Wege zur klimaneutralen Wärme- und Kälteversorgung

Rund 80 Fachleute aus Handwerk, Fachplanung, Industrie, Verwaltung, Wissenschaft und Politik diskutierten aktuelle Herausforderungen und zentrale Fragestellungen beim Einsatz natürlicher Kältemittel. Hintergrund ist die EU-weite Reduzierung und das Verbot fluorierter Treibhausgase durch die F-Gase-Verordnung (EU 2024/573), die den Umstieg auf alternative Arbeitsmedien in Klima- und Wärmepumpensystemen beschleunigen soll, um die Klimaneutralität bis 2050 zu erreichen. In den Fachbeiträgen, die unter anderem von Behörden, Verbänden, Forschungseinrichtungen und Unternehmen kamen, wurden die Auswirkungen der neuen F-Gas-Regelungen, effiziente Anwendungen in Heizungs- und Klimasystemen sowie Praxisbeispiele aus unterschiedlichen Einsatzbereichen dargestellt. Diskutiert wurden insbesondere Sicherheitsanforderungen, Qualifizierungsbedarf, rechtliche Rahmenbedingungen und konkrete Einsatzmöglichkeiten in der Praxis. Ergänzt wurde das Programm durch eine Abschlussdiskussion und einen Laborrundgang durch die Keylabs des ZET.

Zunächst beschäftigten sich die Vorträge in drei Themenblöcken mit

den Auswirkungen der neuen F‑Gase‑Verordnung,

effizienten Anwendungen natürlicher Kältemittel in Heizungs- und Klimatisierungssystemen sowie

Best-Practice-Beispielen aus Handwerk, Gewerbe und Industrie.

Im ersten Vortrag ging Dr. Diana Thalheim auf die Auswirkungen der EU-F-Gase-Verordnung auf Wärmepumpen und Klimaanlagen sowie die zunehmende Bedeutung natürlicher Kältemittel und HFO-Kältemittel ein. Zentrale Elemente der Verordnung sind die schrittweise Reduzierung der verfügbaren HFKW-Mengen, Verbote des Inverkehrbringens bestimmter Anlagen sowie Anforderungen an Dichtheitsprüfungen, Rückgewinnung und Kennzeichnung.

Parallel zu den regulatorischen Vorgaben existieren Förderprogramme für Anlagen mit klimafreundlichen Kältemitteln. Die Kälte-Klima-Richtlinie fördert energieeffiziente Kälte- und Klimaanlagen mit nicht-halogenierten Kältemitteln. Die Richtlinie läuft zum Jahresende aus und befindet sich aktuell in der Evaluierung – ob sie darüber hinaus verlängert wird, hängt u. a. von den Möglichkeiten zur Finanzierung ab. In der Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) wird zudem ein Effizienzbonus gewährt, wenn Wärmepumpen natürliche Kältemittel einsetzen oder Umweltwärmequellen wie Wasser, Erdreich oder Abwasser nutzen. Ab dem 1. Januar 2028 werden im Rahmen der BEG nur noch Wärmepumpen mit natürlichen Kältemitteln gefördert.

Die Marktentwicklung zeige, so Dr. Thalheim, eine zunehmende Verbreitung natürlicher Kältemittel, insbesondere Propan (R290), in Wärmepumpen. Während im Jahr 2021 nur ein geringer Anteil der Geräte mit natürlichen Kältemitteln betrieben wurde, weist die aktuelle BEG-Datenbank deutlich höhere Anteile aus, vor allem bei Luft/Wasser-Wärmepumpen. Gleichzeitig hat sich die verfügbare Leistungsspanne erweitert: Geräte mit R290 sind inzwischen in Leistungsbereichen bis etwa 70 kW verfügbar.

Felix Uthoff gab zunächst einen Überblick über die Aktivitäten und Informationsangebote des Bundesverbands Wärmepumpe, etwa Planungstools, Referenzdatenbanken sowie Plattformen zur Orientierung bei regulatorischen Anforderungen und Projektplanung. Er hob besonders die wachsende Bedeutung natürlicher Kältemittel für Wärmepumpen und die daraus resultierenden Anforderungen an Planung, Installation und Betrieb hervor. Ein zentraler Treiber sei die novellierte F-Gase-Verordnung, die schrittweise strengere Grenzwerte für das Inverkehrbringen von Wärmepumpen mit fluorierten Kältemitteln festlegt. Für Monoblockgeräte unter 50 kW gilt z. B. ab 2027 ein GWP-Grenzwert von 150, während kleinere Systeme langfristig vollständig ohne F-Gase auskommen sollen. Wichtig für das Handwerk: Ein Inverkehrbringungsverbot betrifft nur das erstmalige Bereitstellen auf dem Markt; Verkauf, Installation, Wartung und Betrieb bereits verzollter Geräte bleiben weiterhin zulässig, so Uthoff.

Bei der Auswahl von Kältemitteln müssen Einsatzbereich, thermodynamische Eigenschaften sowie Sicherheitsaspekte berücksichtigt werden. Hohe Temperaturen erfordern thermisch stabile Kältemittel, während bei niedrigen Temperaturen ausreichend hohe Dampfdruckniveaus notwendig sind. Zusätzlich beeinflussen Brennbarkeit und Toxizität die Anforderungen an Aufstellung und Mindestraumvolumen gemäß DIN EN 378. Da kein Kältemittel alle Anforderungen vollständig erfüllt, handelt es sich stets um einen Kompromiss zwischen Umweltverträglichkeit, Effizienz und Sicherheit.

