Kühlschränke und Gefrierschränke, die als Tieftemperaturlager für Haushalte und Gewerbe dienen, unterliegen einer ständigen Weiterentwicklung der Kältemittelauswahl. Im Fokus stehen dabei die Anpassungsfähigkeit der Kühlleistung und die Einhaltung umweltrechtlicher Vorgaben. Die gängigen Typen und Eigenschaften sind in den verschiedenen Entwicklungsstadien optimal auf die Bedürfnisse der Geräte abgestimmt.
Anfängliche Verbreitung: Einsatz von FCKW-Kältemitteln mit „hoher Effizienz, aber hohem Schadenspotenzial“
Von den 1950er- bis zu den 1990er-Jahren war R12 (Dichlordifluormethan) das mit Abstand am häufigsten verwendete Kältemittel. Aufgrund seiner thermodynamischen Eigenschaften war R12 optimal für die Anforderungen der Tieftemperaturlagerung geeignet: Mit einer Standardverdampfungstemperatur von -29,8 °C erfüllte es problemlos die Temperaturvorgaben für Kühlfächer (0–8 °C) und Gefrierfächer (unter -18 °C). Darüber hinaus zeichnete es sich durch eine extrem hohe chemische Stabilität und hervorragende Verträglichkeit mit Kupferrohren, Stahlgehäusen und Mineralölen im Inneren von Kühlschränken aus. Korrosion und Verstopfungen traten nur selten auf, und die Lebensdauer der Geräte betrug mehr als 10 Jahre.
R12 hat einen ODP-Wert von 1,0 (ein Richtwert für das Ozonabbaupotenzial) und einen GWP-Wert von ca. 8500 und ist damit ein starkes Treibhausgas. Mit dem Inkrafttreten des Montrealer Protokolls wurde die weltweite Verwendung von R12 in neu produzierten Gefrierschränken seit 1996 schrittweise verboten. Aktuell enthalten nur noch einige ältere Geräte Restmengen dieses Kältemittels und stehen vor dem Problem, dass bei der Wartung keine alternativen Kältemittelquellen zur Verfügung stehen.
Übergangsphase: Grenzen des „Teilersatzes“ durch HFCKW-Kältemittel
Um die Abschaffung von R12 zu überbrücken, wurde R22 (Difluormonochlormethan) kurzzeitig in einigen gewerblichen Gefrierschränken (z. B. in kleinen Supermärkten) eingesetzt. Sein Vorteil liegt darin, dass seine thermodynamische Leistung nahezu der von R12 entspricht, ohne dass wesentliche Änderungen an Kompressor und Rohrleitungen des Gefrierschranks erforderlich sind. Zudem wird sein Ozonabbaupotenzial (ODP) auf 0,05 reduziert, wodurch seine ozonschädigende Wirkung deutlich verringert wird.
Die Nachteile von R22 sind jedoch offensichtlich: Zum einen liegt sein GWP-Wert bei etwa 1810 und zählt damit weiterhin zu den Treibhausgasen mit hohem Treibhausgaspotenzial, was dem langfristigen Umweltschutztrend widerspricht. Zum anderen ist die Kälteleistung (COP) von R22 geringer als die von R12, was bei der Verwendung in Haushaltskühlschränken zu einem um etwa 10–15 % höheren Stromverbrauch führt. Daher hat es sich nicht als Standardkältemittel für Haushaltskühlschränke durchgesetzt. Mit dem beschleunigten weltweiten Ausstieg aus der Verwendung von HFCKW-haltigen Kältemitteln im Jahr 2020 ist R22 im Bereich der Kühl- und Gefrierschränke praktisch verschwunden.
