Fraunhofer ISE

Wärmepumpe mit Propan entwickelt

Eine Wärmepumpe mit dem Kältemittel Propan für die Innenaufstellung hat das Fraunhofer-In­stitut für Solare Energiesysteme ISE entwickelt. Der Prototyp der neuen Sole/Wasser-Wärmepumpe be­­­­nö­tigt bei gleicher Leistung nur ein Viertel der Kältemittelmenge im Vergleich zu marktverfügbaren Systemen. 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. Übersteigt eine Wärmepumpe im Einfamilienhaus mit ihren üblichen 5 bis 10 kW Leistung die derzeit vorgeschriebene Höchstmenge von 150 g Kältemittel, kann sie nur mit entsprechenden Sicherheitsanforderungen installiert werden. Die Neuentwicklung des Fraunhofer ISE, Arbeitsname LC150, könnte dies ändern: Sie erreicht mit 150 g Propan bereits rund 8 kW Heizleistung und wäre so auch ohne zusätzliche Sicherheitsvorkehrungen für eine Aufstellung im Inneren von Häusern einsetzbar. Pro kW sind knapp 20 g Propan erforderlich. Marktverfügbare Systeme liegen aktuell bei 80 bis 90 g/kW Leistung. Bei einer Leistung von knapp 2 kW übertreffen sie bereits den Grenzwert von 150 g. Die meisten Wärmepumpenhersteller bieten daher aktuell nur außen aufgestellte Wärmepumpensysteme mit Propan an.

Nun will das Fraunhofer-Forscherteam das System optimieren und Industriepartner für eine breite Umsetzung am deutschen und europäischen Markt gewinnen. Am Ende soll ein kompaktes, kostengünstiges System stehen, das standardisiert ist und den unterschiedlichen nationalen Sicherheitsanforderungen genügt.

Für den Prototyp wurden marktverfügbare Komponenten verwendet. Ein wesentlicher Baustein des Konzepts ist die Nutzung asymmetrischer Plattenwärmeübertrager, denn sie kommen aufgrund ihrer Bauweise mit weniger Kältemittel aus. Da sich der überwiegende Anteil des Kältemittels in den Wärmeübertragern und im Rohrleitungssystem des Wärmepumpensystems befindet, hat die Optimierung der Wärmeübertrager einen großen Einfluss auf die Reduzierung der eingesetzten Kältemittelmenge. Die Arbeitsgruppe konnte den Kältemittelbedarf auch durch eine reduzierte Ölmenge im Kompressor deutlich verringern. In Experimenten wurde das System breit untersucht. Betriebsgrößen waren die Variation der Quellen- und Senkentemperaturen, die Verdichterdrehzahl, die Kältemittelfüllmenge, die Ölmenge im Verdichter sowie die Überhitzung.

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