Werbung

Mit Kältemittel Propan: Klimafreundliche Wärmepumpe für den Betrieb in Innenräumen


Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat eine klimafreundliche Sole/Wasser-Wärmepumpe entwickelt, die Propan (R290) als Kältemittel nutzt. Das Treibhauspotenzial dieses natürlichen Kältemittels ist ca. 500-mal niedriger als bei herkömmlichen Kältemitteln. Da der Prototyp im Vergleich zu marktverfügbaren Systemen nur ein Viertel der Kältemittelmenge benötigt, könnte eine auf dieser Entwicklung aufbauende Propan-Wärmepumpe erstmals ohne zusätzliche Sicherheitsvorkehrungen in Innenräumen von Wohngebäuden aufgestellt werden.

 

Die Neuentwicklung des Fraunhofer-Instituts hat das Potenzial, den Markt zu erschließen. (Foto: Fraunhofer-Institut ISE)

 

Wärmepumpen gelten aufgrund ihres niedrigen Kohlendioxidausstoßes als wichtige Heizungstechnologie der Zukunft. Derzeit nutzen sie jedoch noch überwiegend Kältemittel mit umweltschädlichen Treibhausgasen. Die EU-Verordnung Nr. 517/2014 über fluorierte Treibhausgase – kurz F-Gase-Verordnung – schreibt eine kontinuierliche Reduktion des klimaschädlichen Potenzials von Kältemitteln vor. Dadurch sollen die Emissionen durch Kältemittel bis zum Jahr 2030 um 70 % gegenüber 1990 verringert werden. Ab 2020 treten Verwendungsverbote für Kältemittel in Kraft, deren »Global Warming Potential« (GWP) das 2500-Fache von CO2 (GWP-Wert 1) übersteigen. Danach sinkt der zulässige Wert Jahr für Jahr.

Kein Wunder, dass Wärmepumpenhersteller und Wissenschaftler nach neuen Kältemitteln suchen. Die bisher gefundenen Alternativen zu den herkömmlichen haben alle einen Nachteil: Sie sind entweder giftig und/oder brennbar und gehören daher Sicherheitsgruppen an, für die erhöhte Anforderungen gelten. Dies macht die Systeme teuer. Propan mit einem GWP von 3 beispielsweise ist zwar klimafreundlich, weltweit kostengünstig verfügbar und bewirkt hohe Leistungszahlen – allerdings sind die Sicherheitsauflagen für die Nutzung in Wärmepumpen recht umfangreich. Übersteigt eine Wärmepumpe im Einfamilienhaus die vorgeschriebene Höchstmenge von 150 g Kältemittel, kann sie nur mit hohen, kostenaufwendigen Sicherheitsanforderungen installiert werden. Marktverfügbare Systeme (mit 80 – 90 g Propan pro kW Leistung) übertreffen den Grenzwert von 150 g bereits bei einer Leistung von knapp 2 kW. Der Bedarf für ein EFH liegt jedoch zwischen 5 und 10 kW. Deshalb sind Wärmepumpen mit Propan zur Aufstellung im Innenbereich derzeit fast nicht am Markt vertreten.

Das könnte sich mit der Neuentwicklung des Fraunhofer ISE ändern: LC150 – so der Arbeitsname – kann mit 150 g Propan (20 g Propan pro kW Leistung) bereits rund 8 kW Heizleistung erbringen und wäre so auch ohne zusätzliche Sicherheitsvorkehrungen für eine Aufstellung im Inneren von Häusern einsetzbar – als erste ihrer Art. Für den Prototyp verwendeten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer ISE marktverfügbare Komponenten. Die deutliche Reduktion des benötigten Kältemittels erreichten sie durch den Einsatz asymmetrischer Plattenwärmeübertrager und die Reduzierung der Ölmenge im Kompressor.

»Ziel unserer Arbeiten ist eine Wärmepumpe, die ein klimafreundliches Kältemittel nutzt und mit möglichst geringer Kältemittelmenge eine hohe Leistung sowie eine gute Effizienz erreicht«, betont Dr.-Ing. Lena Schnabel, Abteilungsleiterin Wärme- und Kältetechnik, Kompressionstechnik am Fraunhofer ISE. »Den ersten Schritt haben wir erreicht.“ Nun wollen die Forscherinnen und Forscher um Schnabel das System optimieren und Industriepartner für eine breite Umsetzung am deutschen und europäischen Markt gewinnen. Auf der Aufgabenliste stehen etwa die Erhöhung der Effizienz und die Entwicklung eines serientauglicher Designs. Am Ende soll ein kompaktes, kostengünstiges System stehen, das standardisiert ist und den unterschiedlichen nationalen Sicherheitsanforderungen genügt.

Das Fraunhofer ISE forscht an der gesamten Wertschöpfungskette von Wärmepumpen – von Materialien über Komponenten- und Geräteentwicklung bis hin zur Qualitätssicherung und Monitoring im Feld – und verfügt über ein akkreditiertes TestLab Heat Pumps and Chillers. Diese große Bandbreite an Kompetenzen und Erfahrungen war die Basis für die Entwicklung der neuen, vielversprechenden Wärmepumpe.

www.fraunhofer-ise.de

 

 

 


Artikel teilen:
Weitere Tags zu diesem Thema: