Kältemittel

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Kältemittel, ebenso wie Kühlmittel, transportieren Enthalpie (das heißt Wärmeenergie) von dem Kühlgut zur Umgebung. Der Unterschied ist, dass ein Kältemittel in einem Kältezyklus dies entgegen einem Temperaturgradienten tun kann, so dass die Umgebungstemperatur sogar höher sein darf als die Temperatur des zu kühlenden Gegenstandes, während ein Kühlmittel lediglich in der Lage ist, in einem Kühlzyklus die Enthalpie entlang des Temperaturgradienten zu einer Stelle niedrigerer Temperatur zu transportieren.

Nach DIN EN 378-1 Abs. 3.7.1 ist das Kältemittel definiert als "Fluid, das zur Wärmeübertragung in einer Kälteanlage eingesetzt wird, und das bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck Wärme aufnimmt und bei höherer Temperatur und höherem Druck Wärme abgibt, wobei üblicherweise Zustandsänderungen des Fluids erfolgen." bzw. nach DIN 8960 Abs. 3.1 als "Arbeitsmedium, das in einem Kältemaschinenprozess bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck Wärme aufnimmt und bei höherer Temperatur und höherem Druck Wärme abgibt." Die Definitionen nach DIN beziehen sich auf Kompressions-Kältemaschinen. Als Zustandsänderung im Sinne der Norm ist eine Änderung des Aggregatzustandes gemeint (siehe Kältemaschine).

Kältemittel werden in geschlossenen oder offenen Kälteanlagen als Arbeitsmedium eingesetzt. Während bei Kältemitteln im engeren Sinne Wärme durch Verdampfung bei niedrigem Druck und niedriger Temperatur aufgenommen wird, geschieht dies in einer Kältemischung chemisch durch eine Mischungs- oder Lösungsreaktion. Die Regeneration erfolgt daher bei Kältemitteln durch Verflüssigung (in einem konventionellen Verdichter mit nachfolgendem Verflüssiger), bzw. bei Kältemischungen durch Entmischung (in einem "thermischen Verdichter" einer Absorptionskältemaschine).

Inhaltsverzeichnis 1 Historische Entwicklung 2 Eigenschaften 3 Sicherheitsgruppen, L-Gruppen, Aufstellungsbereiche 4 Üblicherweise verwendete Kältemittel 4.1 Ammoniak (R717) 4.2 Kohlendioxid (R744) 4.3 Kohlenwasserstoffe 5 Benennung 5.1 Benennung der organischen Kältemittel 5.2 Benennung der anorganischen Kältemittel 6 Kurzzeichen 6.1 Kurzzeichen der organischen Kältemittel 6.1.1 R xx Kohlenwasserstoffe mit 1 Kohlenstoffatom 6.1.2 R1xx Kohlenwasserstoffe mit 2 Kohlenstoffatomen 6.1.3 R2xx Kohlenwasserstoffe mit 3 Kohlenstoffatomen 6.1.4 R3xx Kohlenwasserstoffe mit 4 Kohlenstoffatomen 6.1.5 R4xx Zeotrope Gemische von Kohlenwasserstoffen 6.1.6 R5xx Azeotrope Gemische von Kohlenwasserstoffen 6.1.7 R6xx Sonstige 6.2 Kurzzeichen der anorganischen Kältemittel 6.2.1 R7xx Anorganische Verbindungen 7 Leitungskennzeichnung 8 Siehe auch 9 Weblinks

[Bearbeiten] Historische Entwicklung

Als erstes „professionelles“ Kältemittel wurde zunächst Diethylether eingesetzt, dann auch Ammoniak (R717). Ein Nachteil dieser Kältemittel ist jedoch die physiologische Gefährlichkeit (Lungenschäden; bei Diethylether auch Narkosewirkung). Diethylether ist zudem sehr leicht entflammbar und bildet mit Luft ein explosives Gemisch.

Demgegenüber haben die in den 30er Jahren des 20. Jahrhunderts auf den Markt gebrachten Sicherheitskältemittel auf Basis von Halogenkohlenwasserstoffe den Vorteil, dass sie keine direkte Giftigkeit oder Brennbarkeit aufweisen. Durch die Variation der chemischen Zusammensetzung konnte ein breites Spektrum an Eigenschaften erschlossen werden. Gängige kommerzielle Bezeichnungen für diese Halogenkohlenwasserstoffe sind die Begriffe Freon (Fa. DuPont) bzw. Frigen (Fa. Hoechst), gefolgt von den Kürzeln für die jeweiligen chemischen Zusammensetzungen. So stehen z. B. die Bezeichnungen Freon 502 und Frigen 502 für das gleiche Kältemittel, für welches heute firmenneutral das Kurzzeichen R 502 (R für Refrigerant) verwendet wird.

Die in den 80er Jahren nachgewiesene Gefahr der vor allem mit Chlor und Brom halogenierten Kohlenwasserstoffe (FCKW und Halone) ist jedoch, dass sie im wesentlichen für den Ozon-Abbau verantwortlich sind und den Treibhauseffekt verstärken. Ihr Einsatz in Neugeräten wurde daher auf Grundlage der FCKW-Halon-Verbotsverordnung verboten.

Die chlorierten Kohlenwasserstoffe wurden in den 90er Jahren des 20. Jahrhunderts durch eine Vielzahl von fluorierten Kohlenwasserstoffen (FKW) ersetzt. Diese lediglich mit Fluor halogenierten Kohlenwasserstoffe besitzen kein Ozonabbaupotential.

