Kältemittel Ammoniak (R-717)

Kältemittel: Ammoniak im Einsatz
(c) Danfoss

Ammoniak wird als Kältemittel auch unter der Bezeichnung R-717 geführt. Es ist ein farbloses Gas. Wer schon einmal mit Ammoniak zu tun hatte, erinnert sich zumeist an den besonders prägnanten und stechenden Geruch. Als Kältemittel verfügt es über eine lange Tradition. Schon seit gut 150 Jahren kommt es in Kühlhäusern, Brauereien und Schlachthöfen zum Einsatz. Und seit gut 120 Jahren wird es zusätzlich auch in Großkälte- und Industrieanlagen genutzt. Mitte des 20. Jahrhunderts wurde Ammoniak vielfach durch die heute verbotenen Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) ersetzt. Dennoch hat es seine wichtige Rolle in der Industrie-Kältetechnik wegen seiner sehr guten thermodynamischen Eigenschaften immer behaupten können. 

Obwohl Ammoniak für die Verwendung im Kälteprozess synthetisch erzeugt wird, gilt es als „natürliches Kältemittel“. Denn NH3 – so die chemische Bezeichnung – kommt in den Stoffkreisläufen der Erde vor und entsteht in der Natur überwiegend beim Abbau organischer, stickstoffhaltiger Materialien. Ammoniak wird als Kältemittel heute unter anderem in großen Kälteanlagen für Kühlhäuser und bei der Klimatisierung von Flughäfen, Bürogebäuden, Produktionshallen oder Sportanlagen verwendet.

Sichere Sache: Ammoniak in Kälteanlagen

Ammoniak ist giftig, seine Dämpfe können in konzentrierter Form zu Augen- und Atemreizungen führen und Schleimhäute und Lunge schädigen. Das Einatmen von Ammoniak als hochkonzentriertes Gas kann tödlich wirken. Was dramatisch klingt, ist in der alltäglichen Praxis nahezu ausgeschlossen. Denn Ammoniak besitzt den erwähnten, stechenden Geruch, der eine hohe Warnwirkung hat. Er sorgt dafür, dass man den Geruch bemerkt, lange bevor eine gesundheitsschädliche Konzentration erreicht wird. Zusätzlich gelten für Kälteanlagen, in denen Ammoniak eingesetzt wird, hohe Sicherheitsanforderungen. Dadurch ist die Wahrscheinlichkeit eines Havarie-Falles äußerst gering, Vergiftungsfälle sind äußerst selten. 

Ammoniak ist bedingt brennbar. Die Zündtemperatur ist mit 630 °C jedoch vergleichsweise hoch. Im Vergleich mit Erdgas ist Ammoniak 50-mal schwerer entzündbar und ohne Stützflamme bzw. Wärmezufuhr brennt es nicht weiter. Ammoniak wird als wassergefährdend eingestuft. Es ist leicht wasserlöslich und sehr giftig für Wasserorganismen. Wegen der Gefahr der Grundwasserschädigung ist ein Eindringen in das Erdreich unbedingt zu vermeiden.

Vor- und Nachteile: Ammoniak als Kältemittel
  • lange Tradition als Kältemittel
  • umweltfreundlich (ODP = 0, GWP = 0)
  • preisgünstig
  • sehr energieeffizient
  • niedrige Gesamtkosten
  • toxisch, schädigt in konzentrierter Form Augen- und Atemreizungen, Schleimhäute und Lunge.
  • panikerzeugend
  • hohe Druckgastemperatur
  • herkömmliche Öle sind nicht in Ammoniak löslich
  • bedingt brennbar
  • besondere Sicherheitsvorschriften für Bau, Betrieb und Wartung

Wirtschaftlich und umweltfreundlich: Ammoniak

Auch wenn es im ersten Moment als Widerspruch erscheinen mag: Ammoniak ist zwar giftig, gilt aber zugleich als umweltfreundliches Kältemittel. Denn es besitzt kein Ozonabbaupotenzial und trägt nicht direkt zum Treibhauseffekt bei. 

