Kältemittel für die Wärmepumpe

Kältemittel für die Wärmepumpe

Wärmepumpen liegen im Trend. Für das darin enthaltene Kältemittel gelten jedoch strenge Regeln. Hier erfährst du alles zu Gesetzen und möglichen Alternativen.  

Inhalt des Blogartikel

• Funktion und Eigenschaften von Kältemitteln
• Wie sicher ist das Kältemittel der Wärmepumpe?
• Welche Kältemittel gibt es für die Wärmepumpe?

Funktion und Eigenschaften von Kältemitteln

Wärmepumpen haben sich vor allem im Neubau als bevorzugte Heiztechnik etabliert. Die Umweltheizung steht für eine besonders energieeffiziente und CO2-arme Methode, Wärmeenergie zu erzeugen. Um die im Erdreich, Grundwasser und der Außenluft gespeicherte Umweltwärme für Heizzwecke nutzbar zu machen, benötigt die Wärmepumpe das Kältemittel. Es dient der Wärmeübertragung.

Das System muss das Kältemittel (im Gegensatz zu Wasser) nicht erst auf 100 Grad Celsius erhitzen, damit es verdampft. Dieser Prozess tritt bereits bei circa 0 Grad Celsius ein. Es nimmt also bei niedrigen Temperaturen und niedrigem Druck Wärme auf und gibt diese bei höherer Temperatur und höherem Druck an das Heizwasser ab. Das Ganze findet in einem hermetisch geschlossenen Kreisprozess statt. Dabei verdampft das Kältemittel immer wieder, wird verdichtet, verflüssigt und entspannt. Auf diese Weise kannst du bis zu 80 Prozent kostenlose Wärme aus der Umwelt für die Wärmeversorgung deines Hauses einsetzen.

Was ist der Unterschied zwischen Kältemitteln und Kühlmitteln?

Umgangssprachlich werden beide oft gleichwertig benutzt. Allerdings gibt es einen wesentlichen Unterschied: Weder die Wärmepumpe noch der Kühlschrank funktionieren mit einem Kühlmittel. Denn in einem Kältemaschinenprozess kann das Kühlmittel Wärmeenergie nur von einem Gegenstand, dessen Umgebung kälter ist, zu einer Stelle niedrigerer Temperatur transportieren. Ein Kältemittel hingegen ist auch dann in der Lage Wärme zu transportieren, wenn die Umgebungstemperatur höher ist als der zu kühlende Gegenstand.

Wie sicher ist das Kältemittel der Wärmepumpe?

Diesbezüglich brauchst du keine Bedenken zu haben. Nicht umsonst hat die Wärmepumpe als nachhaltiges Heizsystem ein großes Zukunftspotenzial.  Das Kältemittel ist weder giftig noch brennbar. Du kannst es auch nicht aufbrauchen. Da es keinem Alterungsprozess unterliegt, besteht auch kein Grund, das Kältemittel zu ersetzen. 

Der Wärmepumpenkreislauf, in dem das Kältemittel zirkuliert, ist immer hermetisch geschlossen, also undurchdringlich – beziehungsweise luft- und wasserdicht. Ohne bewusste manuelle Beschädigung sind Leckagen ausgeschlossen. Um die Dichtigkeit zu gewährleisten, durchlaufen Wärmepumpen während der Produktion aufwendige Prüfverfahren.

Außerdem schreibt die F-Gase-Verordnung regelmäßige Prüfungen vor. Wenn du eine Wärmepumpe entsorgen möchtest, muss dies stets fachgerecht erfolgen. Das Kältemittel wird restlos abgesaugt, anschließend wiederverwendet oder, falls das nicht möglich ist, sach- und umweltgerecht beseitigt. Abhängig von der Wärmepumpenleistung und dem verwendeten Kältemittel, beträgt die Kältemittelfüllung 1 bis 6 Kilogramm.

Welche Kältemittel gibt es für die Wärmepumpe?

In den Anfangsjahren gab es vor allem Elektro-Wärmepumpen mit den Fluorchlorkohlenwasserstoffen FCKW und H-FCKW. Aufgrund des hohen Ozonabbaupotenzials (ODP: Ozone Depletion Potential) wurde FCKW im Jahr 1991 und H-FCKW ab 2001 verboten. Die Verbote hatten jeweils eine Übergangszeit, in denen du die Kältemittel zwar weiter nutzen, aber nicht mehr nachfüllen bzw. in Neuanlagen einsetzen durftest. Somit griff das Komplettverbot für FCKW erst Anfang 1995 und für H-FCKW am 01. Januar 2015.