Nichthalogenierte brennbare Kohlenwasserstoffe wie Butan (R600/R600a) oder Propan (R290) werden bislang aufgrund der Brennbarkeit überwiegend in Anwendungsnischen eingesetzt. In Kühl- und Gefrierschränken mit Füllmengen von 50 bis 150 g werden in Deutschland fast ausschließlich nichthalogenierte Kohlenwasserstoffe eingesetzt. Größere Kälteanlagen werden wegen der erforderlichen Explosionsschutzmaßnahmen bislang nur selten errichtet.

Daher wird neuerdings auch verstärkt das nichtbrennbare und kaum umweltgefährdende Kohlenstoffdioxid (R744) eingesetzt. Es trägt nicht zum Ozonabbau bei und besitzt ein vielfach geringeres Treibhaus-Potential als herkömmliche Kältemittel, wie etwa Fluorkohlenwasserstoffe. Als Arbeitsmedium in Fahrzeug-Klimaanlagen, Warmwasserpumpen, Getränkeautomaten als auch in der Supermarkt- und Transportkühlung findet das natürliche Kältemittel CO₂ bereits Anwendung. Aufgrund der im Vergleich zu den Kohlenwasserstoffverbindungen hohen Systemdrücke sowie der niedrigen kritischen Temperatur ist eine Neuentwicklung der kältetechnischen Komponenten erforderlich, die jedoch in vielen Anwendungsbereichen bereits angelaufen oder abgeschlossen ist.

Wasser (R718) ist aufgrund seines Gefrierpunktes nur oberhalb von 0 °C als Kältemittel verwendbar und wird wegen der niedrigen Drücke und somit großvolumiger Anlagen nur in Sonderfällen eingesetzt. Dagegen ist es aufgrund seiner hohen spezifischen Wärmekapazität gut als Kühlmittel geeignet.

Ammoniak (R717) ist ein klassisches natürliches Kältemittel, das vorwiegend in Großanlagen wie Tiefkühlhäusern, Schlachthäusern, Brauereien, zentraler Kälteerzeugung in der Chemie und in Eislaufbahnen zu Einsatz kommt. Es werden auch kompakte Kaltwasserkälteanlagen angeboten, die eine relativ geringe Kältemittelmenge aufweisen, um das Gefahrenpotential zu reduzieren. Allerdings konnten kompakte Ammoniakkälteanlagen nur in geringem Umfang Einsatzbereiche der Kohlenwasserstoff-Kältemittel ersetzen.

[Bearbeiten] Eigenschaften

Kältemittel sollten idealerweise folgende Eigenschaften besitzen:

• große spezifische Verdampfungsenthalpie
• hohe volumetrische Kälteleistung
• großer Wärmeübergangskoeffizient
• hohe Wärmeleitfähigkeit
• hohe kritische Temperatur
• kein Temperaturglide
• niedrige Viskosität
• nicht brennbar oder explosiv
• kein Ozonabbaupotential
• kein Treibhauseffekt
• nicht giftig
• nicht geruchlos
• nicht korrosiv
• sollten mit dem Schmiermittel kompatibel sein

[Bearbeiten] Sicherheitsgruppen, L-Gruppen, Aufstellungsbereiche

Die Kältemittel sind entsprechend Brennbarkeit und Giftigkeit eingeordnet (EN 378-1 Anh. E) in die Sicherheitsgruppen A1, A2, A3, B1, B2, B3. Die Buchstaben stehen dabei für

A = Geringere Giftigkeit

B = Größere Giftigkeit

die Zahlen für

1 = Keine Flammenausbreitung

2 = Geringere Brennbarkeit

3 = Größere Brennbarkeit.

Zur einfacheren Handhabung werden die Sicherheitsgruppen A1, B1, A2 ... usw. in den sogenannten L-Gruppen L1, L2, L3 (EN 378-1 Abs. 5.4.2) zusammengefasst:

L1 beinhaltet A1

L2 beinhaltet B1, A2, B2

L3 beinhaltet A3, B3

Des Weiteren lassen sich bei Kälteanlagen nach der Art der Aufstellung drei Aufstellungsbereiche A, B, C unterscheiden (EN 378-1 Anh. C):

A = Alle kältemittelführenden Teile in Personen-Aufenthaltsbereich

B = Hochdruckseite der Kälteanlage in Maschinenraum oder im Freien

C = Alle kältemittelführenden Teile in Maschinenraum oder im Freien

Abhängig von der L-Gruppe und dem Aufstellungsbereich gelten Anforderungen an die zulässigen Kältemittelfüllmengen (EN 378-1 Anh. C).

