Wärmepumpe mit weniger als 150 Gramm Propan entwickelt

Die Propan-Wärmepumpe kann künftig auch sicher in Innenräumen aufgestellt werden. Zumindest, wenn die Wärmepumpe den Kältekreislauf des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE nutzen. Die Freiburger Wissenschaftler teilen mit, eine Wärmepumpe, die Propan im Kältekreislauf zirkulieren lässt, so konzipiert zu haben, dass sie auch in Innenräumen aufgestellt werden darf.

Weniger als 150 Gramm Propan

Die Wärmepumpe benötigt lediglich 146 Gramm des Gases im Kreislauf, um eine Heizleistung von 11,4 Kilowatt zu erreichen. Die spezifische Kältemittelfüllmenge liegt bei 12,8 Gramm pro Kilowatt. Diese Heizleistung dürfte für die meisten Einfamilienhäuser ausreichen. Zwar gebe es bereits Propan-basierte Wärmepumpen auf dem Markt, allerdings führen diese etwa fünfmal so viel Propan im Kältekreis. Wegen der Entzündlichkeit des Gases, wäre es aber verboten, diese Wärmepumpen im Inneren des Gebäudes aufzustellen. Maximal 150 Gramm Propan dürfen in der Wärmepumpe stecken, damit diese im Keller bleiben darf.

Im Forschungsprojekt „LC 150“ haben die Wissenschaftler zusammen mit Wärmepumpen-Herstellern 20 verschiedene Kombination aus Wärmeübertrager und Verdichtern aufgebaut und vermessen, um den Kältekreis zu entwickeln.

„Ziel des Projekts war ein marktnahes Wärmepumpenmodul, das das klimafreundliche Kältemittel Propan nutzt, die 150-Gramm-Grenze für den Innenbereich nicht überschreitet und trotzdem Einfamilienhäuser beheizen kann“, sagt Lena Schnabel, Abteilungsleiterin Wärme und Kältetechnik am Fraunhofer ISE. „Das haben wir in Kooperation mit der Industrie nun erreicht und ihr die Werkzeuge in die Hand gegeben, um eine marktreife Wärmepumpe zu entwickeln.“

Zur Marktreife bereit

In den Prototypen seien ausschließlich marktverfügbare Komponenten zum Einsatz gekommen, wie das Fraunhofer ISE mitteilte. Der Schlüssel zur Funktionalität des Konzepts liegt im Aufbau eines asymmetrischen Plattenwärmetauschers. Wärmetauscher dieser Art kommen mit weniger Kältemittel aus. Zudem wurde die Ölmenge im Kompressor verringert, wie es weiter heißt.

Während die Wärmepumpen-Hersteller damit beginnen können, aus dem Prototypen ein Serienmodell zu entwickeln, forschen die Freiburger weiter. Ziel ist es, eine Wärmepumpe mit Propan als Kältemittel auch für Mehrfamilienhäuser zu entwickeln. Dabei wollen sich die Partner auf die Anwendungsfälle des Austauschs einer Gasetagenheizung, einer drinnen aufgestellten Zentralheizung und einer draußen aufgestellten Zentralheizung mit höherer Leistung befassen. Die Lösungen sollen einfach anwendbar sein. Das Fraunhofer ISE arbeiten dafür sowohl mit Heizungsindustrie und Wohnungswirtschaft zusammen.

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz fördert das Vorhaben mit sieben Millionen Euro. Ergebnisse sollen bis zum 30. Juni 2025 vorgelegt werden.

Warum überhaupt Propan?

Propan als Kältemittel zu etablieren hat den Zweck F-Gase, also fluorierte Treibhausgase, aus den Kältekreisläufen von Wärmepumpen herauszubekommen. Diese Gase sind enorm umwelt- und klimaschädlich. Ein gängiges F-Gas Kältemittel R410A ist zum Beispiel 2088 Mal so klimaschädlich wie CO₂. Propan hingegen ist nur drei Mal so schädlich. Zwar soll theoretisch kein Gas aus dem Kältekreislauf entweichen und in die Atmosphäre gelangen, doch ganz verhindern ließe sich das nicht. Wenn das passiert entstehen bei vielen Gasen, die als Kältemittel verwendet werden, beim Kontakt mit der Atmosphäre zusätzlich noch per- und polyfluorierte Alkylverbindungen, auch als PFAS bekannt. Für die Umwelt sind solche Stoffe sehr kritische. Sollte Propan aus der Wärmepumpe entweichen, entstehen keine PFAS in der Atmosphäre.