Was ist Kältemittel? So funktioniert es im Kältekreislauf

Kältemittel ist das Arbeitsfluid in einem Kühlschrank, einer Klimaanlage, einer Wärmepumpe oder einem Kühler. Es nimmt in einem Teil der Anlage Wärme auf und gibt sie in einem anderen wieder ab. Dabei wechselt es mit den Druck- und Temperaturänderungen immer wieder zwischen flüssigem und dampfförmigem Zustand.

Die Bezeichnung „Kältemittelgas“ beschreibt sein Verhalten nur teilweise. In einer laufenden Kompressionskälteanlage kann Kältemittel als Flüssigkeit, als Dampf oder als Gemisch aus beidem vorliegen. Dieser Leitfaden erklärt die einzelnen Zustände, die wichtigsten Kältemittelgruppen und die Eigenschaften, die Sie für die F-Gas-Prüfung verstehen müssen.

Was Kältemittel eigentlich ist

Ein Kältemittel ist ein Stoff, der in Kühlgeräten und -anlagen – Klimaanlagen, Kühlschränken, Wärmepumpen und Kühlern – Wärme von dort, wo sie unerwünscht ist, dorthin transportiert, wo sie sicher abgegeben werden kann. Entscheidend ist, dass es nicht in einem einzigen Aggregatzustand bleibt. Je nach Temperatur und Druck liegt dasselbe Kältemittel an einer Stelle des Kreislaufs als Flüssigkeit und an einer anderen als Dampf vor.

Diese Fähigkeit, bei geeigneten Temperaturen zu sieden und zu kondensieren, ermöglicht die Kühlung. Wenn ein reines Kältemittel bei konstantem Druck siedet, nimmt es eine große Wärmemenge auf – seine latente Verdampfungswärme –, ohne selbst wärmer zu werden. Bei Kältemittelgemischen kann sich die Temperatur während des Siedens ändern. Diese Wärmeaufnahme ist ein zentraler Vorgang im Kältekreislauf.

Ist Kältemittel ein Gas oder eine Flüssigkeit?

Es ist beides, je nachdem, wo es sich im Kreislauf befindet. Am Ein- und Austritt des Verdichters liegt Kältemittel überwiegend als Dampf vor, nach der Verflüssigung als Flüssigkeit und nach dem Expansionsorgan sowie in weiten Teilen des Verdampfers als Flüssigkeits-Dampf-Gemisch.

Fachleute verwenden den Begriff Dampf statt Gas, wenn der Stoff bei den Betriebsbedingungen hinsichtlich Temperatur und Druck wieder zu Flüssigkeit kondensieren kann. Der Zustandswechsel ist wichtig, weil beim Sieden latente Wärme aufgenommen und beim Kondensieren wieder abgegeben wird.

Kältemittelarten

Stoffgruppe	Beispiele	Wesentliches Merkmal
FCKW	R-12	Starker Abbau der Ozonschicht; Verwendung ausgelaufen
HFCKW	R-22	Geringere Wirkung auf die Ozonschicht als FCKW, aber weiterhin ozonabbauend; Verwendung als Neuware ausgelaufen
HFKW	R-134a, R-32, R-410A	Kein Ozonabbaupotenzial, aber häufig erhebliches Treibhauspotenzial
HFO und HFO-Gemische	R-1234yf, R-454B	Alternativen mit niedrigerem GWP und anlagenspezifischen Anforderungen an Sicherheit und Verträglichkeit
Natürliche Kältemittel	R-290, R-600a, R-744, R-717	Optionen mit sehr niedrigem GWP, bei denen Brennbarkeit, Druck oder Toxizität zu berücksichtigen sind

Das richtige Kältemittel ist dasjenige, für das die Anlage ausgelegt, gekennzeichnet und zugelassen wurde. Mischen Sie niemals Kältemittel und führen Sie kein Retrofit einer Anlage durch, ohne die Herstelleranweisungen und die geltenden Sicherheitsvorschriften einzuhalten.

Ein kurzer Rückblick: Von den ersten Kältemitteln zu Alternativen mit niedrigerem GWP

Die heute verwendeten Kältemittel sind das Ergebnis eines Jahrhunderts Entwicklungsarbeit.