Die Fluorkohlenwasserstoffe FKW und HFKW lösten sie daraufhin ab. Bewährte Kältemittel wie R134a oder R410A sind chlorfrei, schädigen nicht die Ozonschicht und besitzen sehr gute thermodynamische Eigenschaften. Allerdings enthalten sie klimaschädliche Treibhausgase. So hat beispielsweise das für Luft-Wasser-Wärmepumpen gerne verwendete Kältemittel R410A ein Treibhauspotential bzw. Global Warming Potential (GWP) von 2090.

Weltweites Verbot von F-Gasen

Da die Zahl der Wärmepumpen und Kälteanlagen stark zunimmt, werden Kältemittel mit einem sehr geringen GWP gefordert. Die Politik will dies mit Blick auf den Klimawandel mit gesetzlichen Vorgaben erreichen. Die Kommission der Europäischen Gemeinschaft und 24 Regierungen unterzeichneten im September 1987 das Montrealer Protokoll und damit den weltweiten Ausstieg aus der Produktion und Verwendung von FCKW.

Am 16. September 2009 unterzeichneten 197 Vertragsstaaten das Montrealer Protokoll. Im Vergleich zum Jahr 1987 ist die Produktionsmenge dieser Stoffe bis heute um 95 Prozent gesunken. Die internationale Staatengemeinschaft hat 2016 die stufenweise Reduzierung des weltweiten HFKW-Einsatzes festgeschrieben. Durch die F-Gase-Verordnung von 2014 werden diese Vorgaben in Europa bereits erfüllt.

F-Gas-Verordnung

In der EU sollen die Emissionen des Sektors Industrie bis zum Jahr 2030 gegenüber 1990 um 70 Prozent gesenkt und bis dahin die Emissionen fluorierter Treibhausgase (F-Gase) um 70 Millionen Tonnen CO2-Äquivalent auf 35 Millionen Tonnen reduziert werden.

Die Hersteller von Wärmepumpen werden durch die F-Gas-Verordnung vor eine sehr große Herausforderung gestellt. Doch alle bislang entwickelten Alternativen sind meist giftig oder brennbar. Die erforderlichen Sicherheitsmaßnahmen machen die Geräte daher recht teuer.

Alternative Kältemittel

Natürliche Kältemittel wie Propan R-290 mit einem GWP von 3, CO2 R744 mit einem GWP von 1 oder Ammoniak R-717 mit einem GWP von 0  sind alle nicht so „pflegeleicht“ wie F-Gase:

• CO2 wird heute in der Gewerbekühlung bevorzugt eingesetzt. Für den Einsatz in Wärmepumpen hingegen erweist sich CO2 nur dann als wirklich effizient, wenn die Differenz zwischen Vor- und Rücklauftemperatur relativ groß ist. Diese Situation ist beispielsweise bei der Warmwassererzeugung gegeben.
• Ammoniak ist zwar sehr effizient, aber giftig. Der Sicherheitsaufwand ist entsprechend hoch. Es wird aus diesem Grund ausschließlich in Großanlagen eingesetzt.
• Propan (R290) allerdings hat gute Chancen, eine Alternative für kleine und mittelgroße Wärmepumpen-Anlagen zu sein. Bei Wärmepumpen in sehr gut gedämmten Häusern und in Kombination mit einer Niedertemperatur-Heizung konnte das Gas in Tests bereits überzeugen. Propan ermöglicht einen optimalen Wirkungsgrad mit hohen Leistungszahlen, ist klimaschonend und du kannst es preiswert zu beziehen. Allerdings gibt es hier hohe Sicherheitsauflagen. Das könnte sich jetzt ändern. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat eine Wärmepumpe mit Propan entwickelt, die du ohne zusätzliche Sicherheitsvorkehrungen im Haus betreiben kannst. Mit nur 150 Gramm LC150, so der Arbeitsname, wurde eine Heizleistung von rund 8 Kilowatt erreicht.