[Bearbeiten] Üblicherweise verwendete Kältemittel

[Bearbeiten] Ammoniak (R717)

Summenformel	NH3
Spezifische Verdampfungsenthalpie (-10 °C)	ca. 1.300 kJ/kg
Volumetrische Kälteleistung (-10 °C)	ca. 3.100 kJ/m³
Siededruck (-10 °C)	2,91 bar
Siededruck (+20 °C)	8,57 bar
Siedetemperatur (1 bar)	-33 °C
Kritischer Punkt	+132,36 °C / 113,61 bar

Ammoniak besitzt eine sehr große spezifische Verdampfungsenthalpie, die umlaufende Kältemittelmasse ist daher relativ klein. Es bietet darüber hinaus die Vorteile einer äußerst geringen Entflammbarkeit und trägt nicht zu Treibhauseffekt oder Ozonabbau bei (Halbwertszeit in der Atmosphäre ca. 14 Tage). Ein Nachteil ist seine Giftigkeit; Schäden entstehen vor allem durch Verätzung der Lungen und der Augen, da Ammoniak mit Wasser eine basisch reagierende Lösung bildet: NH₃ + H₂O --> NH₄⁺ + OH^- Der stechende Geruch ist allerdings bereits in sehr geringen Konzentrationen (5 ppm), weit unterhalb der maximalen Arbeitsplatzkonzentration (MAK-Wert, 50 ppm), wahrnehmbar. Aufgrund dieser ausgezeichneten Warnwirkung wird Ammoniak trotz seiner physiologischen Gefährlichkeit der Sicherheitsgruppe A2 (geringere Giftigkeit, geringere Brennbarkeit) und damit der L-Gruppe L2 zugeordnet. Ammoniak-Anlagen sind üblicherweise in PN 25 ausgeführt (EN 378-2 Abs. 5.1). Der Installationsaufwand für Ammoniakkälteanlagen ist höher, da im Gegensatz zu Anlagen mit Kohlenwasserstoffen keine Kupferverrohrung eingesetzt werden kann und alle Anlagenteile aus Stahl hergestellt sein müssen.

[Bearbeiten] Kohlendioxid (R744)

Summenformel	CO2
Spezifische Verdampfungsenthalpie (-10 °C)	ca. 260 kJ/kg
Volumetrische Kälteleistung (-10 °C)	ca. 18400 kJ/m³
Siededruck (-10 °C)	26,49 bar
Siededruck (+20 °C)	57,29 bar
Siedetemperatur (1 bar)	nicht flüssig unterhalb 5,2 bar
Kritischer Punkt	+30,98 °C / 73,77 bar

Kohlendioxid besitzt eine sehr große volumetrische Kälteleistung, das umlaufende Kältemittelvolumen ist daher relativ klein. Auch Kohlendioxid hat den Vorteil, nicht entflammbar zu sein, und trägt nicht zum Ozonabbau bei. Nichtfossiles Kohlendioxid gilt als klimatisch unbedenklich, da es in den biologischen Kreislauf eingebunden ist; dagegen erhöht die Freisetzung von Kohlendioxid aus fossilen Quellen die Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre und fördert damit den Treibhauseffekt. Allerdings beträgt der Treibhauseffekt je Masseneinheit lediglich etwa 1/1000 im Vergleich zu den üblicherweise verwendeten Fluorkohlenwasserstoffen (R134a, R404a). Im Unterschied zu Ammoniak ist Kohlendioxid wenig giftig; es ist allerdings schwerer als Luft und kann bereits in Konzentrationen von ca. 8% durch Behinderung der Atmung tödlich wirken. Zwar prickelt es in höheren Konzentrationen in der Nase, da es mit Wasser Kohlensäure bildet; eine nennenswerte Warnwirkung besteht jedoch nicht, da es geruchlos ist. Kohlendioxid zählt zur Sicherheitsgruppe A1 (geringere Giftigkeit, keine Flammenausbreitung) und damit zur L-Gruppe L1. Einen Nachteil stellen die relativ hohen Betriebsdrücke dar, Kohlendioxid-Anlagen sind daher üblicherweise in PN 40 oder PN 64 ausgeführt (EN 378-2 Abs. 5.1). Kältetechnische Komponenten für Hochdruck-Systeme werden oder sind bereits entwickelt, so dass eine weiter verbreitete kommerzielle Nutzung möglich wird.

[Bearbeiten] Kohlenwasserstoffe

Summenformel	C2H2F4
Spezifische Verdampfungsenthalpie (-10 °C)	ca. 200 kJ/kg
Volumetrische Kälteleistung (-10 °C)	ca. 2100 kJ/m³
Siededruck (-10 °C)	2,01 bar
Siededruck (+20 °C)	5,72 bar
Siedetemperatur (1 bar)	-26,3 °C

Eigenschaften am Beispiel von 1,1,1,2-Tetrafluorethan (R134a); die Eigenschaften anderer Kohlenwasserstoffe können je nach der chemischen Zusammensetzung auch deutlich abweichen.

Kohlenwasserstoffe besitzen typischerweise spezifische Verdampfungsenthalpien in der Größenordnung von 200 kJ/kg. Die Entflammbarkeit kann sehr unterschiedlich sein; so ist zum Beispiel R600 (Butangas) sehr leicht, R13B1 (Löschmittel) dagegen nicht entflammbar. Auch das Ozonabbaupotential und der Treibhauseffekt können sehr unterschiedlich sein. Kohlenwasserstoffe sind schwach bis mäßig giftig; sie wirken fettlösend und greifen die Lungen an. Manche Halogenierten Kohlenwasserstoffe wirken betäubend und werden teilweise als Narkosemittel eingesetzt (vgl. Chloroform (Trichlormethan) CCl₃H). Der Geruch ist schwach bis stark, und lösemittelartig.

Halogenierte Kohlenwasserstoffe zählen zu den L-Gruppen L1 oder L2, nichthalogenierte Kohlenwasserstoffe zu den L-Gruppen L2 oder L3. Kohlenwasserstoffanlagen sind üblicherweise in PN 25 ausgeführt (EN 378-2 Abs. 5.1).