Zusätzlich ist Ammoniak ökonomisch nachhaltig und preisgünstig. Dies liegt einerseits am Preis der Erstbefüllung einer Anlage – hier ist Ammoniak im Vergleich zu allen anderen Kältemitteln deutlich günstiger. Der Hauptgrund für die hohe Wirtschaftlichkeit von Ammoniak beruht auf seinen sehr guten thermodynamischen Eigenschaften, die es ermöglichen, sehr energieeffiziente Kälteanlage zu bauen.  

Die Verteilung der „Kälte“ zu den Verbrauchern erfolgt bei indirekten Anlagen mittels Kühlmitteln (Wasser bzw. Wasser mit Gefrierpunkt erniedrigenden Zusätzen, z.B. Wasser-Glykol-Gemischen) oder auch flüssigem CO₂. Es gibt aber auch direktverdampfende Anlagen.

Ammoniak – empfehlenswert mit Einschränkung

Vergleicht man die Gesamtkosten einer mit Ammoniak betriebenen Anlage mit anderen, so schneidet Ammoniak immer sehr gut ab. Es gilt als wirtschaftlich und mit Blick auf die Umwelt als das ideale Kältemittel. Doch es gibt auch einige Aspekte, die die breite Verwendung von Ammoniak als Kältemittel einschränken. Ammoniak hat eine vergleichsweise hohe Druckgastemperatur, wodurch besondere Anforderungen an die thermische Qualität der Schmierstoffe und einiger Anlagenkomponenten erforderlich sind. Damit ist Ammoniak vor allem für kleinere Anlagen mit weniger als 100 kW Kälteleistung nicht geeignet. Ein weiterer Aspekt sind die Schmierstoffe, die in Kälteanlagen zum Einsatz kommen und die direkten Kontakt mit NH3 haben. Da keines der verwendeten Öle in Ammoniak löslich ist, müssen diese abgeschieden werden. Dieser zusätzliche Aufwand kann bei kleineren Anlagen so erheblich sein, dass die Entscheidung für ein anderes Kältemittel und eine andere Art von Anlage die wirtschaftlichere Wahl sein kann. 

R-717 wirkt zudem korrosiv gegenüber Kupferwerkstoffen. Rohrleitungen in einer Anlage mit Ammoniak als Kältemittel müssen deshalb in Stahl ausgeführt werden. Und da R-717 wie erwähnt toxisch und zudem bedingt brennbar ist, sind besondere Sicherheitsvorschriften für Bau, Betrieb und Wartung dieser Systeme erforderlich. Entsprechend der 4. Bundesimmissionsschutzverordnung (kurz: BImSchV) sind große Anlagen ab einer Füllmenge von 3 t Ammoniak genehmigungsbedürftig. 

Ammoniak-Systeme erfordern im Vergleich zu anderen Kälteanlagen eine völlig andere Anlagentechnik. Eine bestehende Anlage kann deshalb nicht für den Betrieb mit Ammoniak modifiziert werden. Stattdessen müssen alle Komponenten komplett neu erstellt werden. Wenn Sie über die Modernisierung ihrer Anlage nachdenken, dann sollten Sie unbedingt auch den praktischen Förderrechner für Investitionen in Kälte- und Klimaanlagen nutzen. Mit ihm ermitteln Sie sofort die konkrete Höhe eines möglichen Zuschusses.

Ausgewählte stoffliche Charakteristika von R-717

Treibhauspotenzial (GWP)0
Aussehenfarbloses Gas
Geruchcharakteristisch stechend
Explosionsgrenzen (Vol.% in Luft)15 Vol.-% bis 34 Vol.-%
AGW / Giftigkeit20 ppm für 8h bzw. 14g/m3 / giftig ab 2.500 ppm aber mit hoher Warnwirkung, Wahrnehmungsgrenze bereits bei 5 ppm
HinweiseGas/Dämpfe sind leichter als Luft und steigen deshalb schnell auf
Typische EinsatzgebieteIndustriekälte (z. B. Lebensmittelverarbeitung)
Kühlhäuser
Sport- und Freizeitanlagen
Großraumklimatisierung
AnlagenartenIndirekte Kälteanlagen
Kaskadenkühlung (z.B. in Verbindungen mit Kohlendioxid)
Wärmeübertrager