Kältemittel: Wärmepumpe mit Propan im Vorteil
Geht es um den Betrieb von Wärmepumpen, spielen Kältemittel eine wichtige Rolle. Denn ohne diese Stoffe würde die Heizung nicht funktionieren. Doch was sind Kältemittel eigentlich? Warum sind Sie für Carrier Wärmepumpen so wichtig und welche Rolle spielen natürliche Alternativen wie Propan? Wir geben einen Überblick und zeigen Vor- sowie Nachteile verschiedener Stoffe auf.
Was sind Kältemittel und welche Aufgaben haben sie?
Kältemittel sind synthetische oder natürliche Flüssigkeiten, die unter anderem in Klimaanlagen und Wärmepumpen von Carrier zum Einsatz kommen. Sie verfügen über besondere Eigenschaften und ermöglichen es dadurch, Wärme von einem Medium niedriger Temperatur auf ein Medium höherer Temperatur zu übertragen. Dabei durchlaufen sie verschiedene Phasenwechsel, wie die folgende Übersicht zeigt:
- Wärmeaufnahme aus der Umgebung: Im ersten Schritt strömt das Kältemittel in der Wärmepumpe durch einen Verdampfer. Dabei handelt es sich um einen Wärmeübertrager, der die Energie der Außenluft, des Erdreichs oder des Grundwassers auf das Medium überträgt. Es nimmt dabei Wärme auf und verdampft.
- Druck- und Temperaturerhöhung im Verdichter: Der Kältemitteldampf strömt anschließend durch einen Verdichter. Dieser erhöht den Druck, wobei auch die Temperatur steigt. Das ist wichtig, um mitgeführte Wärme auch wieder abgeben zu können.
- Wärmeabgabe an die Umgebung: Das Kältemittel strömt erneut durch einen Wärmeübertrager und gibt Wärme an die kühlere Umgebung ab. Der Wärmeübertrager wird als Verflüssiger bezeichnet, da sich das Kältemittel an dieser Stelle verflüssigt.
- Entspannung des Kältemittels: Wurde die mitgeführte Wärme an die Umgebung oder an das Heizungswasser abgegeben, geht das Kältemittel wieder in den flüssigen Zustand über. Es strömt durch ein spezielles Ventil, baut dort Druck ab und steht dem Prozess erneut zur Verfügung.
Hinweis: Da sich der Kreislauf grundsätzlich umkehren lässt, ist auch das Kühlen mit einer Wärmepumpe möglich.
Hohe Anforderungen an Kältemittel für Wärmepumpen
Damit sich der Kältemittelkreis wie beschrieben realisieren lässt, muss das Mittel verschiedene Eigenschaften erfüllen. Dazu gehören zum Beispiel:
- Gutes Phasenwechselverhalten (flüssig zu dampfförmig und andersherum)
- Chemisch stabil unter allen denkbaren Betriebsbedingungen
- Nicht toxisch, um Verletzungen auszuschließen
- Ökologisch vorteilhaft in Bezug auf GWP (Global Warming Potential oder Auswirkungen auf den Treibhauseffekt) und ODP (Ozon-Depleating-Potenzial oder Ozon-Zerstörungs-Potenzial)
Ohne diese Eigenschaften wäre der Kälteprozess in der gewünschten Form nicht möglich. Die Temperatur ließ sich nicht wie gewünscht anheben oder die Leistung würde die erforderlichen Werte nicht erreichen.
Kennzeichnung von Kältemitteln erklärt
Für eine eindeutige Identifizierung kennzeichnen Hersteller die Medien mit einem standardisierten Muster. Dieses besteht aus einem R für Refrigerant (deutsch: Kältemittel), einer Zahl sowie unter Umständen aus einem weiteren Buchstaben. Die Bedeutung hängt von der Art der Medien ab, wie die folgende Übersicht zeigt:
- Halogenierte Kältemittel bezeichnen Hersteller nach dem Muster R-XYZ. Dabei steht das „X“ für die Anzahl der Kohlenstoffatome. Das „Y“ steht für die Anzahl der Wasserstoffatome und das „Z“ für die Anzahl der Fluoratome. Folgt ein kleiner Buchstabe am Ende, steht dieser für einen Stoff mit gleicher Summenformel, aber anderer Struktur. Ein Beispiel bietet R134a.
- Anorganische Kältemittel erkennt man anhand einer dreistelligen Zahl, die mit der Nummer 7 beginnt. Typische Beispiele dafür sind Ammoniak (R717), Wasser (R718) und Kohlendioxid (R 744).
- Kohlenwasserstoffe bezeichnen Hersteller ebenfalls mit einem „R“ und drei Ziffern. Diese beginnen dabei in der Regel nicht mit der Ziffer sieben und lassen sich dadurch gut erkennen. Typische Beispiele sind Propen (R1270), Isobutan (R600a) und Propan (R290).