Kohlenwasserstoffe werden eingeteilt in halogenierte Kohlenwasserstoffe und nichthalogenierte Kohlenwasserstoffe. Die gebräuchlichen Abkürzungen bedeuten (EN 378-1 Abs. 3.7.9):

Abkürzung	Bezeichnung	Halogenierung	Enthaltene Elemente
HFCKW	Hydrogen-Fluor-Chlor-Kohlen-Wasserstoff	Teilhalogeniert	H, F, Cl, C
HFKW	Hydrogen-Fluor-Kohlen-Wasserstoff	Teilhalogeniert	H, F, C
FCKW	Fluor-Chlor-Kohlen-Wasserstoff	Vollhalogeniert	F, Cl, C
FKW	Fluor-Kohlen-Wasserstoff	Vollhalogeniert	F, C
KW	Kohlen-Wasserstoff	Nichthalogeniert	H, C

Während Ammoniak, Kohlendioxid und die nichthalogenierten Kohlenwasserstoffe weitgehend umweltverträglich sind, haben die Halogenierten Kohlenwasserstoffe in dieser Hinsicht zwei Nachteile:

Zum einen zerstören die aus den Halogenierten Kohlenwasserstoffen in größeren Höhen unter UV-Einstrahlung freigesetzten Halogene, vor allem das Chlor, die Ozonschicht:

O₃ + Cl → O₂ + ClO

O + ClO → O₂ + Cl

gesamt also

O₃ + O → O₂ + O₂

Chlor wird bei dieser Reaktion also nicht verbraucht, sondern kann immer aufs Neue Ozonmoleküle (O₃) in normale Sauerstoffmoleküle (O₂) umwandeln. Dieser Effekt ist umso ausgeprägter, je geringer die Stabilität und je höher der Chloranteil der Verbindung ist. Je stärker die Ozonschicht geschädigt ist, desto mehr der kurzwelligen UV-Anteile werden bis zur Erdoberfläche durchgelassen. Zahlenmäßig erfassbar wird der Beitrag eines Kältemittels zum Abbau der Ozonschicht durch den ODP-Wert (Ozone Depletion Potential DIN 8960 Tab. 2); dieser ist per Definition für R11 gleich 1,0. Besonders hohe ODP-Werte von bis zu 10 (R13B1) erreichen bromierte Kohlenwasserstoffe; die ODP-Werte der noch zugelassenen Kältemittel liegen alle nahe Null (Ausnahme R22; ODPR22 = 0,055).

Zum anderen tragen Halogenierte Kohlenwasserstoffe ähnlich wie CO₂ zum Treibhauseffekt bei. Dabei wird kurzwellige Strahlung beim Auftreffen auf die Erdoberfläche in langwellige Strahlung umgewandelt, diese wird dann von der Kohlendioxidschicht (bzw. der FCKW- oder Halon-Schicht) reflektiert. Während CO₂ und Kohlenwasserstoffe aus nichtfossilen Quellen jedoch unbedenklich, da in den biologischen Kreislauf eingebunden sind, gilt dies nicht für die künstlich erzeugten und biologisch kaum abbaubaren Halogenierten Kohlenwasserstoffe. Dieser Effekt ist umso ausgeprägter, je höher die Stabilität der Verbindung ist. Zahlenmäßig erfassbar wird der Beitrag eines Kältemittels zum Treibhauseffekt durch den GWP-Wert (Global Warming Potential DIN 8960 Tab. 2); dieser ist per Definition für CO₂ gleich 1,0. Analog dazu wurde speziell für Halogenierte Kohlenwasserstoffe der HGWP-Wert (Halocarbon Global Warming Potential) eingeführt; im Unterschied zum GWP-Wert ist der HGWP-Wert für R11 gleich 1,0. Besonders hohe GWP-Werte von ca. 12000 erreichen R13 und R23; die GWP-Werte der heute üblichen Kältemittel liegen bei ca. 2000 bis 4000.

Aus diesen Gründen wurde 1987 unter Beteiligung von etwa 70 Nationen der Ausstieg aus Herstellung und Verwendung der FCKW beschlossen („Montreal-Protokoll“) und in nationale Bestimmungen übernommen, so für Deutschland durch einen Beschluss des Bundeskabinetts vom 30. Mai 1990 („Verordnung zum Verbot von bestimmten die Ozonschicht abbauenden Halogenierten Kohlenwasserstoffen“ („FCKW-Halon-Verbots-Verordnung“; Halon = bromierter Kohlenwasserstoff). Die FCKW wurden in der Folge durch andere Halogenierte Kohlenwasserstoffe ersetzt, in denen die Chloratome teilweise, wie in den HFCKW oder ganz, wie in den HFKW, FKW und KW, durch Fluor- oder Wasserstoffatome ausgetauscht sind. Für die chemischen Eigenschaften der einzelnen Zusammensetzungen gilt dabei generell, dass die Verbindung durch einen hohen Wasserstoffanteil brennbar, durch einen hohen Chloranteil giftig und durch einen hohen Fluoranteil stabil wird.

