Viele der bislang eingesetzten Kältemittel zählen zu den synthetischen Kältemitteln und weisen ein hohes Global-Warming-Potential (GWP) auf. Damit begünstigen sie den Abbau der Ozonschicht und tragen zur Erderwärmung bei. Die sogenannte F-Gasverordnung regelt das kontinuierliche Reduzieren von synthetischen Kältemitteln. Gleichzeitig steigt die Nachfrage nach Lösungen mit klima- und umweltfreundlichen natürlichen Stoffen wie etwa Ammoniak, Propan, CO₂ oder Wasser.

Daher haben Forschende des Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE im Forschungsprojekt LC150 einen Kältekreis für Wärmepumpen entwickelt, der auf einer sehr geringen Füllmenge Propan basiert. Ihr Ziel: Maximal 150 Gramm Propan. Damit könnte eine Anlage sicherheitstechnische Anforderungen erfüllen, um im Innenraum aufgestellt zu werden. Im Laufe des Projekts erreichte das Team dann sogar einen Rekord: Mit einer Füllmenge von nur 124g Propan konnten die Forschenden eine Heizleistung von zwölf Kilowatt bereitstellen – vergleichbar ist das mit der Füllmenge von fünf Feuerzeugen beziehungsweise der Energie, die in einer herkömmlichen Camping-Gas-Kartusche steckt.

Einfach anwendbare Lösungen für den Gebäudebestand entwickeln

Im Anschluss-Projekt LCR290 beschäftigen sich die Forschenden nun mit einfach anwendbaren und multiplizierbaren Lösungen für die Sanierung im Mehrfamilienhausbestand. Wichtig beim Ersetzen einer Gastherme durch eine Wärmepumpe sind insbesondere die vorhandenen Heizkörper – je größer diese sind, desto effizienter kann eine Wärmepumpe arbeiten. Doch die Sorge vor einem Komplettaustausch ist unbegründet: „Man muss nicht die komplette Heizungsanlage rausreißen und alles komplett neu machen. Es reicht oft, einzelne kritische Heizkörper auszutauschen.“, erklärt Lena Schnabel, Projektleiterin beim Fraunhofer ISE. Im Forschungsprojekt LCR290 adressiert das Team drei Szenarien: den Ersatz einer Gas-Etagenheizung, den Ersatz einer Zentralheizung im Keller und die Leistungssteigerung außen aufgestellter Wärmepumpen.

Sowohl in LC150 als auch in LCR290 haben die Forschenden eng mit der Wärmepumpenbranche zusammengearbeitet. Hierbei sind die Erfahrungen und Fragestellungen von Industrieunternehmern wie auch die Bedarfe der Wohnungswirtschaft in die Projekte eingeflossen.

Wenn Forschungsergebnisse zur Basis für weitere Entwicklungen werden

Dass Forschungsprojekte wie LC150 ein wichtiger Schritt für die Energiewende sind, zeigt die weitere Verwendung der Projektergebnisse. So kommt der Propan-Kältekreis aus LC150 auch im Forschungsprojekt ETA im Bestand zum Einsatz und wird dort auf eine Anwendung im industriellen Bereich übertragen. Hierin geht es konkret um ein Thermomanagementmodul für einen Reinigungs- und Trocknungsprozess, bei dem sowohl Wärme als auch Kälte benötigt wird. Durch eine Wärmepumpe kann die Bereitstellung in einen Prozess überführt werden und muss nicht mehr getrennt erfolgen. Mit dem innovativen Kältekreis aus LC150 konnten die Forschenden den Betrieb so auslegen, dass die Füllmenge von 255 Gramm Propan ausreicht. Damit ist es möglich, die Gesamtanlage (Reinigungsmaschine mit Thermomanagement-Modul) in Räumen ab 16 Quadratmeter Grundfläche sicher aufzustellen.

Durch das Thermomanagement mit Propan-Wärmepumpe lässt sich die Energieeffizienz des Prozesses deutlich steigern und Kosten senken. So halbiert sich etwa der Strombedarf, um Prozesswasser und Trocknungsluft zu erwärmen. Beim Aufheizen von Frischwasser ist sogar eine Reduktion um bis zu 80 Prozent möglich. In einer Beispielrechnung konnten die Forschenden die Einsparungen noch greifbarer darstellen: In einem Zwei-Schicht-Betrieb, bei dem die Produktion 48 Wochen im Jahr an fünf Tagen pro Woche läuft, ließen sich jährlich fast fünf Tausend Euro Energiekosten einsparen und der CO₂-Ausstoß um rund 12.600 Kilogramm pro Jahr reduzieren. Weitere Informationen zum Einsatz des Propan-Kältekreises im Projekt ETA im Bestand finden Sie in der Pressemeldung des Fraunhofer ISE.