Zudem gibt es Gemische aus verschiedenen Substanzen, die sich an einem angehängten Großbuchstaben erkennen lassen. Fachpersonal unterscheidet dabei zeotrope Gemische, die durch den Phasenwechsel ihre Struktur verändern, sowie azeotrope Gemische, die ihre Struktur behalten.
Welche Kältemittel für Wärmepumpen stehen zur Wahl?
Geht es um die Auswahl eines Kältemittels, spielen die individuellen Gegebenheiten eine wichtige Rolle. Relevant sind dabei vor allem die Temperaturbereiche der Anlage (Wärmequelle, Vorlauftemperatur) sowie die Klimawirkung der Medien. Die folgende Tabelle zeigt, welche Kältemittel für Wärmepumpen grundsätzlich geeignet sind und wann diese jeweils zum Einsatz kommen.
Um die Umweltauswirkungen zu reduzieren, unterliegen Kältemittel mit sehr hohen GWP-Werten inzwischen einer Regulierung. Durch die sogenannte F-Gase-Verordnung (EU-Verordnung Nr. 517/2014 über fluorierte Treibhausgase) dürfen viele Medien nicht mehr uneingeschränkt in Verkehr gebracht werden. Ökologisch vorteilhaft und günstig sind hingegen HFO´s sowie natürliche Kältemittel wie Propan für die Wärmepumpe.
Übrigens: Carrier setzt bei Wärmepumpen verstärkt auf Propan als natürliches Kältemittel.
Höhere Anforderungen an die Aufstellung durch natürliche Kältemittel
Natürliche Kältemittel für Wärmepumpen setzen bautechnisch häufig höhere Anforderungen voraus. Denn die Medien sind oft brennbar. Ein gutes Beispiel dafür bietet Propan. In der Praxis ist das Gefahrenpotenzial allerdings gering. Denn:
- die Kältekreisläufe sind hermetisch dicht
- es kommen nur sehr geringe Kältemittelmengen zum Einsatz
- es gibt verpflichtende Sicherheitsabstände zu Kellertüren sowie Lichtschächten
Lohnen sich natürliche Kältemittel für die Wärmepumpe?
Geht es um den Einsatz in Ein- und Zweifamilienhäusern, kommen heute immer häufiger Propan-Wärmepumpen wie die Carrier AquaSnap 30AWH-P und AquaSnap 30AWH-NG(A) mit R290 als Kältemittel zum Einsatz. Das Medium hat einen GWP von drei und ist damit, wenn es in die Atmosphäre gelangt, dreimal schädlicher als CO₂. Im Vergleich zu konventionellen Medien wie R410A und R134a ist das Global-Warming-Potenzial allerdings mindestens um den Faktor 590 geringer. Zudem erreicht eine Wärmepumpe mit R290 (Propan) höhere Temperaturen. Die Technik eignet sich somit perfekt für neue und auch bestehende Gebäude, wenn Sie etwa eine Wärmepumpe nachrüsten möchten.
Wärmepumpen mit Propan: Vorteile und Nachteile im Überblick
Propan hat einen niedrigen GWP. Es bietet ein geringes Treibhauspotenzial und ist nicht von der F-Gase-Verordnung betroffen. Das Medium ist im Allgemeinen günstig und auch in Zukunft erhältlich. Von Vorteil sind zudem die thermodynamischen Eigenschaften. Denn diese ermöglichen einen effizienten und zuverlässigen Betrieb – auch von Carrier Propan-Wärmepumpen. Die folgende Übersicht zeigt die wichtigsten Vorteile auf einen Blick:
- niedrige Betriebskosten durch hohe Energieeffizienz
- breiter Einsatzbereich durch Temperaturen von bis zu 70 °C
- Einsatz im Altbau auch ohne kostenintensive Umbaumaßnahmen möglich
- Ökologisch vorteilhaft durch den geringen GWP von 2 bis 3
- Höhere Förderung der Wärmepumpe durch natürliche Kältemittel
Eine Wärmepumpe mit Propan hat auch Nachteile. Denn das Medium ist hochentzündlich und dadurch mit einem gewissen Gefahrenpotenzial verbunden. In der Praxis spielt das meist jedoch keine Rolle. Dafür sorgen geringe Kältemittelfüllmenge, hermetisch verschlossene Kältekreisläufe und höhere Sicherheitsvorkehrungen bei der Installation.
Monoblock- und Split-Wärmepumpen mit R290 verfügbar
Möchten Sie mit Propan auf ein natürliches Kältemittel setzen, haben Sie eine große Auswahl. Denn sowohl Split- als auch Monoblock-Wärmepumpen mit R290 sind heute erhältlich. Die Anlagen gibt es in verschiedenen Leistungsbereichen und somit für viele Gebäude und Einsatzbereiche.