Um die alten FCKW-Anlagen unter möglichst gleichen Bedingungen weiterbetreiben zu können, sollten die als Ersatzkältemittel verwendeten HFCKW, HFKW, FKW und KW möglichst gleiche physikalische Eigenschaften aufweisen, was sich in manchen Fällen nur mit Mischungen erreichen lässt. Diese Mischungen werden nach ihrem Siedeverhalten in zeotrope und azeotrope Gemische unterteilt (DIN 8960 Abs. 3.6): Zeotrope (= nichtazeotrope) Gemische haben einen Siedebereich (= Temperaturglide, Differenz zwischen Siede- und Taupunkttemperatur bei konstantem Druck), und entmischen sich beim Sieden; Flüssigkeit und Dampf haben dabei unterschiedliche Zusammensetzungen. Azeotrope Gemische haben einen Siedepunkt und entmischen sich nicht beim Sieden, Flüssigkeit und Dampf haben also die gleiche Zusammensetzung

[Bearbeiten] Benennung

Die allgemeine Benennung der Kältemittel (DIN 8960 Abs. 6) erfolgt durch den Buchstaben R und nachfolgend drei (Sonderfälle: Zwei oder vier) Ziffern z, also in der Form Rzzz, unter Umständen auch mit angehängten Buchstaben b in der Form eines Kurzzeichens Rzzzbb.

Das „R“ steht für Refrigerant.

Die Ziffernfolge „zzz“ lässt Rückschlüsse auf die Summenformel zu. Die dritte Ziffer von links ergibt die Gruppenzuordnung.

Die Buchstabenfolge „bb“ bezeichnet Variationen in der Strukturformel.

[Bearbeiten] Benennung der organischen Kältemittel

Die Benennung der organischen Kältemittel erfolgt nach dem Schema (DIN 8960 Abs. 6.1)

R c – 1 h + 1 f;

Die erste Ziffer ist um 1 kleiner als die Anzahl c der Kohlenstoffatome,

die zweite Ziffer ist um 1 größer als die Anzahl h der Wasserstoffatome, und

die dritte Ziffer ist gleich der Anzahl f der Fluoratome je Molekül;

die Anzahl der Chloratome ist gleich der Anzahl der restlichen Bindungen.

Ein Molekül des Kältemittels R123 zum Beispiel besteht daher aus

c = 1 + 1 = 2 Kohlenstoffatomen,

h = 2 – 1 = 1 Wasserstoffatomen und

f = 3 Fluoratomen;

die zwei restlichen Bindungen werden durch zwei Chloratome aufgefüllt. Die Summenformel ist demnach C₂HF₃Cl₂, es handelt sich also um Trifluordichlorethan.

Sonderfälle

Falls die Anzahl c der Kohlenstoffatome 1 ist, ist c - 1 = 0. Die erste Ziffer wird in diesem Fall nicht ausgeschrieben, und nach dem Buchstaben R folgen unmittelbar die zweite und die dritte Ziffer. Das Kältemittel R22 (eigentlich R022) zum Beispiel besteht daher aus

c = 0 + 1 = 1 Kohlenstoffatomen,

h = 2 – 1 = 1 Wasserstoffatomen und

f = 2 Fluoratomen;

die eine restliche Bindung wird durch ein Chloratom aufgefüllt. Die Summenformel ist also CHF₂Cl, es handelt sich also um Difluorchlormethan.

Falls die Verbindung Brom enthält, wird der Benennung der Großbuchstabe B angefügt, gefolgt von der Anzahl der Bromatome. Das Kältemittel R13B1 zum Beispiel besteht aus

c = 0 + 1 = 1 Kohlenstoffatomen,

h = 1 – 1 = 0 Wasserstoffatomen und

f = 3 Fluoratomen;

die eine restliche Bindung wird durch ein Bromatom aufgefüllt (Die Anzahl eventuell vorhandener Chloratome wird um die Anzahl der Bromatome verringert). Die Summenformel ist demnach CF₃Br, es handelt sich also um Trifluorbrommethan.

Falls es sich um eine ungesättigte organische Verbindung handelt, wird vor die erste Ziffer noch eine 1 eingefügt. Das Kältemittel R1150 zum Beispiel besteht daher als

c = 1 + 1 = 2 Kohlenstoffatomen,

h = 5 – 1 = 4 Wasserstoffatomen und

f = 0 Fluoratomen;

die eine restliche Bindung ist Teil der Doppelbindung. Die Summenformel ist also C₂H₄, es handelt sich also um Ethen.

Falls es sich um zyklische Kohlenwasserstoffe handelt, wird dem Buchstaben R noch ein C angefügt. So wird zum Beispiel Cyclooctafluorbutan, Summenformel C₄F₈, als RC318 bezeichnet.

Da lediglich die Ziffern 0 bis 9 zur Verfügung stehen, funktioniert dieses Schema nur bis zu Kohlenwasserstoffen mit maximal 8 Wasserstoffatomen je Molekül.

Für Butan, Summenformel C₄H₁₀, mit seinen 10 Wasserstoffatomen zum Beispiel ist also ein anderes Schema erforderlich; es wird daher unter der Gruppe R6xx geführt (DIN 8960 Abs. 6.3.1).

Angehängte Kleinbuchstaben werden bei den Verbindungen mit zwei oder mehr Kohlenstoffatomen verwendet, um Isomere zu unterscheiden (DIN 8960 Abs. 3.5 und 6.1). Je alphabetisch höher der oder die angehängten Buchstaben, desto größer die Asymmetrie des Isomers. Bei Verbindungen mit zwei Kohlenstoffatomen bekommt das symmetrischste Isomer dabei keinen angehängten Buchstaben; so ist zum Beispiel

R134 1,1,2,2-Tetrafluorethan,

R134a dagegen 1,1,1,2-Tetrafluorethan.

