Begründet durch aktuelle meist umweltbedingte politische Vorschriften besteht die Notwendigkeit, die zurzeit etablierten Kältemittel (FKWs, z. B. R134a) in Kompressionswärmepumpen und -kälteanlagen zeitnah durch alternative Substanzen, vor allem mit geringerem Treibhauspotenzial, zu ersetzen. Neben Verbindungen der Fluorolefinwasserstoffe zeigen besonders die natürlichen Kältemittel diesbezüglich ein hohes Potenzial.</br> Auch vorangetrieben durch diese Problematik haben ebenfalls zeotrope Gemische wieder an Aktualität gewonnen, wobei die Grundüberlegungen hierzu bereits lange bekannt sind. Aus thermodynamischer Sicht führt die gezielte Nutzung des Temperaturgleits zeotroper Gemische zu verringerten Exergieverlusten, vor allem in den Wärmeübertragern, und somit zu einer Steigerung der Anlageneffizienz. Entsprechend diesen theoretischen Überlegungen ist dann ein zeotropes Gemisch, bei adäquater Auswahl, stets signifikant effizienter als ein Reinstoff; der Vorteil beispielsweise für Isobutan/Propen beträgt bis zu 25,7 %. Dieser deutliche Vorteil ist in Experimenten zumeist nicht zu beobachten, was bereits einige vorangegangene Studien gezeigt haben. Grundsätzlich werden durch den Einsatz eines zeotropen Gemisches neben den Wärmeübertragern auch alle weiteren Anlagenkomponenten z. T. maßgeblich beeinflusst, wobei deren verändertes Prozessverhalten in Abhängigkeit vom Gemisch nach aktuellem Stand der Forschung bislang nicht vollständig verstanden ist. Hier setzt die vorliegende Arbeit an und verfolgt das Ziel, allgemeine sowie grundlegende physikalische Effekte zeotroper Gemische und deren Wirkung auf einzelne Komponenten sowie den Gesamtprozess zu analysieren.</br> Konkret werden im Rahmen dieser Arbeit vornehmlich natürliche Kältemittel aus der Stoffgruppe der Kohlenwasserstoffe, nämlich Isobutan (R600a), Propan (R290) und Propen (R1270), betrachtet. Diese Fluide sind zum einen als Reinstoffe vielversprechend, um die bisherigen FKWs zu ersetzen, sind aber auch als binäre zeotrope Fluidgemische interessant.</br> Im betrachteten Temperaturbereich existiert hier eine Vielzahl potenzieller Mischungen mit großer Variationsbreite der Stoffeigenschaften, woraus das Potenzial resultiert, auch allgemeingültige Erkenntnisse, gelöst von den konkreten Stoffen, zu gewinnen. Vergleichend werden auch die Reinstoffe DME, R152a und R134a untersucht, nicht jedoch in Gemischen.</br> Die experimentellen Untersuchungen der Reinstoffe und der zeotropen Gemische Isobutan/Propen, Isobutan/Propen, Isobutan/Pentan und n-Butan/Propen erfolgen in einer Wasser/Wasser-Kompressionswärmepumpe, welche eigens für das vorliegende Forschungsvorhaben konzipiert, aufgebaut und in Betrieb genommen wurde. Der betrachtete Temperaturbereich orientiert sich an dem Anwendungsfall der Speisung einer Fußbodenheizung.</br> Durch die Ausstattung mit umfassender Messtechnik können nicht nur gängige Prozess- und Bewertungsgrößen gemessen werden, sondern vor allem kann auch der gesamte Prozess im Detail analysiert werden, insbesondere einzelne Zustände, Temperaturverläufe in den Wärmeübertragern, Verdichterwirkungsgrade, Exergieverluste etc. Grundsätzlich werden sämtliche Gemische, insofern dies möglich ist, über dem gesamten Zusammensetzungsbereich betrachtet.</br> Neben dem Einfluss des Fluids bzw. Fluidgemisches werden auch typische Eingriffs- und Regelmöglichkeiten solcher Anlagen systematisch variiert, wie z. B. die Verdampfungs- und Kondensationstemperaturen oder die Verdichterdrehzahl, wobei die äußeren Randbedingungen soweit wie möglich konstant gehalten werden. Generell zeigen die hier erzielten Ergebnisse, dass zwischen Mischungen und Reinstoffen ein vergleichbares Anlagenverhalten festzustellen ist. Aus der Analyse der Reinstoffe geht zunächst hervor, dass entsprechend den deutlichen Unterschieden in den thermodynamischen Stoffeigenschaften der verschiedenen Verbindungen auch deutliche Unterschiede im Anlagenverhalten zu finden sind.</br> Hinsichtlich der Leistungszahl, volumetrischen Heizleistung sowie tatsächlich gemessene Heizleistung sind die Fluide Propan und Propen besonders vielversprechend. Weiterhin zeigt diese Analyse bereits auf, dass die fluidspezifische Verdichtereffizienz maßgebend für eine hohe Leistungszahl ist, wobei der jeweilige globale Verdichterwirkungsgrad z. T. auf das spezifische Volumen am Verdichtereintritt sowie das resultierende Druckverhältnis zurückzuführen ist. Bezüglich der Gemische konnte im Vergleich zum effizienteren Reinstoff maximal eine Verbesserung der Leistungszahl um 13 % beobachtet werden, wobei in manchen Gemischsystemen die Leistungszahl im Vergleich zum besseren Reinstoff sogar deutlich abnimmt. Die experimentell beobachteten nur relativ geringen Verbesserungen der Leistungszahlen gegenüber den thermodynamischen Grundüberlegungen sind begründet in der Gemischabhängigkeit der Verdichterwirkungsgrade und Druckverluste in den Wärmeübertragern; dies wird in bisherigen Untersuchungen zumeist nicht berücksichtigt.</br> Die energetischen sowie auch exergetischen Analysen zeigen deutlich, dass die Verluste in den Wärmeübertragern nur zu einem kleinen Teil zu den Gesamtverlusten beitragen und dass die Effizienz der Gesamtanlage durch die Effizienz des Verdichters dominiert wird. Als übergreifendes Ergebnis folgt hieraus, dass selbst bei bestmöglicher Ausnutzung des Temperaturgleits das Potenzial zeotroper Gemische zur Erhöhung der Leistungszahl limitiert ist und nur zum Tragen kommt, wenn die Mischung nicht zu einer stark verringerten Verdichtereffizienz führt.