Alternativen für R114 und R12B1

Als geeignete Substitute gelten R227ea und R236fa, die jedoch wegen ihres relativ hohen GWP in der EU ab 2020 in neuen Anlagen nicht mehr eingesetzt werden dürfen.

R227ea ist nicht als vollwertiger Ersatz anzusehen. Tests und Erfahrungen in realen Anlagen zeigen zwar günstige Resultate, mit einer kritischen Temperatur von 102°C ist die Verflüssigungstemperatur aber bei üblicher Anlagentechnik auf 85 .. 90°C begrenzt.

R236fa bietet zumindest in dieser Hinsicht günstigere Voraussetzungen – die kritische Temperatur liegt oberhalb 120°C. Nachteilig ist jedoch die geringere volumetrische Kälteleistung. Sie liegt ähnlich wie bei R114 und damit etwa 40% niedriger als mit dem derzeit für Hochtemperatur-Anwendungen noch weit verbreiteten R124.

Falls Sicherheitsvorschriften den Einsatz von Kohlenwasserstoffen (Sicherheitsgruppe A3) erlauben, wäre R600a (Isobutan) eine besonders interessante Alternative. Mit einer kritischen Temperatur von 135°C sind Verflüssigungstemperaturen von 100°C und mehr zu erreichen. Die volumetrische Kälteleistung ist mit R124 ziemlich identisch.

Als potenzieller Kandidat für Hochtemperatur-Anwendungen ist auch das „Low GWP‟ Kältemittel R1234ze(E) einzustufen („Low GWP‟ HFOs und HFO/HFKW-Gemische als Alternativen zu HFKWs). Im Vergleich zu R124 ist die Kälteleistung zwischen 10 und 20% höher und die Drucklage um ca. 25%. Bei identischer Kälteleistung ist der Massenstrom nur geringfügig unterschiedlich. Die kritische Temperatur liegt bei 109°C, damit wäre ein wirtschaftlicher Betrieb bis ca. 90°C Verflüssigungstemperatur möglich.
R1234ze(E) ist jedoch – wie R1234yf – schwach brennbar und deshalb in der neuen Sicherheitsgruppe A2L eingestuft. Die einschlägigen Sicherheitsvorschriften sind zu beachten.
Bisher liegen allerdings keine ausreichenden Betriebserfahrungen vor, eine Bewertung über die Eignung dieses Kältemittels im langjährigen Einsatz ist deshalb noch nicht möglich.

Für Hochtemperatur-Wärmepumpen in der Prozesstechnik und Sonderanwendungen im Hochtemperaturbereich sind auch die primär für Systeme mit Turboverdichtern entwickelten Niederdruck-Kältemittel auf Basis von HFO und HCFO potenziell geeignet („Low GWP‟ HFOs und HFO/HFKW-Gemische als Alternativen zu HFKWs). Sie zeichnen sich durch sehr hohe kritische Temperaturen (> 130°C) aus, die einen wirtschaftlichen Betrieb bei Verflüssigungstemperaturen von z.T. deutlich über 100°C ermöglichen. Dafür sind jedoch nur speziell ausgeführte Verdichter und Systemkomponenten geeignet. Vorteilhaft ist ebenfalls der jeweils sehr geringe GWP und die Einstufung in Sicherheitsgruppe A1 (nicht brennbar, nicht toxisch).

Eine umfassende Bewertung zum Einsatz dieser Kältemittel ist noch nicht möglich, u.a. mit Blick auf die chemische Stabilität der Kältemittel und Schmierstoffe bei den sehr hohen Betriebstemperaturen und der bei industriellen Anlagen geforderten langen Lebensdauer.

Zu den Sonderanwendungen gehören auch Systeme zur Kraft-Wärmekopplung – sog. „Organic Rankine Cycle‟ (ORC), die zunehmend wichtig werden. Neben den in der obigen Tabelle gelisteten potenziell geeigneten Arbeitsstoffen kommen je nach Temperaturniveau der Wärmequelle und Wärmesenke eine Reihe weiterer Fluide in Frage.

Dazu gehört das bisher hauptsächlich in solchen Systemen eingesetzte R245fa (GWP 1050) mit einer kritischen Temperatur von 154°C und einer Siedetemperatur von 15,1°C.
Darüber hinaus bietet Solvay für ORC-Anwendungen geeignete Kältemittel mit der Basiskomponente R365mfc an. Ein bereits vor einigen Jahren vorgestelltes Produkt mit dem Handelsnamen Solkatherm^® SES36 enthält Perfluorpolyether als Gemischkomponente. Es handelt sich um ein Azeotrop mit einer kritischen Temperatur von 178°C. Mittlerweile wurden zwei zeotrope Gemische mit R365mfc und R227ea entwickelt, deren kritische Temperatur durch unterschiedliche Mischungsverhältnisse bei 177°C und 182°C liegt. Sie werden unter den Handelsnamen Solkatherm^® SES24 und SES30 angeboten.
Bei ORC-Anlagen kann das zeotrope Verhalten vorteilhaft sein. Im Falle einphasiger Wärmequellen und Wärmesenken lässt sich durch die gleitende Verdampfung und Verflüssigung die Temperaturdifferenz am sog. „Pitchpoint‟ anheben. Dies führt dann zu einem verbesserten Wärmetransport durch die höhere treibende mittlere Temperaturdifferenz.