Bei Verbindungen mit drei Kohlenstoffatomen (Propan-Derivate) werden zwei Kleinbuchstaben zur Bezeichnung des Isomers benötigt. Der erste Buchstabe bezieht sich dann auf das zentrale Kohlenstoffatom und wird in der Reihenfolge absteigender Masse der Substituenten (H, F und Cl) vergeben:

a	b	c	d	e	f
-CCl2-	-CClF-	-CF2-	-CHCl-	-CHF-	-CH2-

Der zweite Buchstabe bezeichnet auch hier die Asymmetrie des Isomers, d. h. wird nach steigender Massendifferenz zwischen den Substituenten an den terminalen Kohlenstoffatomen vergeben; das symmetrischste Isomer erhält den Buchstaben a (im Gegensatz zur Bezeichnungsweise bei den Ethan-Derivaten, bei denen das symmetrischste Isomer keinen Buchstaben erhält).

Zeotrope Gemische von Kohlenwasserstoffen werden unter R4xx, azeotrope Gemische von Kohlenwasserstoffen unter R5xx zusammengefasst (DIN 8960 Abs. 6.2). Die beiden letzten Ziffern bezeichnen die qualitative Zusammensetzung; angehängte Buchstaben werden hier verwendet, um unterschiedliche Mischungsverhältnisse zu kennzeichnen.

[Bearbeiten] Benennung der anorganischen Kältemittel

Die Benennung der Anorganischen Verbindungen erfolgt nach dem Schema ( DIN 8960 Abs. 6.3.2)

R 7zz

Die erste Ziffer, 7, bezeichnet die Gruppe der Anorganischen Verbindungen; die beiden folgenden Ziffern geben die Molmasse an. Das Kältemittel R717, NH₃, hat zum Beispiel eine Molmasse von 17 g.

Angehängte Buchstaben werden verwendet, um Isobare zu unterscheiden. So ist zum Beispiel Kohlendioxid R744; für das neue Kältemittel Distickstoffmonoxid (Stickoxydul) ist die Bezeichnung R744A in der Diskussion. Da ein Mol eines beliebigen Gases unter Normbedingungen (0 °C und 1,013 bar) ein Volumen von etwa 22,4 l = 0,0224 m³ beansprucht, ergibt sich aus der Molmasse die Normdichte des gasförmigen Kältemittels:

Normdichte (in kg/m³) = Molmasse (in kg) / 0,0224 m³

Bei den Anorganischen Verbindungen ergibt sich die Molmasse in g direkt aus den beiden letzten Ziffern der Benennung, bei den Kohlenwasserstoffen der Gruppen R xx, R1xx, R2xx und R3xx aus der Summenformel. So hat zum Beispiel R143 mit der Summenformel C₂H₃F₃ die Molmasse

2 · 12 g (C) + 3 · 1 g (H) + 3 · 19 g (F) = 65 g (C₂H₃F₃)

und damit die Normdichte

65 g / 0,0224 m³ = 0,065 kg / 0,90224 m³ = 2,902 kg/m³

Die hohe Molmasse von Brom, immerhin 80 g, bewirkt, dass bromierte Kohlenwasserstoffgase eine relativ hohe Dichte aufweisen und somit rasch die Luft aus der Bodennähe verdrängen. Bromierte Kohlenwasserstoffe wurden daher unter der Bezeichnung „Halon“ vor allem zur Brandbekämpfung eingesetzt.

Zum Erstellen der Summen- und der Strukturformeln müssen natürlich die Wertigkeiten der Elemente, d. h. die Anzahl der Bindungen, welche von einem Atom ausgehen, bekannt sein.

[Bearbeiten] Kurzzeichen

[Bearbeiten] Kurzzeichen der organischen Kältemittel

[Bearbeiten] R xx Kohlenwasserstoffe mit 1 Kohlenstoffatom

R 10	CCl4	Tetrachlormethan	CKW
R 11	CFCl3	Trichlorfluormethan	FCKW
R 12	CF2Cl2	Dichlordifluormethan	FCKW
R 12B1	CF2ClBr	Bromchlordifluormethan	FCKW
R 12B2	CF2Br2	Dibromdifluormethan	FCKW
R 13	CF3Cl	Chlortrifluormethan	FCKW
R 13B1	CF3Br	Bromtrifluormethan	FCKW
R 14	CF4	Tetrafluormethan	FKW
R 20	CHCl3	Trichlormethan
R 21	CHFCl2	Dichlorfluormethan	HFCKW
R 22	CHF2Cl	Chlordifluormethan	HFCKW
R 22B1	CHF2Br	Bromdifluormethan	HFCKW
R 23	CHF3	Trifluormethan	HFKW
R 30	CH2Cl2	Dichlormethan
R 31	CH2FCl	Chlorfluormethan	HFCKW
R 32	CH2F2	Difluormethan	HFKW
R 40	CH3Cl	Chlormethan
R 41	CH3F	Fluormethan
R 50	CH4	Methan	KW

