CO-2 als Kältemittel
CO2 als Kältemittel R744
In der EU-Richtlinie 2006/40/EG wurde ein Verbot von fluorierten Treibhausgasen mit einem GWP-Wert (Global Warming Potential) von mehr als 150 für neue Fahrzeugtypen ab 2011 festgelegt.
Betroffen davon sind:
Kraftfahrzeuge der Klasse M1 (Kfz zur Personenbeförderung mit max. 8 Sitzplätzen plus Fahrer) und der Klasse N1 (Nfz mit einem zul. Gesamtgewicht bis 3,5t) für die ab dem 01.01.2011 eine Typgenehmigung erteilt wurde und die innerhalb der Europäischen Union betrieben werden.
Fahrzeughersteller im Verband der Automobilindustrie e. V. (VDA) haben sich dann im September 2007 darauf verständigt, als weltweit erste Automobilunternehmen das besonders umweltfreundliche natürliche Kältemittel R744 (CO2) künftig in Fahrzeugklimaanlagen einzusetzen, da es am wenigsten umweltschädlich ist und somit die gesetzlichen Vorschriften am ehesten erfüllt. Zudem besteht bei R744 keine Gefahr der Entzündung oder Entstehung von Säure. Kohlendioxid wird schon sehr lange in stationären Anlagen als Kältemittel eingesetzt. Der Betriebsdruck für Klimaanlagen mit R744 liegt zwischen 30 bar und 180 bar, was eine ganz andere Technik erforderlich macht. Kompressoren und Leitungen müssen auf solch hohe Drücke ausgelegt werden und zudem sind andere Dichtungsmaterialien nötig, da R744 wie ein starkes Lösungsmittel wirkt. Allerdings ist R744 in der Anschaffung als Gas relativ günstig, gerade im Vergleich zu R1234yf.
Umweltbundesamt
Seit über 10 Jahren wird intensiv an der Eignung des Kältemittels CO2 für den Einsatz in Fahrzeugklimaanlagen geforscht, da R744 mit einem GWP von 1 am wenigsten umweltschädlich ist. Wichtige strittige Fragen im Zusammenhang mit der Anwendung von Kohlendioxid als Kältemittel wie Leistungsfähigkeit der Klimaanlage und zusätzlicher Kraftstoffverbrauch im Anlagenbetrieb wollte das Umweltbundesamt geklärt haben.
Messungen des BMU (Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit) Forschungsvorhabens belegen die Leistungsfähigkeit des Kältemittels CO2 in Autoklimaanlagen. Die CO2-Klimaanlage kühlt sehr gut und arbeitet energieeffizient. In normalen europäischen Sommern ist der Energieverbrauch der CO2-Klimaanlage sogar geringer, als die der R134a Serienklimaanlage. Eine Systemvergleichsmessung hinsichtlich des Kraftstoffverbrauches zwischen einer Standard R134a und einer R744 Klimaanlage in einem VW Touran belegten dies. Auch Messergebnisse des Allgemeinen Deutschen Automobil-Clubs (ADAC) bestätigen das Ergebnis. Mit der CO2 Klimatechnik ist ein Innovationssprung verbunden. Die Klimaanlage könnte zum Beispiel in Elektrofahrzeugen zusätzlich als Wärmepumpe genutzt werden, was mit anderen Kältemitteln nicht, oder nur sehr ineffizient möglich ist.
Abgebildet ist der von der Firma Obrist umgerüstete VW-Touran welcher mit einer CO2-Prototypenanlage ausgestattet ist. Den Auftrag für den Umbau erteilte das Umweltbundesamt aufgrund der Tatsache, dass stationäre wie auch mobile Klima- und Kältesysteme weltweit maßgeblich am Ausstoß klimabeeinflussender Stoffe wie FCKW, HFCKW und HFKW beteiligt sind.
Bauteile des CO2 Klimasystem
Der Kältemittelverdichter
Der Kältemittelkompressor verdichtet das Kältemittel, wobei dieses seine kritische Temperatur von 31°C übersteigt.
Vom Kältemittelverdichter weiter zum Gaskühler
Vom Verdichter ausgehend gelangt das Kältemittel in den Gaskühler, wo es herunter gekühlt wird, aber weiterhin gasförmig noch unter hohem Druck steht.
Der Weg des Kältemittels vom Gaskühler zum internen Wärmetauscher
Der interne Wärmetauscher kühlt das Kältemittel weiterhin ab. Aufgrund der Abkühlung ändert sich der Zustand des Kältemittels. Es wird flüssig oder dampfförmig.
Vom internen Wärmetauscher zum Expansionsventil
Das in der Leitung vor dem Verdampfer sitzende Expansionsventil soll das Kältemittel entspannen. Es gelangt als Gas-/Flüssigkeitsgemisch in den Verdampfer.
Der Weg des Kältemittels vom Verdampfer über den internen Wärmetauscher zurück zum Kältemittelverdichter
Das Kältemittel gelangt als Gas-/Flüssigkeitsgemisch unter niedrigem Druck in den Verdampfer. Aufgrund der Wärmeaufnahme verdampft das Kältemittel im Verdamp-fer. Aus dem Verdampfer tritt das Kältemittel unter niedrigem Druck über den internen Wärmetauscher wieder in den Verdichter ein.
Wartung und Reparatur
Erwähnenswert ist, dass sich die mit dem Kältemittel R744 befüllte Klimaanlage im Vergleich zu der mit R134a befüllten Klimaanlage bezüglich der Wartungsarbeiten nur gering unterscheidet.
Um zu verhindern, das Klimaanlagen mit falschen Kältemitteln befüllt werden, haben die Systeme die mit R744 betrieben werden andere Füllanschlüsse als die, welche mit R12, R134a oder R 1234yf betrieben werden. Die drei genannten unterscheiden sich ebenfalls durch ihre Serviceanschlüsse voneinander.
Da das „natürliche“ Kältemittel R744 ungiftig und auch umweltverträglich ist, kann es direkt mit Hilfe eines passenden Schlauches in die Abgasabsauganlage der Kfz-Werkstatt geleitet werden. Deshalb muss es nicht zurückgewonnen werden.
Nachdem die Anlage entleert wurde, ist das System mit der entsprechenden Servicestation zu evakuieren, um Luft und Feuchtigkeit zu entfernen. Im Anschluss ist die Anlage nach Herstellervorgabe wieder mit den entsprechenden Betriebsstoffen zu befüllen und ein Probelauf durchzuführen.
Wegen der höheren Drücke (Niederdruck ca. 30 bar, Hochdruck ca. 180 bar) sowie der besseren Kälteleistung von R744 sind die Füllmengen im Vergleich zu den anderen Kältemitteln niedriger. Wegen der geringeren Füllmenge wird aber an die für R744 entwickelten Klima-Servicestationen eine wesentlich höhere Füllgenauigkeit bezüglich des Kältemittels und auch des Kältemittelöls gefordert.