I. Gängige Kältemittel der Gegenwart: Szenariospezifische Anpassung von HFKW und Kältemitteln mit niedrigem GWP
Die derzeit auf dem Markt erhältlichen Kältemittel für Kühlschränke zeichnen sich durch die Unterscheidung zwischen Haushalts- und Gewerbenutzung sowie durch ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Umweltschutz und Kosten aus und lassen sich im Wesentlichen in zwei Haupttypen unterteilen, die sich an die funktionalen Bedürfnisse verschiedener Geräte anpassen:
1. Kleine Gefrierschränke: „Stabile Dominanz“ von Kältemitteln
R134a (Tetrafluorethan) ist das am weitesten verbreitete Kältemittel für moderne Kühlschränke (insbesondere Modelle mit einem Fassungsvermögen von weniger als 200 Litern) und macht über 70 % aus. Seine wichtigsten Vorteile zeigen sich in drei Aspekten: Erstens erfüllt es die Umweltschutzstandards mit einem ODP-Wert von 0, wodurch das Risiko einer Schädigung der Ozonschicht vollständig ausgeschlossen und die grundlegenden Anforderungen globaler Umweltvorschriften erfüllt werden; zweitens ist seine thermodynamische Leistung mit einer Standardverdampfungstemperatur von -26,1 °C geeignet, wodurch zusammen mit dem hocheffizienten Kompressor des Kühlschranks die Temperatur im Gefrierfach stabil zwischen -18 °C und -25 °C gehalten werden kann, und seine Kälteleistung (COP) ist 8–12 % höher als die von R22, was den Stromverbrauch des Geräts reduzieren kann; Drittens bietet es zuverlässige Sicherheit, da es zu den Kältemitteln der Klasse A1 gehört (ungiftig und nicht entflammbar). Selbst bei einem geringfügigen Leck stellt es keine Sicherheitsgefährdung für die Wohnumgebung dar und weist eine gute Verträglichkeit mit den Kunststoffteilen und dem Kompressorschmieröl im Inneren des Kühlschranks sowie eine geringe Ausfallrate auf.
Darüber hinaus verwenden einige mittel- bis hochpreisige Haushaltskühlschränke R600a (Isobutan, ein Kohlenwasserstoff) – ein natürliches Kältemittel mit einem Ozonabbaupotenzial (ODP) von 0 und einem Treibhauspotenzial (GWP) von nur 3. Es ist deutlich umweltfreundlicher als R134a und seine Kühlleistung ist 5–10 % höher, was den Energieverbrauch weiter senken kann. Allerdings gehört R600a zur Kältemittelklasse A3 (hochentzündlich) und kann bei Kontakt mit offener Flamme explodieren, sobald seine Volumenkonzentration in der Luft 1,8–8,4 % erreicht. Daher ist es nur für den Einsatz in Haushaltskühlschränken geeignet (die Füllmenge ist streng auf 50-150 g begrenzt, viel geringer als bei gewerblichen Geräten), und der Kühlschrank muss mit Leckageerkennungsvorrichtungen (wie z. B. Drucksensoren) und explosionsgeschützten Kompressoren ausgestattet sein, wodurch die Kosten 15-20 % höher sind als bei Modellen mit R134a, weshalb es sich nicht vollständig durchgesetzt hat.
2. Gewerbliche Gefrierschränke / große Kühlschränke: „Allmähliche Verbreitung“ von Kältemitteln mit niedrigem GWP
Gewerbliche Gefrierschränke (wie z. B. Inselgefrierschränke in Supermärkten) stellen aufgrund ihres großen Fassungsvermögens (in der Regel über 500 Liter) und ihrer hohen Kälteleistung höhere Anforderungen an den Umweltschutz und die Kälteleistung der Kältemittel. Aktuell lassen sich die gängigen Optionen in zwei Kategorien einteilen:
(1) HFKW-Gemische: „Hochlastanpassung“ von R404A
R404A (ein Gemisch aus Pentafluorethan, Difluormethan und Tetrafluorethan) ist das gängigste Kältemittel für gewerbliche Tiefkühlgeräte (z. B. -40 °C-Schnellgefriergeräte) und hat einen Marktanteil von ca. 60 %. Sein Vorteil liegt in seiner hervorragenden Kühlleistung bei niedrigen Temperaturen: Bei einer Verdampfungstemperatur von -40 °C ist die Kühlleistung 25–30 % höher als die von R134a. Dadurch kann der Bedarf an Tiefkühllagerung in Gefriergeräten schnell gedeckt werden. R404A gehört zur Kältemittelklasse A1 (ungiftig und nicht brennbar) und kann in Mengen von bis zu mehreren Kilogramm (weit über der von Haushaltskühlschränken) verwendet werden, ohne dass Brandgefahr besteht. Es eignet sich daher auch für den Betrieb großer Gefriergeräte unter hoher Last.