[Bearbeiten] R1xx Kohlenwasserstoffe mit 2 Kohlenstoffatomen

R110	C2Cl6	Hexachlorethan
R111	C2FCl5	Pentachlorfluorethan	FCKW
R112	C2F2Cl4	1,1,2,2-Tetrachlor-1,2-difluorethan	FCKW
R112a	C2F2Cl4	1,1,1,2-Tetrachlor-2,2-difluorethan	FCKW
R113	C2F3Cl3	1,1,2-Trichlor-1,2,2-trifluorethan	FCKW
R113a	C2F3Cl3	1,1,1-Trichlor-2,2,2-trifluorethan	FCKW
R114	C2F4Cl2	1,2-Dichlor-1,1,2,2-tetrafluorethan	FCKW
R114a	C2F4Cl2	1,2-Dichlor-1,2,2,2-tetrafluorethan	FCKW
R115	C2F5Cl	Chlorpentafluorethan	FCKW
R116	C2F6	Hexafluorethan	FKW
R120	C2HF2Cl3	Pentachlorethan
R122	C2HF2Cl3	Trichlordifluorethan	HFCKW
R123	C2HF3Cl2	2,2-Dichlor-1,1,1-trifluorethan	HFCKW
R123a	C2HF3Cl2	1,2-Dichlor-1,1,2-trifluorethan	HFCKW
R124	C2HF4Cl	2-Chlor-1,1,1,2-tetrafluorethan	HFCKW
R124a	C2HF4Cl	Chlor-1,1,2,2-tetrafluorethan	HFCKW
R125	C2HF5	Pentafluorethan	HFKW
R131	C2H2FCl3	Trichlorfluorethan	HFCKW
R132	C2H2F2Cl2	Dichlordifluorethan	HFCKW
R133a	C2H2F3Cl	1-Chlor-2,2,2-Trifluorethan	HFCKW
R134	C2H2F4	1,1,2,2-Tetrafluorethan	HFKW
R134a	C2H2F4	1,1,1,2-Tetrafluorethan	HFKW
R141	C2H3FCl2	1,2-Dichlor-1-fluorethan	HFCKW
R141b	C2H3FCl2	1,1-Dichlor-1-fluorethan	HFCKW
R142	C2H3F2Cl	Chlor-1,2-difluorethan	HFCKW
R142b	C2H3F2Cl	1-Chlor-1,1-difluorethan	HFCKW
R143	C2H3F3	1,1,2-Trifluorethan	HFKW
R143a	C2H3F3	1,1,1-Trifluorethan	HFKW
R1112a	C2H2Cl2F2	1,1-Dichlor-2,2-difluorethan
R1113	C2H2ClF3	1-Chlor-1,2,2-Trifluorethan
R1114	C2F4	Tetrafluorethen
R1120	C2HCl3	Trichlorethen
R1130	C2H2Cl2	1,2-Dichlorethen
R1132a	C2H2Cl2	1,1-Difluorethen
R1140	C2H3Cl	Chlorethen (früher: Vinylchlorid)	HCKW
R1141	C2H4F	Fluorethen (früher: Vinylfluorid)	KW
R1150	C2H4	Ethen (früher: Ethylen)	KW
R150	C2H4Cl2	1,2-Dichlorethan
R150a	C2H4Cl2	1,1-Dichlorethan
R151	C2H4FCl	Chlorfluorethan	HFCKW
R152a	C2H4F2	1,1-Difluorethan	HFKW
R160	C2H5Cl	Chlorethan
R170	C2H6	Ethan	KW

[Bearbeiten] R2xx Kohlenwasserstoffe mit 3 Kohlenstoffatomen

R211	C3Cl7F	Heptachlorfluorpropan	FCKW
R212	C3Cl6F2	Hexachlordifluorpropan	FCKW
R213	C3Cl5F3	Pentachlortrifluorpropan	FCKW
R214	C3Cl4F4	Tetrachlortetrafluorpropan	FCKW
R215	C3Cl3 F5	Trichlorpentafluorpropan	FCKW
R216ca	C3Cl2F6	1,3-Dichlor-1,1,2,2,3,3-hexafluorpropan	FCKW
R217	C3ClF7	Chlorheptafluorpropan	FCK
R218	C3F8	Octafluorpropan	FKW
R221	C3HFCl6	Hexachlorfluorpropan	HFCKW
R222	C3HF2Cl5	Pentachlordifluorpropan	HFCKW
R223	C3HF3 Cl4	Tetrachlortrifluorpropan	HFCKW
R224	C3HF4Cl3	Trichlortetrafluorpropan	HFCKW
R225	C3HF5Cl2	Dichlorpentafluorpropan	HFCKW
R225ca	C3HF5Cl2	1,1-Dichlor-2,2,2,3,3-pentafluorpropan	HFCKW
R225cb	C3HF5Cl2	1,3-Dichlor-1,1,2,2,3-pentafluorpropan	HFCKW
R227ea	C3HF7	1,1,1,2,3,3,3-Heptafluorpropan	HFKW
R236fa	C3H2F6	1,1,1,3,3,3-Hexafluorpropan	HFKW
R245cb	C3H3F5	1,1,1,2,2-Pentafluorpropan	HFKW
R1270	C3H6	Propen (früher: Propylen)	KW
R290	C3H8	Propan	KW

[Bearbeiten] R3xx Kohlenwasserstoffe mit 4 Kohlenstoffatomen

RC316	C4Cl2F6	1,2-Dichlor-1,2,3,3,4,4-hexafluorcyclobutan	FCKW
RC317	C4F7Cl	Chlorheptafluorcyclobutan	FCKW
RC318	C4F8	Octafluorcyclobutan	FKW

