Kohlenstoffdioxid CO2 findet erst seit einigen Jahren erstärkt Anwendung als Kältemittel.

Die Kurzbezeichung von CO2 als Kältemittel (Refrigerant) ist R744.

Ein wesentlicher Vorteil von CO2 ist der geringe Beitrag zum Treibhauseffekt.

Als Maß für den Beitrag zum Treibhauseffekt werden CO2-Äquivalente für andere Kältemittel definiert und als GWP-Wert (GWP = Global Warming Potential) bezeichnet. So hat z.B. das häufig verwendete Kältemittel R134a einen GWP-Wert von 1.300. Der Beitrag von 1 kg R134a zum Treibhauseffekt wiegt damit die Auswirkung von 1.300 kg CO2 auf.

Der GWP von CO2 ist damit definitionsgemäß gleich Eins. Setzt man natürlich gewonnenes CO2 für Kälteprozesse ein, ist der GWP-Wert sogar Null, denn das CO2 stammt aus natürlichen Quellen, z.B. aus der Umgebungsluft oder Gärungsprozessen.

CO2 hat auf kein ozonschichtabbauendes Potential. Es handelt sich deshalb um ein natürliches Kältemittel mit vergleichsweise äußerst geringen Umwelteinwirkungen.

Was die technische Nutzung von CO2 als Kältemittel lange erschwert hat, sind die hohen Drücke, die in CO2-Kälteanlagen herrschen müssen. Diese liegen rund eine Zehnerpotenz höher als bei konventionellen Kältemitteln.

Der kritische Punkt liegt bei etwa 31°C und ca. 74 bar. Oberhalb von 31°C lässt sich CO2 nicht mehr verflüssigen. Bei transkritischen Kälte- oder Wärmepumpenprozesse findet keine Kondensation des Kältemittels mehr statt, sondern nur noch eine Gaskühlung.

Transkritische Kälte- oder Wärmepumpenprozesse verfügen damit über mindestens einen Verdampfer und einen Gaskühler.

Durch die Verdichtung auf hohe Drücke werden sehr hohe Verdichtungsendtemperaturen erreicht. In realen Maschinen sind das etwa 120°C, im Diagramm wurden aber 160°C gewählt, um die Charakteristika des transkritischen Prozesses noch besser verdeutlichen zu können.

Der Gaskühler schneidet Isotherme für Isotherme, d.h. das CO2-Heißgas kühlt sich kontinuierlich ab und kann dabei kontinuierlich ein Medium, z.B. Wasser aufheizen.

In folgendem Beispiel sind ein HT-Gaskühler, ein NT-Gaskühler und ein innerer Wärmetauscher zur Kältemittelüberhitzung vor dem Verdichter und weiteren […]