Konsortium entwickelt kompakten Kühlkreislauf für Wärmepumpen auf Propan-Basis

Wärmepumpen werden in Zukunft die wichtigste Heiztechnik sein. Um die Marktdurchdringung zu beschleunigen, arbeiten die Hersteller von Wärmepumpen daran, die Kosten zu senken und nachhaltige Kältemittel zu finden.

Das Fraunhofer-Institut für Solarenergiesysteme ISE entwickelt im Rahmen des vom Bund geförderten Forschungsprojekts „LC150 Entwicklung eines kältemittelreduzierten Wärmepumpenmoduls mit Propan“ einen kompakten und kostengünstigen Kühlkreislauf für Wärmepumpen, die Propan als Kältemittel verwenden.

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Ein breites Industriekonsortium europäischer Wärmepumpenhersteller unterstützt die Entwicklung des Projekts sowohl finanziell als auch technisch. Die gemeinsame Entwicklungsplattform soll den teilnehmenden Unternehmen ein erhebliches Kostensenkungspotenzial eröffnen und die industrielle Entwicklung von Wärmepumpen für Wohngebäude beschleunigen.

Wärmepumpen mit geringer Kältemittelfüllung

Ziel des Projekts ist es, in Zusammenarbeit mit Herstellern und Zulieferern von Wärmepumpen einen standardisierten Kühlkreislauf mit geringer Kältemittelfüllung zu entwickeln. Die standardisierte Einheit muss für verschiedene Komponenten qualifiziert sein. Das Ergebnis soll den teilnehmenden Partnern konzeptionell zur Verfügung gestellt oder sogar in einer gemeinsamen Produktion umgesetzt werden.

Fraunhofer ISE Wärmepumpe Gasbetrieben
Im Rahmen einer potenziellen Studie gelang es dem Fraunhofer ISE im Jahr 2019, einen auf dem Markt erhältlichen Komponenten einen Solewasserkühlkreislauf zu entwickeln. Der Kreislauf benötigt nur 150 Gramm Propan für eine Heizleistung von 8 kW, was einer Kältemittelreduzierung von 75 Prozent im Vergleich zu Systemen auf dem Markt entspricht.

„Derzeit arbeitet die Industrie parallel an den vielen Aspekten der Umstellung von Propanwärmepumpen. Thermodynamisch wird Propan als sehr geeignetes Kältemittel eingestuft. Da es jedoch brennbar ist, sind möglicherweise weitere Sicherheitsmaßnahmen erforderlich(…)

Die Marktbeschleunigung von Wärmepumpeneinheiten ist für die Energiewende unbedingt erforderlich. Dies wird durch die gemeinsame Entwicklung von Sicherheitstests unterstützt, indem die Entwicklungsprobleme gemeinsam mit Zulieferern und im besten Fall durch gemeinsame Produktion angegangen werden.

Gemeinsame Plattformentwicklung

Bisher hat jeder europäische Hersteller für jedes der verschiedenen Kältemittel und Leistungsklassen einen eigenen Kältemittelkreislauf entwickelt. Das LC150-Projekt geht jetzt mit seiner gemeinsamen Entwicklungsplattform neue Wege

Propan als natürliches Kältemittel

Die EU-Verordnung über fluorierte Treibhausgase schreibt vor, dass die schädlichen Emissionen von Kältemitteln bis 2030 gegenüber 1990 um 70% gesenkt werden müssen. Für Wärmepumpenhersteller gewinnt Propan als natürliches Kältemittel zunehmend an Bedeutung. Es ist weit verbreitet und weist hervorragende thermodynamische Eigenschaften auf, was im Vergleich zu herkömmlichen Wärmepumpen einen höheren Wirkungsgrad (Verhältnis der erzeugten Nutzwärme und der zur Erzeugung verwendeten Energie) ermöglicht.

Im Rahmen einer potenziellen Studie gelang es dem Fraunhofer ISE im Jahr 2019, einen auf dem Markt erhältlichen Komponenten einen Solewasserkühlkreislauf zu entwickeln. Der Kreislauf benötigt nur 150 Gramm Propan für eine Heizleistung von 8 kW, was einer Kältemittelreduzierung von 75 Prozent im Vergleich zu Systemen auf dem Markt entspricht. Eine auf diesem Konzept basierende Wärmepumpe könnte ohne zusätzliche Sicherheitsvorkehrungen als Kühlschrank im Haus aufgestellt werden.

„Wir sind zuversichtlich, dass diese Reduzierung des Kältemittels auch für andere Kapazitäten und Betriebspunkte erreicht werden kann, wenn die einzelnen Komponenten für die Verwendung von Propan angepasst werden“, sagt Dr. Peter Schossig.

Im Projekt wird die Optimierung der Leistung, Effizienz und Betriebsstabilität angesprochen. Ausschlaggebend für die Gesamtoptimierung sind der Einsatz von Wärmetauschern, Kompressoren und Rohrleitungssystemen mit reduzierter Kältemittelfüllung sowie die Entwicklung von Betriebsarten, die eine gute Verteilung des Kältemittels auf die Komponenten ermöglichen.

Das Projektkonsortium

Durchgeführt wird das Projekt am Fraunhofer ISE, wobei ein Industriebeirat die Aufgabenstellung und den Arbeitsplan mitdiskutiert und damit die Praxisnähe sicherstellt. Folgende Firmen beabsichtigen, sich inhaltlich an dem Projekt und der Finanzierung zu beteiligen und am Beirat teilzunehmen: Vaillant, Kermi GmbH, Bosch Thermotechnik GmbH, Viessmann Werke Allendorf GmbH, BDR Thermea und ait-deutschland GmbH.

Der Einstieg weiterer Partner in das Konsortium ist bis Ende 2020 möglich und erwünscht.

Über das Fraunhofer ISE

Das Fraunhofer ISE forscht an der gesamten Wertschöpfungskette von Wärmepumpen – von Materialien über Komponenten- und Geräteentwicklung bis hin zur Qualitätssicherung und Monitoring im Feld.
Ebenso verfügt das Institut über ein akkreditiertes TestLab Heat Pumps and Chillers.

© Fraunhofer ISE, Bild: Fraunhofer ISE
Quelle/Bericht in voller Länge: ISEFrauenhofer-Bericht , Webseite: ISE-Fraunhofer 


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Wärmepumpen mit Propan betreiben
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Wärmepumpen werden in Zukunft die wichtigste Heiztechnik sein. Frauenhofer ISE Propanwärmepumpen – Kältemittelreduzierung von 75 Prozent möglich
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