[Bearbeiten] R4xx Zeotrope Gemische von Kohlenwasserstoffen

R401A	53,0 % 13,0 % 34,0 %	R22 R152a R124
R401B	61,0 % 11,0 % 28,0 %	R22 R152a R124
R401C	33,0 % 15,0 % 52,0 %	R22 R152a R124
R402A	60,0 % 2,0 % 38,0 %	R125 R290 R22
R402B	38,0 % 2,0 % 60,0 %	R125 R290 R22
R403A	75,0 % 20,0 % 5,0 %	R22 R218 R290
R403B	56,0 % 39,0 % 5,0 %	R22 R218 R290
R404A	44,0 % 4,0 % 52,0 %	R125 R134a R143a
R405A	45,0 % 7,0 % 5,5 % 42,5 %	R22 R152a R142b RC318
R406A	55,0 % 41,0 % 4,0 %	R22 R142b R600a
R407A	20,0 % 40,0 % 40,0 %	R32 R125 R134a
R407B	10,0 % 70,0 % 20,0 %	R32 R125 R134a
R407C	23,0 % 25,0 % 52,0 %	R32 R125 R134a
R407D	15,0 % 15,0 % 70,0 %	R32 R125 R134a
R408A	7,0 % 46,0 % 47,0 %	R125 R143a R22
R409A	60,0 % 25,0 % 15,0 %	R22 R124 R142b
R409B	65,0 % 25,0 % 10,0 %	R22 R124 R142b
R410A	50,0 % 50,0 %	R32 R125
R410B	45,0 % 55,0 %	R32 R125
R411A	1,5 % 87,5 % 11,0 %	R1270 R22 R152a
R411B	3,0 % 94,0 % 3,0 %	R1270 R22 R152a
R412A	70,0 % 5,0 % 25,0 %	R22 R218 R142b
R413A	88,0 % 9,0 % 3,0 %	R134a R218 R600a

[Bearbeiten] R5xx Azeotrope Gemische von Kohlenwasserstoffen

R500	73,8 % 26,2 %	R12 R152a
R501	25,0 % 75,0 %	R12 R22
R502	48,8 % 51,2 %	R22 R115
R503	59,9 % 40,1 %	R13 R23
R504	48,2 % 51,8 %	R32 R115
R505	78,0 % 22,0 %	R12 R31
R506	55,1 % 44,9 %	R31 R114
R507A	50,0 % 50,0 %	R125 R143a
R508A	39,0 % 61,0 %	R23 R116
R508B	46,0 % 54,0 %	R23 R116
R509A	44,0 % 56,0 %	R22 R218

[Bearbeiten] R6xx Sonstige

R600	C4H10	N-Butan	KW
R600a	C4H10	I-Butan	KW
R610	C4H10O	Diethylether
R611	C2H4O2	Ethansäure
R630	CH3NH2	Methylamin
R631	C2H5NH2	Ethylamin

[Bearbeiten] Kurzzeichen der anorganischen Kältemittel

[Bearbeiten] R7xx Anorganische Verbindungen

R702	H2	Wasserstoff
R704	He	Helium
R717	NH3	Ammoniak
R718	H2O	Wasser
R720	Ne	Neon
R723		azeotropes Gemisch aus 60,0 Ma% Ammoniak und 40,0 Ma% Dimethylether
R728	N2	Stickstoff
R732	O2	Sauerstoff
R740	Ar	Argon
R744	CO2	Kohlenstoffdioxid
R744A	N2O	Distickstoffmonoxid (veraltet: Stickoxydul)
R764	SO2	Schwefeldioxid

[Bearbeiten] Leitungskennzeichnung

Die Kennzeichnung der Leitungen in einer Kälteanlage erfolgt allgemein durch einseitig zugespitzte, farbige Schilder (DIN 2405). Die Spitze gibt dabei die Durchflussrichtung an, die Grundfarbe die Art des Mediums.

Bei brennbaren Kältemitteln ist die Spitze rot.

Bei Kältemitteln befinden sich hinter der Spitze einer oder mehrere Querstreifen.

Die Querstreifenfarbe gibt den Zustand des Kältemittels an.

Die Anzahl der Querstreifen steht für die Zahl der jeweiligen Stufe der Kälteanlage. Ausgegangen wird dabei von der Stufe tiefster Temperaturen: Primärkreis = 1. Stufe, Sekundärkreis = 2. Stufe usw..

Zuordnung der Grundfarben und Querstreifenfarben zu Art und Zustand des Mediums:

Art des Mediums	Grundfarbe	Zustand des Mediums	Querstreifenfarbe
Sole	violett RAL 4001	flüssig
Flüssiges Kühlgut	braun RAL 8001	flüssig
Luft	blau RAL 5009	gasförmig
Vakuum	grau RAL 7002	(Vakuum)
Wasser	grün RAL 6010	flüssig
Wasserdampf	rot RAL 3003	gasförmig
Kältemittel	gelb RAL 1012	kalt, gasförmig	blau RAL 5009
Kältemittel	gelb RAL 1012	heiß, gasförmig	rot RAL 3003
Kältemittel	gelb RAL 1012	flüssig	grün RAL 6010

[Bearbeiten] Siehe auch

Thermodynamik, Wärmepumpe, Kältemaschine, Kühlschrank

[Bearbeiten] Weblinks

• R744.com - Portal für CO₂ als Kältemittel - FAQs, Wissenschaftliche Dokumente, Nachrichten, Politik, Hersteller / Produkte
• Refripro - das europäische Portal für die Kälte- und Klimatechnik - Kältemitteltabelle, Lieferanten, Gesetzgebung etc.
• Der Kältemittelreport - eine gute Übersicht über alle Kältemittel von der Fa. Bitzer
• Welches Kältemittel für die Klimatechnik? (Carrier GmbH)