• Die Anfänge – gefährliche Chemikalien. Zu den ersten Kältemitteln gehörten Ammoniak, Schwefeldioxid und Methylchlorid. Sie erfüllten ihren Zweck, doch eine Leckage gefährdete alle Personen in der Nähe und konnte sogar tödlich sein.
• 1928 – das erste „sichere“ Kältemittel. R-12, ein Fluorchlorkohlenwasserstoff (FCKW), wurde als nicht brennbare Alternative mit geringer Toxizität eingeführt. Es war jahrzehntelang weit verbreitet.
• Die 1980er-Jahre – das Ozonproblem. Es wurde deutlich, dass das Chlor in FCKW die Ozonschicht schwer schädigte. FCKW haben außerdem ein hohes Treibhauspotenzial:

Die Freisetzung von 1 kg R-12 hat eine Klimawirkung, die ungefähr 10 Tonnen CO₂ entspricht. Dieser Vergleich bezieht sich auf die Erderwärmung, nicht auf den Ozonabbau.

• Das Auslaufen der Verwendung. Die Verwendung von R-12 lief im Rahmen des Montrealer Protokolls aus.
• Die Einführung von HFKW. Kältemittel wie R-134a und R-410A setzten sich durch, weil sie die Ozonschicht nicht abbauen, obwohl viele ein hohes Treibhauspotenzial haben.
• Der Übergang zu niedrigerem GWP. Neuere Anlagen verwenden zunehmend HFO-Gemische, R-32 und natürliche Kältemittel. Je nach Wahl sind unterschiedliche Aspekte der Brennbarkeit, des Drucks, der Toxizität und der Anlagenverträglichkeit zu beachten.

Diese Entwicklung erklärt, warum das F-Gas-Recht fluorierte Treibhausgase reguliert. Obwohl HFKW die Ozonschicht nicht abbauen, haben viele weiterhin ein erhebliches Treibhauspotenzial (GWP). In der EU legt die Verordnung (EU) 2024/573 Anforderungen an die schrittweise Verringerung von HFKW, Dichtheitskontrollen, Rückgewinnung und die Zertifizierung von Technikern fest. Die Schwellenwerte für Dichtheitskontrollen richten sich bei Gasen in Anhang I nach der Menge in Tonnen CO2-Äquivalent und bei Gasen in Anhang II Abschnitt 1 nach der Masse. Den Unterschied zwischen Ozonabbau und Klimawirkung zu verstehen, gehört zum Lehrplan für das EU-Zertifikat A1. Die EU-Anforderungen unterscheiden sich von denen, die in den F-Gas-Leitlinien für Großbritannien beschrieben sind.

Die Eigenschaften eines guten Kältemittels

Kein Arbeitsfluid ist perfekt, doch das ideale Kältemittel hätte alle folgenden Eigenschaften. Rechnen Sie damit, dass diese in der Prüfung abgefragt werden:

1. Niedriger Siedepunkt – damit es bei den für die Kühlung erforderlichen niedrigen Temperaturen verdampfen kann.
2. Hohe kritische Temperatur – damit es noch mit Umgebungsluft oder Wasser verflüssigt werden kann.
3. Hohe latente Wärme – je mehr Wärme pro zirkulierendem Kilogramm aufgenommen wird, desto kleiner und effizienter kann die Anlage sein.
4. Hohe Wärmeleitfähigkeit – für eine effiziente Wärmeübertragung durch die Rohrschlangen.
5. Nicht korrosiv – es darf die Werkstoffe, Dichtungen und Öle in der Anlage nicht angreifen.
6. Nicht brennbar und nicht explosionsfähig – für einen sicheren Umgang und eine sichere Installation.
7. Nicht toxisch – sicher für Raumnutzer und Techniker.
8. Preiswert und leicht verfügbar.
9. Geringe Belastung der Ozonschicht und der Umwelt – die heutige Priorität, die durch die F-Gas-Vorschriften vorgegeben wird.

Einige dieser Eigenschaften stehen im Widerspruch zueinander. Alternativen mit niedrigem GWP wie R-32 und Kohlenwasserstoffe sind stärker brennbar. Deshalb sind die Sicherheitsklassen A1 / A2L / A3 in der Praxis wichtig. Diese Sicherheitsklassifizierungen von Kältemitteln sind von der Qualifikation EU-Zertifikat A1 zu unterscheiden. Der Zielkonflikt zwischen Umweltverträglichkeit und Brennbarkeit ist sowohl für die moderne Anlagenauslegung als auch für das Thema Brennbare Kältemittel (A2L und A3) bei Ihrer Vorbereitung auf das EU-Zertifikat A1 zentral.

Wie sich Kältemittel durch den Kreislauf bewegt

Die Sättigungstemperatur eines Kältemittels ändert sich mit dem Druck. Dadurch kann es im Verdampfer bei niedriger Temperatur sieden und im Verflüssiger bei höherer Temperatur kondensieren. Die folgenden Angaben zur Anordnung innen und außen beziehen sich auf eine typische Split-Klimaanlage im Kühlbetrieb.

1. Verdampfer (Innengerät). Ein kaltes Flüssigkeits-Dampf-Gemisch unter niedrigem Druck tritt in die Rohrschlange ein. Luft oder ein anderes Fluid strömt am Verdampfer vorbei. Die übertragene Wärme bringt das verbleibende flüssige Kältemittel zum Sieden. Es tritt als Dampf unter niedrigem Druck aus, normalerweise mit geregelter Überhitzung.

2. Verdichter (Außengerät). Der Verdichter saugt diesen Dampf unter niedrigem Druck an und verdichtet ihn. Dadurch steigen Druck und Temperatur, die Zirkulation wird aufrechterhalten und die Wärmeabgabe am Verflüssiger ermöglicht. Das Kältemittel tritt als Dampf mit hohem Druck und hoher Temperatur aus.

3. Verflüssiger (äußerer Wärmeübertrager). Der heiße Dampf strömt durch die äußere Rohrschlange, während ein Ventilator Umgebungsluft darüber bläst. Das Kältemittel gibt seine Wärme an die Außenluft ab, seine Temperatur sinkt, und es kondensiert wieder zu Flüssigkeit. Es tritt als Flüssigkeit unter hohem Druck aus.

4. Expansionsorgan. Schließlich strömt die Flüssigkeit unter hohem Druck durch das Dosierorgan. Dabei fallen Druck und Sättigungstemperatur stark ab. Ein Teil der Flüssigkeit verdampft schlagartig. Das Kältemittel tritt daher als kaltes Flüssigkeits-Dampf-Gemisch unter niedrigem Druck aus und kann wieder in den Verdampfer eintreten.

Die Kenntnis dieser vier Zustandsänderungen sowie der Drücke und Temperaturen an den einzelnen Stellen bildet die Grundlage, um Prüfungsfragen zum Kältekreislauf zu beantworten. Merken Sie sich die Hauptaufgaben so: Verdichter und Expansionsventil ändern den Druck, während Verdampfer und Verflüssiger den Aggregatzustand ändern.

Warum das für zertifizierte Techniker wichtig ist

Das Verständnis dieser Zustände ist für die praktische Arbeit unerlässlich. Kältemittel korrekt zurückzugewinnen, ohne Verunreinigung der Anlage hartzulöten, eine zu geringe Füllmenge anhand von Manometerwerten zu erkennen und das CO2-Äquivalent einer Anlagenfüllmenge zu berechnen – all das setzt voraus, dass Sie das Verhalten von Kältemitteln verstehen. Techniker müssen wissen, wo das Fluid flüssig und wo es dampfförmig ist und welcher Druck jeweils herrscht. Dieses Wissen unterstützt fachgerechtes Arbeiten und wird in der Prüfung für das EU-Zertifikat A1 gemäß Durchführungsverordnung (EU) 2024/2215 geprüft.

Nutzen Sie die kostenlosen Rechner für Kältemittel-GWP und CO2-Äquivalent, um die Umrechnung einer Füllmenge in Kilogramm in Tonnen CO₂e zu üben. Oder wiederholen Sie das Lernthema Thermodynamik und den Kältekreislauf, bevor Sie die zugehörigen Fragen beantworten.

Wie F-Gas Exam Prep Sie dabei unterstützt

Der Kältekreislauf, Kältemitteleigenschaften und die Umweltauswirkungen von Kältemitteln gehören zum Lehrplan für das EU-F-Gas-Zertifikat A1. Die App F-Gas Pro – A1 Exam Prep unterstützt Sie beim Wiederholen dieser Inhalte:

• Über 540 prüfungsnahe Fragen in 15 Themenbereichen, darunter Thermodynamik und Kältekreislauf, Umwelt & Vorschriften einschließlich Klimapolitik, EU-F-Gas-Recht sowie Umgang mit Kältemitteln und Rückgewinnung.
• Übungsprüfungen mit Zeitbegrenzung, um das Beantworten von Fragen unter Zeitdruck zu üben.
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• Ausführliche Erläuterungen zu jeder Antwort, damit Sie die Begründung für jede richtige Antwortmöglichkeit nachvollziehen können.

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. Nutzen Sie sie, um das Erklären des Kältemittelverhaltens und des Kältekreislaufs zu üben, während Sie sich auf Ihre Prüfung für das EU-Zertifikat A1 vorbereiten.