Der Kompressionskältekreislauf für F-Gas-Prüflinge erklärt

Fragen Sie erfahrene Kältefachkräfte, womit Sie beim Erlernen des Berufs beginnen sollten. Fast alle werden auf dasselbe verweisen: den Kompressionskältekreislauf. Ob Sie ein Splitsystem mit 1 Tonne Kälteleistung in Betrieb nehmen oder an einem großen Kühler nach Fehlern suchen – dahinter läuft derselbe Prozess in vier Stufen ab. Wenn Sie ihn sicher beherrschen, lassen sich auch die übrigen Inhalte des F-Gas-Lehrplans leichter verstehen.

Dieser Leitfaden erklärt den Kreislauf Bauteil für Bauteil in der tatsächlichen Strömungsrichtung des Kältemittels. Anschließend stellt er den Bezug zu den Kenntnissen her, die in der EU-F-Gas-Prüfung für das Zertifikat A1 erwartet werden.

Die Aufgabe des Kreislaufs: Wärme transportieren, keine Kälte erzeugen

Den wichtigsten Grundgedanken sollten Sie sich fest einprägen:

Nach dem Gesetz der Thermodynamik kühlen wir keinen Stoff direkt. Wir entziehen ihm lediglich Wärme. Durch diesen Wärmeentzug wird der Gegenstand gekühlt.

Deshalb wird dieser Prozess auch als Wärmepumpenkreislauf bezeichnet. Wir führen einem Raum keine „Kälte“ zu – so etwas gibt es nicht. Wir nehmen unerwünschte Wärme an einem Ort auf, transportieren sie an einen anderen Ort und geben sie dort ab. Das Transportmedium ist das Kältemittel. Die gesamte Anlage dient dazu, dass dieses Kältemittel dort Wärme aufnimmt, wo wir kühlen möchten, und sie dort abgibt, wo wir keine Kühlung benötigen.

Behalten Sie diesen Grundgedanken im Blick, denn er erklärt, warum jedes Bauteil seine jeweilige Aufgabe erfüllt.

Die vier Hauptkomponenten

Jede Kompressionskälteanlage, ob groß oder klein, besteht im Kern aus vier Komponenten:

1. Verdichter
2. Verflüssiger
3. Expansionsventil
4. Verdampfer

Verfolgen wir eine kleine Menge Kältemittel einmal durch den gesamten Kreislauf.

1. Der Verdichter — die Pumpe der Anlage

Der Verdichter ist das Herzstück des Kreislaufs. Er erhöht den Druck des Kältemittels, damit es durch den gesamten Kreislauf gefördert werden kann.

• Das Kältemittel tritt als Dampf mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur in den Verdichter ein.
• Der Verdichter presst diesen Dampf stark zusammen.
• Das Kältemittel tritt als Dampf mit hohem Druck und hoher Temperatur aus.

Mithilfe des Verdichters strömt das Kältemittel durch den Kreislauf.

Beachten Sie, dass die Verdichtung sowohl den Druck als auch die Temperatur erhöht. Deshalb ist die Heißgasleitung der heißeste Teil der Anlage – ein hilfreicher Zusammenhang, wenn Sie einen Fehler durch Ertasten oder mit einem Thermometer eingrenzen.

2. Der Verflüssiger — Wärme abgeben

Nach dem Verdichter strömt der heiße Dampf unter hohem Druck in das Rohrregister des Verflüssigers, einen Wärmeübertrager.

Der Verflüssiger kühlt das vom Verdichter kommende Kältemittel ab. Während Wärme an die Umgebungsluft abgegeben wird (oder bei einer wassergekühlten Anlage an das Wasser), ändert das Kältemittel seinen Aggregatzustand von dampfförmig zu flüssig – es kondensiert.

• Das Kältemittel tritt als Dampf mit hohem Druck und hoher Temperatur ein.
• Das Kältemittel tritt als Flüssigkeit mit hohem Druck und niedrigerer Temperatur aus.

An dieser Stelle des Kreislaufs wird die im Innenraum aufgenommene Wärme schließlich nach außen abgegeben.

3. Das Expansionsventil — den Druck senken

Als Nächstes folgt das Expansionsorgan. Es gibt mehrere Bauarten:

• Thermostatische Expansionsventile (TXV/TEV) — die häufigste Bauart in Anlagen in der Praxis.
• Elektronische Expansionsventile (EEV) — die fortschrittlichste Bauart, die eine feinere Regelung ermöglicht.
• Kapillarrohre und feste Drosselöffnungen in einfacheren Anlagen.

Unabhängig von der Bauart bleibt die Aufgabe gleich: Die unter hohem Druck stehende Flüssigkeit aus dem Verflüssiger aufnehmen und ihren Druck senken. Mit dem Druck sinkt auch die Temperatur.

Unabhängig von seiner Bauart hat das Expansionsventil die wichtige Aufgabe, den Druck des Kältemittels zu senken. Durch die Druckabsenkung sinkt die Temperatur des Kältemittels.

Das Kältemittel verlässt das Expansionsventil als Flüssigkeits-Dampf-Gemisch mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur. Es ist jetzt kalt genug, um Wärme aus dem zu kühlenden Raum aufzunehmen.

4. Der Verdampfer — Wärme aufnehmen

Schließlich gelangt die kalte Flüssigkeit in den Verdampfer, den zweiten Wärmeübertrager im Kreislauf. Ein Ventilator saugt warme Raumluft über die Lamellen des Verdampfers.

