Kältemittel CO2
Kohlenstoffdioxid CO2 wir in vielen Bereichen eingesetzt. Als Zusatz zu Getränken oder als Löschmittel für elektrische Anlagen. Doch CO2 kann auch als Kältemittel eingesetzt werden.
CO2 ist nicht brennbar und ein farbloses und saures Gas, das bei normalem Atmosphärendruck nicht verflüssigt werden kann. Bei unter – 78,5 Grad Celsius wird es fest, ansonsten ist es gasförmig. Eine Verflüssigung ist erst ab einem Druck von 5,19 bar möglich.
Schon im 19 Jahrhundert wurde CO2 in Kälteanlagen auf Schiffen verwendet. In Form von Wasserkühlung. Anfang des 20. Jahrhunderts wurde das FCKW-Kältemittel entwickelt – das einfacher zu handhaben war als das CO2-Mittel.
Doch mit Bekanntwerden der Umweltschädlichkeit des FCKW Ende des 20. Jahrhunderts gewann CO2 als Kältemittel wieder Bedeutung.
Natürliches Kältemittel CO2
CO2 ist an sich ein natürliches Kältemittel. Verglichen mit den FCKW-Mitteln ist die Auswirkung auf den Treibhauseffekt von CO2 verschwindend gering. Das Kältemittel R404A beispielsweise ist bei einer Leckage einer Kälteanlage über 3.900-mal schädlicher als CO2.
Auch deswegen versucht der Gesetzgeber mit der aktuellen F-Gase-Verordnung die Verbreitung von natürlichen Kältemitteln wie CO2 zu fördern.
Andere natürliche Kältemittel wie Propan oder Ammoniak habe gegenüber dem CO2 einen großen Nachteil: Sie sind brennbar und/oder giftig.
Ein Nachteil des CO2 gegenüber herkömmlichen FKW-Kälteanlagen ist der deutlich höher Druck, dem die Anlagen ausgesetzt sind. Deswegen müssen je nach Anwendung sehr viel aufwendigere Anlagen gebaut werden. Was sich in hohen Kosten bei diesen Anlagen widerspiegelt.
Doch es gibt bereits viele Anwendung sowohl unterhalb (subkritisch) als auch oberhalb (transkritisch) des kritischen Punkts.
Subkritische Anlagen sind vom Aufbau und der Regelungstechnik her mit normalen FKW-Anlagen vergleichbar. Es gibt vier Hauptbauteile im Kältekreislauf: Verdichter, Verflüssiger, Drosselorgan und Verdampfer.
Das Kältemittel wird hier auf der Hochdruckseite verflüssigt und auf der Niederdruckseite verdampft. Beim Stillstand der Anlage kann es jedoch zu einem starken Druckanstieg kommen. Deswegen müssen solche Anlagen entweder aktiv gekühlt werden oder sie werden durch Sicherheitsventile und das Abblasen von CO2 bei kritischen Drücken geschützt.
Transkritische Anlagen sind dagegen im Aufbau und der Regelung sehr viel komplexer. Hier gibt es keinen Verflüssiger. Man spricht hier von einem Gaskühler. Durch Entspannen in einer sogenannten Mitteldruckflasche wird das CO2 verflüssigt. Dafür sind zwei zusätzliche Regelventile und komplexe Steuereinheiten notwendig. Zusätzlich muss der Verdichter leistungsgeregelt sein.