Die Kühlleistung von Kohlendioxid-Klimaanlagen ist unter gleichen Betriebsbedingungen generell geringer als die von herkömmlichen Kältemittelsystemen, und zwar deutlich geringer. Ob Heizsysteme tatsächlich effizienter sein können, ist fraglich. Diese Aussage habe ich schon oft gelesen, aber ich glaube nicht, dass ein Konsens erzielt wurde, und ich habe noch keinen wirklich überzeugenden Vergleich gesehen. Mir ist aufgefallen, dass niemand Systeme und Komponenten verwendet, die CO₂ und herkömmliche Kältemittel möglichst genau vergleichen. Vergleicht man einfach die Effizienzergebnisse verschiedener Forschungsgruppen, ohne darauf zu achten, ob die spezifischen Systeme und Komponenten tatsächlich vergleichbar sind, dann sind die Vergleichsergebnisse wenig aussagekräftig.
Die Heizleistung ist vergleichbar mit der Effizienz gängiger Kältemittel, die Kühlleistung hingegen ist höher. Bei niedrigen Temperaturen erzielt man bessere Ergebnisse als mit gängigen Kältemitteln oder es können sogar höhere Temperaturen erreicht werden. Ich halte diese Aussagen für relativ zuverlässiger.
Vorteile von Kohlendioxid als Arbeitsmedium für Klimaanlagen/Wärmepumpen:
1. Durch die Verwendung von hohem Druck und hoher Dichte kann das Kohlendioxidsystem bei gleichen Anforderungen an die Kühl- und Heizleistung kompakter und leichter (geeignet für Fahrzeuge) gestaltet werden.
2. Niedriger Viskositätskoeffizient und geringer Fließverlust.
3. Gute Wärmeübertragungsleistung.
4. Bei gleichen Betriebsbedingungen ist das Verdichtungsverhältnis des Kompressors niedriger und der Wirkungsgrad des Kompressors höher; dies kann sich bei der Wärmepumpe im Niedertemperaturbetrieb als vorteilhaft erweisen.
5. Die hohe Temperatur am Kompressorausgang (die über 100 Grad Celsius liegen kann, was in den meisten Fällen unerwünscht ist) ermöglicht Anwendungen, die mit herkömmlichen Kältemittelkreisläufen nicht realisierbar sind. Dazu gehört beispielsweise ein schnelleres Enteisen, sei es von Autoscheiben oder Wärmetauschern. Auch in Anwendungen, die hohe Temperaturen erfordern (z. B. Warmwasserbereiter), ergeben sich Vorteile.
6. Bei extrem niedrigen Temperaturen ist der Sättigungsdruck der Niederdruckseite gängiger Kältemittel niedriger als der Atmosphärendruck, sodass Luft in das System eindringen kann, Kohlendioxid jedoch aufgrund des hohen Drucks nicht; dies ist auch ein möglicher Vorteil bei Wärmepumpenanwendungen.
7. Durch den Einsatz eines internen Wärmetauschers (IHX) und eines Ejektors zur Rückgewinnung der Expansionsarbeit lässt sich der Wirkungsgrad weiter steigern. Der IHX ist möglicherweise nicht teuer, der Ejektor hingegen schon.
8. Der Temperaturgleitprozess auf der Hochdruckseite des transkritischen Kohlendioxidkreislaufs ist an sich nicht wünschenswert, aber für Anwendungen, die große Temperaturänderungen erfordern (wie z. B. Warmwasserbereiter), ist es im Vergleich zu herkömmlichen Kältemitteln praktisch unmöglich, den durch den vermiedenen Temperaturgleitprozess verursachten Effizienzverlust auszugleichen. Der Effizienzverlust ist relativ gering, und diese Unterstützung kann in bestimmten Anwendungen dazu beitragen, dass die Effizienz von Kohlendioxid-Wärmepumpen die von herkömmlichen Kältemitteln erreicht oder sogar übertrifft.
Veröffentlichungsdatum: 03.03.2023
