Die am Fraunhofer ISE entwickelten Wärmepumpenlösungen setzen auf das klimafreundliche Kältemittel Propan. © Fraun­ho­fer ISE
Die am Fraun­ho­fer ISE ent­wi­ckel­ten Wär­me­pum­pen­lö­sun­gen set­zen auf das kli­ma­freund­li­che Käl­te­mit­tel Pro­pan.

Kli­ma­freund­li­cher Käl­te­kreis mit Pro­pan
Ef­fi­zi­en­te Wär­me­pum­pe statt Öl- und Gas­hei­zung

24.07.2024 | Ak­tua­li­siert am: 24.07.2024

Für die Wär­me­wen­de spie­len Wär­me­pum­pen eine Schlüs­sel­rol­le. Wich­tig ist dabei der Ein­satz na­tür­li­cher Käl­te­mit­tel mit nied­ri­gem Treib­haus­gas­po­ten­zi­al. Was das für die An­la­gen­ent­wick­lung be­deu­tet und wie Öl- und Gas­hei­zun­gen aus­ge­tauscht wer­den kön­nen, daran ar­bei­ten For­schen­de in LC150 und LCR290.

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.

Über den Youtube-​Kanal

Auf „En­er­gie­for­schung“ be­rich­tet der Pro­jekt­trä­ger Jü­lich im Auf­trag des BMWK über die For­schungs­för­de­rung im En­er­gie­for­schungs­pro­gramm (EFP). In Vi­deo­in­ter­views, Re­por­ta­gen, Er­klär­vi­de­os und Shorts wer­den ak­tu­el­les Wis­sen und Hin­ter­grün­de zu den EFP-​Missionen En­er­gie­sys­tem, Wär­me­wen­de, Strom­wen­de, Was­ser­stoff und Trans­fer ver­mit­telt.