Die umweltbezogenen Mängel von R404A sind jedoch zunehmend deutlich geworden. Sein GWP-Wert liegt bei 3922 und zählt damit zu den hohen Treibhausgasen. Die Europäische Union und andere Regionen haben daher Vorschriften erlassen, um seine Verwendung einzuschränken (beispielsweise das Verbot der Verwendung von Kältemitteln mit einem GWP-Wert über 2500 in neu produzierten gewerblichen Gefrierschränken ab 2022). Aus diesem Grund wird R404A schrittweise durch Kältemittel mit niedrigerem GWP-Wert ersetzt.
(2) Typen mit niedrigem GWP: „Umweltalternativen“ zu R290 und CO₂
Vor dem Hintergrund verschärfter Umweltauflagen haben sich R290 (Propan) und CO₂ (R744) als vielversprechende Alternativen für gewerbliche Gefrierschränke etabliert und passen sich unterschiedlichen Bedürfnissen in verschiedenen Anwendungsszenarien an:
R290 (Propan)Hauptsächlich wird R290 in kleinen gewerblichen Gefrierschränken (z. B. in Kühlhäusern) eingesetzt. Sein Ozonabbaupotenzial (ODP) liegt bei 0, sein Treibhauspotenzial (GWP) bei etwa 3, was einen extrem hohen Umweltschutz gewährleistet. Die Kälteleistung ist 10–15 % höher als die von R404A, wodurch der Energieverbrauch gewerblicher Gefrierschränke gesenkt werden kann (gewerbliche Geräte laufen mehr als 20 Stunden am Tag, und die Energiekosten machen einen großen Teil davon aus). R290 gehört jedoch zur Kältemittelklasse A3 (hochentzündlich), und die Füllmenge muss streng auf 200 g begrenzt werden (daher ist es nur für kleine Gefrierschränke geeignet). Außerdem müssen die Gefrierschränke mit explosionsgeschützten Kompressoren, leckagefreien Leitungen (z. B. Kupfer-Nickel-Legierungsrohren) sowie entsprechenden Belüftungs- und Wärmeableitungssystemen ausgestattet sein. Derzeit liegt sein Anteil in europäischen Kühlhäusern bei über 30 %.
CO₂ (R744)Hauptsächlich wird CO₂ in gewerblichen Tiefkühltruhen (z. B. für biologische Proben bis -60 °C) eingesetzt. Seine Standardverdampfungstemperatur liegt bei -78,5 °C, wodurch eine Lagerung bei extrem niedrigen Temperaturen ohne komplexe Kaskadenkühlung möglich ist. Es hat einen Ozonabbaupotenzial (ODP) von 0 und ein Treibhauspotenzial (GWP) von 1, bietet somit einen unersetzlichen Umweltschutz, ist ungiftig und nicht brennbar und bietet eine höhere Sicherheit als R290. CO₂ hat jedoch eine niedrige kritische Temperatur (31,1 °C). Bei Umgebungstemperaturen über 25 °C ist die transkritische Kreislauftechnologie erforderlich, was zu einem Kompressordruck von bis zu 10–12 MPa im Gefrierschrank führt. Dies erfordert den Einsatz hochfester Edelstahlleitungen und hochdruckbeständiger Kompressoren und verursacht Kosten, die 30–40 % höher sind als bei R404A-Gefrierschränken. Daher wird es derzeit hauptsächlich in Bereichen eingesetzt, in denen extrem hohe Anforderungen an den Umweltschutz und niedrige Temperaturen gestellt werden (wie z. B. in medizinischen und wissenschaftlichen Forschungsgefrierschränken).
II. Zukünftige Trends bei Kältemitteln: Niedriges Treibhauspotenzial und hohe Sicherheit rücken in den Mittelpunkt
In Verbindung mit globalen Umweltauflagen (wie der EU-F-Gas-Verordnung, Chinas Umsetzungsplan zum Montrealer Protokoll) und technologischen Verbesserungen bei den Geräten werden die Kältemittel für Kühlschränke und Gefrierschränke in Zukunft drei Haupttrends aufweisen:
HaushaltskühlschränkeR600a wird R134a schrittweise ersetzen. Dank ausgereifter Technologien zur Leckage- und Explosionsvermeidung (wie z. B. neue Dichtungsstreifen und automatische Leckageabschaltungen) werden die Kosten für R600a voraussichtlich sinken (ein Rückgang um 30 % in den nächsten 5 Jahren wird erwartet). Gleichzeitig werden seine Vorteile hinsichtlich Umweltverträglichkeit und Kühlleistung stärker zur Geltung kommen. Es wird erwartet, dass der Anteil von R600a in Haushaltskühlschränken bis 2030 50 % übersteigen und R134a als Standardkältemittel ablösen wird.
