Wärmepumpen mit Propan nachhaltiger und günstiger kühlen, das ist das Ziel eines Forschungsvorhabens des Fraunhofer Instituts für solare Energiesysteme ISE. Wie das Institut mitteilte, handelt es sich dabei um das vom

Bundeswirtschaftsministerium BMWi geförderte Projekt »LC150 Entwicklung eines kältemittelreduzierten Wärmepumpenmoduls mit Propan«. Ein breites Industriekonsortium europäischer Wärmepumpen-Hersteller unterstütze das Vorhaben finanziell und begleite es fachlich. Die gemeinsame Entwicklungsplattform soll den beteiligten Firmen ein erhebliches Kostensenkungspotenzial eröffnen. Zudem möge sie die industrielle Entwicklung von Wärmepumpen für Wohngebäude beschleunigen.

Im Fokus des Projekts steht die mit Wärmepumpenherstellern und Zulieferern abgestimmte Entwicklung eines für unterschiedliche Komponenten qualifizierten, standardisierten kältemittel-reduzierten Kältekreises. Dieser soll den beteiligten Partnern konzeptionell zur Verfügung gestellt oder in einer gemeinsamen Fertigung umgesetzt werden.

»Die Branche arbeitet aktuell an vielen Stellen parallel an der Umsetzung von Propan-Wärmepumpen. Propan ist ein thermodynamisch sehr gut geeignetes Kältemittel. Ein Nachteil ist allerdings die Brennbarkeit, die weitere Sicherheitskonzepte erforderlich macht. Die Reduzierung der Füllmenge ist daher naheliegend und in einem deutlichen Ausmaß möglich, das haben unsere Vorarbeiten gezeigt«, erklärt Dr. Lena Schnabel, Abteilungsleiterin Wärme- und Kältetechnik am Fraunhofer ISE. Herausfordernd sei die gleichzeitig erforderliche hohe Effizienz und Betriebssicherheit des Kältekreises. Hier will das Projekt durch breite Mess- und Simulationskampagnen fachliche Antworten und Auslegungswissen schaffen. Weitere Ziele seien die gemeinsame Entwicklung geeigneter Sicherheitsprüfungen, eine breite Abstimmung von Entwicklungsfragen mit den Komponentenlieferanten sowie im besten Falle eine gemeinsame Fertigung.

Bislang entwickele jeder europäische Hersteller seine eigenen Kältekreise für unterschiedliche Kältemittel und Leistungsklassen. Das Projekt »LC150« gehe nun neue Wege – mit einer gemeinsamen Plattformentwicklung, die durch höhere Stückzahlen und eine automatisierte Produktion eine deutliche Kostensenkung ermöglichen soll. Ähnlich wie bei den Automobilherstellern will das Projekt auch im Wärmepumpenbereich Standards schaffen. Mit dem neuen Auslegungswissen könnten eine modulare Bauweise (Baukasten-System) für unterschiedliche Baureihen und Leistungsklassen entstehen.

Propan nachhaltiger als andere Kältemittel

Da die Wärmepumpen-Hersteller aufgrund der europäischen Verordnung über fluorierte Treibhausgase den Anteil klimaschädlicher Gase im Kältekreis bis 2030 um 70 Prozent gegenüber 1990 reduzieren müssen, gewinne Propan als natürliches Kältemittel an Bedeutung. Seine Vorteile lägen in der breiten Verfügbarkeit und sehr guten thermodynamischen Eigenschaften. Diese ermöglichten eine höhere Effizienz, also dem Verhältnis zwischen erzeugter Nutzwärme und eingesetzter Antriebsenergie, gegenüber konventionellen Wärmepumpen. Gleichzeitig sei das Erderwärmungspotenzial um das 500fache niedriger gegenüber den heute meist verwendeten klassischen fluorierten Kältemitteln.

Dem Fraunhofer ISE sei es 2019 im Rahmen einer Potenzialstudie gelungen, einen auf marktverfügbaren Komponenten beruhenden Sole-Wasser-Kältekreis zu entwickeln, der für eine Heizleistung von 8 kW nur 150 Gramm Propan benötige. Das entspreche einer Kältemittel-Reduktion um 75 Prozent gegenüber marktverfügbaren Systemen. Eine auf diesem Konzept beruhende Wärmepumpe dürfte – ähnlich wie Kühlschränke – auch ohne zusätzliche Sicherheitsvorkehrungen im Inneren von Häusern eingesetzt werden. »Wir sind zuversichtlich, dass diese Reduktion der Kältemittel durch einen Zuschnitt aller Einzelkomponenten auf das Kältemittel Propan auch für andere Leistungen und Betriebspunkte erreicht werden kann«, sagt Peter Schossig, Bereichsleiter Thermische Systeme und Gebäudetechnik. Ausschlaggebend für die Optimierung sei der Einsatz füllmengenreduzierter Wärmeübertrager, Verdichter sowie Verrohrungssysteme und die Entwicklung von Betriebsweisen, die eine gute Kältemittelverteilung in den Komponenten erlauben.

13.10.2020 | Quelle: Fraunhofer ISE | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH