Plattform für Propan-Wärmepumpen
Standardisierter Propan-Kältekreis für Wärmepumpen-Hersteller

Propan gehört zu den Kohlenwasserstoffen und hat hervorragende thermodynamische Eigenschaften. Zudem gilt es als besonders energiesparendes Kältemittel. Allerdings kann Propan mit der Luft zündfähige Gemische bilden und ist brennbar. „Wenn man Propan nutzen will, muss man die Kältemittelmenge so gering wie möglich halten, um das Sicherheitsrisiko zu reduzieren“, erklärt Lena Schnabel, Projektkoordinatorin des Forschungsprojekts LC150 und Abteilungsleiterin für Wärme- und Kältetechnik am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE.

Vorarbeiten haben gezeigt, dass eine reduzierte Füllmenge an Propan als Kältemittel in der Wärmepumpe in einem deutlichen Ausmaß möglich sei. „Herausfordernd ist die gleichzeitig erforderliche hohe Effizienz und Betriebssicherheit des Kältekreises“, so Schnabel. Propan ist weltweit preiswert erhältlich und wird dank seiner idealen kältetechnischen Eigenschaften besonders in Anlagen mit geringen Füllmengen eingesetzt.

8 Kilowatt Heizleistung mit 150 Gramm Propan

Eine Wärmepumpe mit 150 Gramm Propan erreicht nach Informationen einer Potenzialstudie des Fraunhofer ISE bereits rund 8 Kilowatt Heizleistung und wäre so auch ohne zusätzliche Sicherheitsvorkehrungen im Gebäude einsetzbar. Das entspricht gegenüber marktverfügbaren Systemen einer Kältemittel-Reduktion um 75 Prozent. „Diese Reduktion des Kältemittels kann durch eine gezielte Anpassung aller Einzelkomponenten auf das Kältemittel Propan auch für andere Leistungen und Betriebspunkte erreicht werden“, sagt Lena Schnabel.

Ausschlaggebend für einen optimierten Propan-Kältekreis ist der Einsatz füllmengenreduzierter Wärmeübertrager, Verdichter und Verrohrungssysteme sowie die Entwicklung von Betriebsweisen, die eine gute Kältemittelverteilung in den Komponenten erlauben.

Im Juni 2014 hat die Europäische Kommission beschlossen, dass synthetische Kältemittel, die fluorierte Treibhausgase enthalten, schrittweise vom Markt genommen werden müssen. Propan ist eine klimafreundliche Alternative und wird auch schon in Klima- und Kälteanlagen eingesetzt. In Wärmepumpen ist es bisher weniger verbreitet. Dies soll sich nun mit dem Forschungsprojekt LC150 ändern.

Gemeinsame Plattform für Propan-Kältekreise

Bislang entwickelt jeder europäische Hersteller seine eigenen Kältekreise für unterschiedliche Kältemittel und Leistungsklassen. Ähnlich wie bei den Automobilherstellern schon in der Praxis üblich, wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit LC150 im Wärmepumpenbereich Synergien zwischen den Herstellern identifizieren und perspektivisch gleiche Bauteile im Kältekreis nutzen. Die gemeinsame Entwicklungsplattform soll den am Forschungsprojekt LC150 beteiligten Unternehmen ein erhebliches Potenzial eröffnen, Kosten in der Fertigung zu senken und die industrielle Entwicklung von Propan-Wärmepumpen für Wohngebäude zu beschleunigen.

Ein breites Industriekonsortium europäischer Wärmepumpen-Hersteller unterstützt und begleitet die Forschungsarbeiten fachlich. Interessierte Partner konnten sich bis Ende 2020 dem Konsortium anschließen. Beteiligt sind mittlerweile acht europäische Hersteller [Stand: Ende 2021/Anfang 2022]. (az)