Gewerbliche Gefrierschränke: „Zweigleisige Entwicklung“ von CO₂- und HFO-Gemischen – für gewerbliche Tiefkühltruhen (unter -40 °C) wird sich die technische Reife von CO₂ weiter verbessern (z. B. durch hocheffiziente transkritische Kompressoren), und die Kosten werden schrittweise sinken, wobei der Anteil bis 2028 voraussichtlich 40 % übersteigen wird; für gewerbliche Mitteltemperatur-Tiefkühltruhen (-25 °C bis -18 °C) wird R454C (ein Gemisch aus HFOs und HFCs, GWP≈466) zum Standard werden, da seine Kälteleistung nahe an der von R404A liegt und es zu den Kältemitteln der Klasse A2L (geringe Toxizität und geringe Entflammbarkeit) gehört, wobei keine strengen Beschränkungen für die Füllmenge gelten, wodurch Umweltschutz und Praktikabilität in Einklang gebracht werden.
Verbesserte SicherheitsstandardsVon „passivem Schutz“ zu „aktiver Überwachung“ – unabhängig von Haushalts- oder Gewerbegeräten werden zukünftige Kältemittelsysteme generell mit Funktionen zur „intelligenten Leckageüberwachung + automatischen Notfallbehandlung“ ausgestattet sein (wie z. B. Laser-Leckagesensoren für Haushaltskühlschränke, Konzentrationsalarme und Belüftungsanschlüsse für gewerbliche Gefrierschränke), insbesondere bei brennbaren Kältemitteln wie R600a und R290, um potenzielle Sicherheitsrisiken durch technische Mittel zu beseitigen und die umfassende Verbreitung von Kältemitteln mit niedrigem GWP zu fördern.
III. Priorität der Kernszenario-Übereinstimmung
Um den Bedürfnissen verschiedener Anwender gerecht zu werden, können bei der Auswahl von Kältemitteln für Kühlschränke folgende Grundsätze beachtet werden:
Für private Haushalte: R600a-Modelle sind vorzuziehen (ausgewogenes Verhältnis von Umweltschutz und Energieeinsparung). Sofern das Budget es zulässt (200–500 Yuan teurer als R134a-Modelle), sollten Kühlschränke mit der Kennzeichnung „R600a-Kältemittel“ bevorzugt werden. Ihr Stromverbrauch ist 8–12 % niedriger als der von R134a-Modellen, und sie sind umweltfreundlicher. Nach dem Kauf ist darauf zu achten, dass die Rückseite des Kühlschranks (wo sich der Kompressor befindet) nicht in der Nähe von offenem Feuer steht und die Türdichtungen regelmäßig auf Dichtheit geprüft werden, um das Risiko von Leckagen zu minimieren.
Gewerbliche Nutzer:Die Wahl sollte sich nach den Temperaturanforderungen richten (Kosten und Umweltschutz im Gleichgewicht): Für Mitteltemperatur-Gefrierschränke (z. B. in Supermärkten) eignen sich R290-Modelle mit niedrigeren langfristigen Betriebsenergiekosten; für Ultratiefkühlschränke (z. B. Schnellgefriergeräte) sind bei ausreichendem Budget CO₂-Modelle vorzuziehen, da sie den aktuellen Umweltauflagen entsprechen und das Risiko eines zukünftigen Ausstiegs vermeiden; sollte kurzfristig auf die Kosten geachtet werden, bieten sich R454C-Modelle als Übergangslösung an, die Leistung und Umweltschutz in Einklang bringen.
Wartung und AustauschVerwenden Sie unbedingt das Original-Kältemittel – bei der Wartung alter Kühl- und Gefrierschränke dürfen Sie das Kältemittel nicht willkürlich austauschen (z. B. R134a durch R600a ersetzen), da unterschiedliche Kältemittel unterschiedliche Anforderungen an das Kompressorschmieröl und den Leitungsdruck stellen. Die Verwendung unterschiedlicher Kältemittel kann zu Kompressorschäden oder zum Ausfall der Kühlung führen. Wenden Sie sich zum Nachfüllen des Kältemittels an Fachleute, die die Angaben auf dem Typenschild des Geräts beachten.
Veröffentlichungsdatum: 29.08.2025 Aufrufe: