Kältemittelgemische (Blends)
Kältemittel auf Gemischbasis wurden entwickelt, um sowohl für Servicezwecke als auch für Neuanlagen in ihren Eigenschaften direkt vergleichbare Alternativen zu den bisher verwendeten Substanzen anzubieten. Grundsätzlich muss zwischen drei Kategorien unterschieden werden:
- Übergangs- bzw. Service-Gemische,
die meistens das HFCKW R22 als wesentlichen Bestandteil enthalten. Sie sind primär – im Hinblick auf das Verwendungsverbot von R502, R12 und anderen FCKW – als Service-Kältemittel für ältere Anlagen vorgesehen. Entsprechende Produkte werden von verschiedenen Herstellern angeboten, praktische Erfahrungen über notwendige Schritte bei Umrüstprozeduren sind vorhanden. Für den Einsatz dieser Gemische gelten allerdings die gleichen gesetzlichen Bestimmungen und Ausstiegsregelungen wie für R22 (R22 als Übergangskältemittel). - HFKW-Gemische
als Ersatzstoffe für die Kältemittel R502, R22, R13B1 und R503. Insbesondere R404A, R507A, R407C und R410A werden in größerem Umfang eingesetzt.
Eine Gruppe dieser HFKW-Gemische enthält auch Zusätze an Kohlenwasserstoffen. Letztere haben eine verbesserte Löslichkeit mit Schmierstoffen und ermöglichen unter bestimmten Voraussetzungen den Einsatz konventioneller Öle. Damit ergibt sich vielfach die Möglichkeit zur Umstellung bestehender (H)FCKW-Anlagen auf chlorfreie Kältemittel (ODP = 0) ohne die Notwendigkeit eines Ölwechsels. - HFO/HFKW-Gemische
als Nachfolge-Generation von HFKW-Kältemitteln. Es handelt sich dabei um Gemische von neuen „Low GWP‟ Kältemitteln (z.B. R1234yf) mit HFKWs. Wesentliches Ziel ist dabei eine weitere Senkung des Treibhauspotenzials (GWP) gegenüber etablierten halogenierten Substanzen („Low GWP‟ HFOs und HFO/HFKW-Gemische als Alternativen zu HFKWs).
Mehrstoffgemische haben bereits eine längere Tradition in der Kältetechnik. Dabei wird zwischen sog. „Azeotropen‟ (z.B. R502, R507A) – mit einem thermodynamischen Verhalten ähnlich den Einstoffkältemitteln – und „Zeotropen‟ – mit „gleitender“ Phasenänderung – unterschieden (Allgemeine Eigenschaften zeotroper Gemische). Die ursprüngliche Entwicklung von „Zeotropen‟ konzentrierte sich hauptsächlich auf Sonderanwendungen in Tieftemperatur- und Wärmepumpensystemen. Real ausgeführte Anlagen blieben aber eher die Ausnahme. Eine etwas häufigere Praxis war allerdings schon früher die Zumischung von R12 zu R22 zur Verbesserung des Ölrückflusses und zur Reduzierung der Druckgastemperatur bei höheren Druckverhältnissen. Üblich war auch die Zugabe von R22 in R12-Systeme zur Erhöhung der Leistung oder von Kohlenwasserstoffen im Extra-Tieftemperaturbereich zum verbesserten Öltransport.
Diese Möglichkeit zur spezifischen „Formulierung‟ bestimmter Eigenschaften war eine wesentliche Grundlage für die Entwicklung einer neuen Generation von Gemischen.
Eingangs (Kältemittelentwicklung und Gesetzeslage) wurde bereits erläutert, dass es keine direkten Einstoff-Alternativen (auf Basis fluorierter Kohlenwasserstoffe) für die ehemals eingesetzten und aktuellen Kältemittel mit höherer volumetrischer Kälteleistung als R134a gibt. Sie können deshalb nur als Gemische (Blends) „formuliert‟ werden. Unter Berücksichtigung der thermodynamischen Eigenschaften, Brennbarkeit, Toxizität und Treibhauspotenzial ist die Liste potenziell geeigneter Kandidaten jedoch stark eingeschränkt.
Für die früher entwickelten FCKW- und HFCKW-Substitute war die Bandbreite von Substanzen noch vergleichsweise groß, da auch Stoffe mit hohem GWP eingesetzt werden konnten. Zur Formulierung von Gemischen mit deutlich reduziertem GWP verbleiben hingegen neben R134a, R1234yf und R1234ze(E) in erster Linie noch die Kältemittel R32, R125 und R152a. Die meisten davon sind brennbar. Außerdem gibt es erhebliche Unterschiede im Siedepunkt, weshalb alle „Low GWP‟-Gemische mit hoher volumetrischer Kälteleistung einen deutlichen Temperaturgleit aufweisen (Allgemeine Eigenschaften zeotroper Gemische).