Energiewende im Gebäudesektor: Klimaoptimierte Wärmepumpen bald marktreif

24.10.2019 – Der Klimaschutz beim Bauen kommt nur langsam voran. Die energetische Sanierungsrate ist zu niedrig, Öl- und Gas- Heizsysteme werden immer noch subventioniert, und selbst beim Neubau kommt die Integration von Erneuerbaren Energien kaum voran. Im Zuge einer dezentralen Energiewende muss jedoch zunehmend mehr Ökostrom sinnvoll ins Stromnetz integriert werden. Wärmepumpen gelten dabei als wichtige Heizungstechnologie der Zukunft, denn sie können einen Beitrag zur weiteren Integration Erneuerbarer Energien und damit zum Klimaschutz leisten. Derzeit nutzen die Geräte jedoch noch überwiegend Kältemittel mit umweltschädlichen Treibhausgasen. Eine Wärmepumpe mit einer klimafreundlichen Alternative entwickelt das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE seit längerer Zeit, nun wird es marktreif.

Propan-Wärmepumpe für Wohnräume

Die Forscher nutzen dafür das natürliche Gas Propan. Das Treibhauspotenzial sei rund 500 Mal niedriger als das herkömmlicher Kältemittel und somit äußerst gering. Zudem benötige der Prototyp der neuen Sole/Wasser-Wärmepumpe bei gleicher Leistung nur ein Viertel der Kältemittelmenge im Vergleich zu marktverfügbaren Systemen, berichten die Forscher. Eine auf dieser Entwicklung aufbauende Propan-Wärmepumpe wäre die erste dieser Art in Deutschland, die ohne zusätzliche Sicherheitsvorkehrungen in Innenräumen von Wohngebäuden aufgestellt werden darf. Die Technologie solle nun weiter verbessert werden.

Für die Wärmepumpenbranche kommt die Innovation gerade rechtzeitig: Denn ab dem ersten Januar 2020 gelten in der Europäischen Union erste Verwendungsverbote. Die EU-Verordnung Nr. 517/2014 über fluorierte Treibhausgase, kurz F-Gase-Verordnung, schreibt eine kontinuierliche Reduktion des klimaschädlichen Potenzials von Kältemitteln vor. Das soll dazu beitragen, so berichten die Wissenschaftler, die Emissionen von Kältemitteln bis zum Jahr 2030 um 70 Prozent gegenüber 1990 zu reduzieren.

Wärmepumpenhersteller und Institute suchen daher fieberhaft nach Alternativen zu herkömmlichen Kältemitteln. Erste Fortschritte wurden erzielt, doch sind die bislang entwickelten Alternativen fast alle giftig oder brennbar. Sie gehören deshalb überwiegend Sicherheitsgruppen an, für die erhöhte Anforderungen gelten. Das mache die Systeme teuer.

Übersteigt eine Wärmepumpe im Einfamilienhaus mit ihren üblichen fünf bis zehn Kilowatt Leistung die vorgeschriebene Höchstmenge von 150 Gramm Kältemittel, kann sie nur mit hohen, kostenaufwändigen Sicherheitsanforderungen installiert werden. Aus diesem Grund sind Wärmepumpen mit Propan zur Aufstellung im Innenbereich derzeit fast nicht am Markt vertreten.

Die Neuentwicklung des Fraunhofer ISE soll Abhilfe schaffen: Sie erreicht mit 150 Gramm Propan bereits rund acht Kilowatt Heizleistung und wäre so auch ohne zusätzliche Sicherheitsvorkehrungen für eine Aufstellung im Inneren von Häusern einsetzbar, berichten die Forscher. Pro Kilowatt wären knapp 20 Gramm Propan erforderlich. Marktverfügbare Systeme liegen aktuell bei 80 bis 90 Gramm pro Kilowatt Leistung. Bei einer Leistung von knapp zwei Kilowatt übertreffen sie bereits den Grenzwert von 150 Gramm. Die meisten Wärmepumpenhersteller bieten daher aktuell nur außen aufgestellte Wärmepumpensysteme mit Propan an.

Der Prototyp, den die Fraunhofer Forscher getestet haben, erziele nun das für dieses Marktsegment avisierte Leistungsniveau mit einer sehr geringen Füllmenge. Eine Aufstellung im Innenbereich werde damit möglich. Im nächsten Schritt will das Forscherteam das System optimieren und Industriepartner für eine breite Umsetzung am deutschen und europäischen Markt gewinnen. Nächstes Ziel, so das Forscherteam, sei daher eine Erhöhung der Effizienz und die Entwicklung eines serientauglichen Designs. na