Mit deutlich reduzierter Füllmenge des natürlichen Kältemittels Propan will ein deutscher Hersteller ein zentrales Sicherheitsproblem moderner Wärmepumpen entschärfen. Möglich macht das eine neue Bauweise, die hohe Effizienz und Sicherheitsanforderungen verbindet.
Die Bundesregierung setzt in ihren Klimazielen stark auf Wärmepumpen als Schlüsseltechnologie für die Wärmewende. Bis zum Jahr 2030 sollen rund sechs Millionen Wärmepumpen in Deutschland installiert sein.
Um dieses Ziel zu erreichen, ist ab 2024 ein jährlicher Zubau von mindestens 500.000 Geräten vorgesehen. Damit sollen fossile Heizungen schrittweise ersetzt und die CO2-Emissionen im Gebäudesektor deutlich reduziert werden.
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Trotz ihres Potenzials für die Energiewende können Wärmepumpen durch die eingesetzten Kältemittel auch klimaschädlich sein. Das natürliche Kältemittel Propan stellt hierzu eine Alternative dar. Allerdings erhöht seine Brennbarkeit die Sicherheitsanforderungen bei Entwicklung, Installation und Betrieb der Wärmepumpen.
Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat deshalb zusammen mit dem deutschen Unternehmen Ait-Group an einer Lösung für dieses Problem gearbeitet. Dabei konnte die Menge des Kältemittels Propan auf unter 150 Gramm reduziert werden, was die Brandgefahr deutlich minimiert.
Propan: So werden Wärmepumpen weniger gefährlich
Bereits im Jahr 2020 haben das Fraunhofer ISE und die bayerische Ait-Group das Projekt „Low Charge 150“ (LC150) ins Leben gerufen. Zusammen sollte ein Wärmepumpenkonzept entwickelt werden, das die Verwendung des natürlichen Kältemittels Propan in deutlich reduzierter Menge ermöglicht.
Das Forschungsteam konnte dabei mit einer Füllmenge von nur 124 Gramm Propan nach eigenen Angaben einen Effizienzrekord erreichen. Die Heizleistung konnte mit dieser Kältemittelmenge auf 12,8 Kilowatt gesteigert werden.
Pro Kilowatt ergab sich daraus eine spezifische Kältemittelfüllmenge von rund zehn Gramm. Das Ziel des Projekts waren 15 bis 30 Gramm pro Kilowatt – das Team habe die Projektziele damit deutlich übertroffen.
Mit Hilfe der Projektergebnisse konnte die Ait-Group nun eine serienreife Wärmepumpe entwickeln, die auf eine sehr geringe Kältemittel-Füllmenge angewiesen ist. „Unser Ziel war es, die im Projekt gewonnenen Erkenntnisse gezielt in die Entwicklung der nächsten Generation hocheffizienter und umweltfreundlicher Wärmepumpen einfließen zu lassen“, erklärt Edgar Timm, Director R+D der Ait-Group.
Sole-Wärmepumpe soll in Ein- und Mehrfamilienhäusern zum Einsatz kommen
Trotz des brennbaren Materials sind Wärmepumpen mit dem Kältemittel Propan grundsätzlich auch für den Einsatz in Gebäuden geeignet. Bislang erforderte der Einsatz jedoch zusätzliche technische Vorkehrungen in Form eines aktiven Lüftungskonzepts.
Bei den Modellen alpha innotec WZSV 63 und NOVELAN WSV 6.3 der Ait-Group, die auf den Forschungsergebnissen des Projekts LC150 basieren, kann auf ein solches Lüftungskonzept jedoch verzichtet werden. Denn obwohl die Sole-Wärmepumpen Propan als Kältemittel nutzen, ist ein solches Konzept laut dem Hersteller nicht nötig.
Denn für den Fall des Austritts von Kältemittel seien die Geräte so konzipiert, dass maximal nur 150 Gramm des natürlichen Kältemittels freigesetzt werden. Dadurch sei ein sicherer Betrieb in Innenräumen gewährleistet und ein zusätzliches Lüftungskonzept nicht erforderlich.
Die Wärmepumpen wurden für den platzsparenden Einsatz in Ein- und Mehrfamilienhäusern entwickelt. Durch ein herausnehmbares Kältekreis-Modul sollen auch Transport und Installation vereinfacht werden.
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