigkeit zurückhält und nur Dampf weiterströmen lässt.

Wenn Sie vermuten, dass ein Umschaltventil in einer Zwischenstellung klemmt, messen Sie die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Leitungen mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur — niemals zwischen den sehr heißen Hochdruckleitungen. Diese können Ihren Sensor beschädigen und bei unzureichender Dämmung einer der Leitungen irreführende Messwerte liefern.

Wie F-Gas Exam Prep Sie dabei unterstützt

Überhitzung, Unterkühlung und Sättigung bilden die Grundlage für die sichere Befüllung, Rückgewinnung und Dichtheitskontrolle, die bei der Prüfung zum EU-F-Gas-Zertifikat A1 geprüft werden. Die App F-Gas Pro – A1 Exam Prep unterstützt Ihre Vorbereitung mit:

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Die App ist für iOS und Android verfügbar. Sie ist eine unabhängige Lernhilfe, steht in keiner Verbindung zu einer Zertifizierungsstelle und ersetzt weder einen anerkannten Lehrgang noch eine Prüfung. Üben Sie, den Kältemittelzustand an jeder Stelle des Kreislaufs zu bestimmen und Druck- sowie Temperaturmesswerte zu interpretieren, um sich auf Ihre Prüfung und die Arbeit vor Ort vorzubereiten.