• Die warme Luft gibt ihre Wärme an das kalte Kältemittel ab.
• Das Kältemittel verdampft und wechselt vom flüssigen zurück in den dampfförmigen Zustand.
• Die Luft, die das Rohrregister verlässt, ist jetzt deutlich abgekühlt – das ist die kalte Luft, die Sie am Zuluftgitter spüren.

Das Kältemittel ist nun wieder Dampf mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur. Es kehrt zum Verdichter zurück, und der gesamte Kreislauf beginnt von vorn.

Die Zustände im Überblick

Eine gute Methode zum Wiederholen des Kreislaufs ist, die beiden Größen zu verfolgen, die sich an den einzelnen Stufen ändern – Druck und Aggregatzustand:

Stelle im Kreislauf	Druck	Temperatur	Aggregatzustand
Verdichteraustritt	Hoch	Hoch	Dampfförmig
Verflüssigeraustritt	Hoch	Niedrig(er)	Flüssig
Expansionsventilaustritt	Niedrig	Niedrig	Flüssig
Verdampferaustritt	Niedrig	Niedrig	Dampfförmig

Prüfungstipp: Am Verflüssiger wird Wärme abgegeben, am Verdampfer wird sie aufgenommen. Verflüssiger und Verdampfer sind beide Wärmeübertrager – der Unterschied liegt lediglich in der Richtung des Wärmestroms.

Warum dies für die Einhaltung der F-Gas-Vorschriften wichtig ist

Das Verständnis des Kreislaufs bildet eine Grundlage für die praktischen Arbeiten, die gemäß Verordnung (EU) 2024/573 erforderlich sind.

• Dichtheitskontrollen (Art. 5). Betreiber von Einrichtungen, die Dichtheitskontrollen unterliegen, müssen sicherstellen, dass die Kontrollen in den vom Kältemittel und der Füllmenge abhängigen Intervallen erfolgen. Für die in Anhang I aufgeführten Gase liegen die Schwellenwerte bei 5, 50 und 500 Tonnen CO2-Äquivalent. Für die in Anhang II Abschnitt 1 aufgeführten Gase liegen sie bei 1, 10 und 100 kg. Es gelten Ausnahmen, unter anderem für bestimmte gekennzeichnete hermetisch geschlossene Einrichtungen. Um eine Leckage mit elektronischen Detektoren zu finden oder Manometerdrücke zu deuten, müssen Sie wissen, welchen Druck und welche Temperatur das Kältemittel an jedem Punkt des Kreislaufs haben sollte.
• Vermeidung von Emissionen (Art. 4). Wenn Sie wissen, wo sich Dampf unter hohem Druck befindet (Verdichteraustritt, Verflüssiger), erkennen Sie, an welchen Stellen der Anlage bei einem Versagen einer Verbindung oder Dichtung am ehesten Kältemittel austritt.
• Rückgewinnung (Art. 8). Eine sichere Rückgewinnung setzt das Verständnis der flüssigen und dampfförmigen Phasen voraus – Sie gewinnen Flüssigkeit von der Hochdruckseite und Dampf von der Niederdruckseite zurück, entsprechend den oben beschriebenen Zuständen.
• Befüllung. Unterkühlung am Verflüssiger und Überhitzung am Verdampfer werden anhand der Zustände im Kreislauf bestimmt. Ohne diese Vorstellung der Abläufe können Sie eine Anlage nicht korrekt befüllen.

Für das EU-F-Gas-Zertifikat A1 wird der Kompressionskältekreislauf im Thema Thermodynamik der EU-Ausgabe behandelt. Er bildet außerdem eine Grundlage für die Themen Lecksuche und Umgang mit Kältemitteln. Anhang I der Durchführungsverordnung (EU) 2024/2215 verlangt Kenntnisse der kältetechnischen Theorie, der Kältemittelzustände, der Kreislaufdiagramme und der Funktionen der Hauptkomponenten. Prüflinge sollten die vier Komponenten erkennen, Druck-, Temperatur- und Phasenänderungen beschreiben sowie erklären können, welche Komponente Wärme abgibt und welche sie aufnimmt.

Wie F-Gas Exam Prep Sie dabei unterstützt

Der Kompressionskältekreislauf bildet die Grundlage für das weitere Lernen. Die für iOS und Android verfügbare App F-Gas Pro – A1 Exam Prep unterstützt Sie bei der Vorbereitung auf die EU-F-Gas-Prüfung für das Zertifikat A1:

• Über 540 prüfungsnahe Fragen zu 15 Themen, darunter Thermodynamik, Lecksuche und Umgang mit Kältemitteln.
• Übungsprüfungen mit Zeitlimit, um das Beantworten von Fragen innerhalb einer vorgegebenen Zeit zu üben.
• Lernkarten und 12 Rechner zum Wiederholen und Üben von Berechnungen.
• Ausführliche Erklärungen zu jeder Antwort, damit Sie Fehler bei Fragen zu Druck, Temperatur und Phasen nachvollziehen können.

Üben Sie zunächst, die vier Komponenten zu erkennen und die Kältemittelzustände zwischen ihnen zu beschreiben, bevor Sie sich mit komplexeren Anlagen befassen. Die App ist eine unabhängige Lernhilfe, steht in keiner Verbindung zu einer Zertifizierungsstelle und ersetzt weder einen anerkannten Schulungskurs noch eine Prüfung.