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Kältemittel

Ozonschichtschädigende Kältemittel wurden in der Vergangenheit vor allem durch Fluorkohlenwasserstoffe (FKW) ersetzt, die aber auch klimaschädlich sind. Daher gewinnen natürliche Kältemittel mit geringem Treibhauspotenzial an Bedeutung. Propan und Propen können aufgrund ähnlicher thermodynamischer Eigenschaften die FCKW und HFKW ersetzen. Ihre Brennbarkeit bringt allerdings sicherheitstechnische Anforderungen mit sich, z. B. bei der Aufstellung und Belüftung der Anlage, den verwendeten Komponenten sowie evtl. Sicherheitseinrichtungen.

In Deutschland sind nur wenige Wärmepumpen mit diesen Kältemitteln auf dem Markt. Ein Grund ist das Produkthaftungsrisiko der Komponenten-hersteller aufgrund teils unklarer rechtlicher Vorschriften bei gleichzeitig noch geringem Absatzpotenzial. Der Einsatzbereich beschränkt sich meist auf Warmwasser-Wärmepumpen mit einer Füllmenge von unter 150 g und außen aufgestellter Außenluft/Wasser-Wärmepumpen.

Die Komponenten-Forschung zielt auf die Mini-mierung der Kältemittelmenge und die Ein-führung neuer Sicherheitskomponenten. Das Forschungs-projekt „Ersatz fluorierter Treibhausgase durch natürliche Kältemittel“ des BMU unterstützt die Markteinführung natürlicher Kältemittel.

Kohlendioxid (CO2 ) ist aus ökologischer und sicherheitstechnischer Sicht ein nahezu ideales Kältemittel. Es ist preiswert, chemisch inaktiv und weder giftig noch brennbar und hat ein vergleichsweise vernachlässigbares Treibhauspotenzial. Es erfordert aber hohe Betriebsdrücke, die besondere Anforderungen an technische Komponenten wie Verdichter und Wärmeübertrager stellen. Eine thermodynamische Besonderheit ist die geringe kritische Temperatur von 31 °C. Bei hohen Senkentemperaturen kondensiert das Kältemittel nicht mehr, sondern kühlt bei „stark gleitender“ Temperatur (isobar) ab. CO2 eignet sich daher besonders bei großer Temperaturspreizung zwischen Vorlauf und Rücklauf. Beispiele hierfür sind die Brauchwassererwärmung, die gleichzeitige Brauchwassererwärmung und Niedertemperatur-heizung über zwei Wärmetauscher in Reihe und Luftheizungen. Auf dem deutschen Markt bietet derzeit ein Hersteller CO2-Wärmepumpen kleiner Heizleistung (5 und 9 kW) an. Kleine Wärmepumpen, die für den Passivhaussektor geeignet wären, sind noch nicht verfügbar.

Forscher der TU Braunschweig untersuchten die Wärmeversorgung eines Niedrigstenergie- sowie eines Passivhauses. CO2-Wärmepumpen von kleiner Heizleistung mit angeschlossenem Schichten-speicher wiesen Energieeinsparpotenziale -gegenüber herkömmlichen Wärmepumpen auf.

Die Kältemittel-Forschung untersucht auch neue Stoffe bzw. Stoffgemische für kältetechnische Anwendungen. Das vom BMWi geförderte Grund-lagenprojekt „Low-GWP-Kältemittel“ des ILK Dresden zeigt aussichtsreiche Ergebnisse einer Propan-CO2-Mischung.

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