Natürliche Kältemittel wie Propan oder Ammoniak bringen besondere sicherheitstechnische Anforderungen mit sich. Brennbare Kältemittel werden bevorzugt in großen, gut belüfteten Bereichen oder im Außenbereich eingesetzt. Bei der Außenaufstellung sind Schutzbereiche zu berücksichtigen, in denen sich keine Gebäudeöffnungen oder Zündquellen befinden dürfen. Zudem muss sichergestellt sein, dass bei einer möglichen Leckage kein Kältemittel in Gebäude oder geschlossene Räume eindringen kann. Ein Leitfaden des Bundesverbands Wärmepumpe bietet hierfür praxisnahe Hinweise zu Planung, Installation, Kennzeichnung, Wartung sowie Risiko- und Gefährdungsbeurteilung.

Auch die Qualifikation des Personals gewinnt an Bedeutung. Zertifizierungen bleiben für Tätigkeiten an Kälte-, Klima- und Wärmepumpenanlagen verpflichtend. Neu ist, dass auch Arbeiten mit natürlichen Kältemitteln eine entsprechende Zertifizierung erfordern und bestehende Qualifikationen bis 2029 durch Auffrischungslehrgänge aktualisiert werden müssen. Für spezielle Anwendungen sind zusätzliche Zertifikate etwa für CO₂- oder Ammoniakanlagen vorgesehen.

Zu Beginn seines Vortrags stellte Dr. Reinhard Zeitler zunächst den rechtlichen und politischen Rahmen für den Umstieg auf natürliche Kältemittel dar. Grundlage sind internationale Vereinbarungen wie das Montrealer Protokoll und die Kigali-Ergänzung sowie die EU-F-Gas-Regelungen mit einem Ausstieg aus fluorierten Treibhausgasen bis 2050. Er verwies auf den eher „soften Vollzug“ der F-Gase-Verordnung in Bayern.

Dr. Zeitler berichtet ferner, dass aktuell am Bayerischen Landesamt für Umwelt das Projekt „Natürliche Kältemittel in Heiz- und Kühlsystemen“ (03/2024–04/2027) läuft. Ziel ist die Förderung des Einsatzes natürlicher Arbeitsmedien, insbesondere in Wärmepumpen – u. a. mit Informationsmaterialien und Fachveranstaltungen. Projektpartner ist die Universität Bayreuth. Dort wird in einem weiteren Projekt („Wärme-Klima-freundlich“) der Einsatz klimafreundlicher Arbeitsmedien wie CO₂ oder natürlicher Kohlenwasserstoffe in Heiz- und Kühlsystemen untersucht und technisch sowie wirtschaftlich bewertet. In weiteren Folien gab Dr. Zeitler noch einen Überblick über Informationsangebote, internationale Kooperationen und weitere Projekte zum Klimaschutz im Kälte- und Klimabereich.

Über genau jenes, zuletzt erwähntes Projekt, das die Hindernisse und offenen Forschungsfragen zum Übergang zu natürlichen Kältemitteln in Wärmepumpen- und Kälteanwendungen untersucht, berichtete Jaromir Jeßberger im folgenden Vortrag. Vor dem Hintergrund der globalen Erwärmung als größter Herausforderung unserer Zeit sind der Phase-down fluorierter Treibhausgase und regulatorische Anforderungen eine wichtige Motivation.

Ein Arbeitsschwerpunkt ist die Analyse marktreifer Wärmepumpen sowie techno-ökonomische Vergleiche zwischen natürlichen und synthetischen Kältemitteln. Erste Ergebnisse für Wohngebäude zeigen, dass natürliche Kältemittel in Luft/Wasser-Wärmepumpen technisch und wirtschaftlich konkurrenzfähig sein können.

Besonders betrachtet wurden TFA-bildende Kältemittel. Eine Literaturauswertung zeigt deutliche Unterschiede zwischen den Stoffen: Während einige HFKW und HFO bei atmosphärischem Abbau relevante Mengen Trifluoressigsäure (TFA) bilden können, weisen natürliche Kältemittel wie Ammoniak, Propan, Wasser oder CO₂ keine TFA-Bildung auf. Dennoch erfüllt keine verfügbare Alternative alle Anforderungen hinsichtlich Sicherheit, Effizienz und Umweltwirkung gleichzeitig.

Die Analyse zeigt zudem, dass mit dem Rückgang klassischer F-Gase und dem wachsenden Einsatz von HFO-Kältemitteln die potenziellen TFA-Emissionen steigen können. Die Wahl des optimalen Kältemittels bleibt daher ein technischer und ökologischer Kompromiss. Arbeitspaket 4 legt daher den Fokus auf die Wissenschaftskommunikation und den Wissenstransfer.

Im folgenden Vortrag gab Dr.-Ing. Thore Oltersdorf eine „Übersicht über die Entwicklungen am Markt, in der Forschung, Normung und bei Testverfahren für den Einsatz des Kältemittels R290“.

Der Markt für Wärmepumpen zeigt eine klare Verschiebung hin zu Kältemitteln mit niedrigem Treibhauspotenzial. Während Anlagen, die Kältemittel mit hohem GWP wie R410A oder R407C einsetzen, im Angebot deutlich zurückgehen, nimmt der Anteil von Geräten mit R32 und insbesondere R290 stark zu. Gleichzeitig verbessern technische Entwicklungen – etwa speziell entwickelte R290-Verdichter – die Effizienz von Luft/Wasser-Wärmepumpen messbar.

Auch die Analyse genutzter Förderprogramme spiegelt diese Entwicklung wider: Bei geförderten Einzelmaßnahmen steigt der Anteil von R290-Systemen deutlich – de facto werden nur noch R290 Luft/Wasser-Wärmepumpen gefördert in den Markt gebracht.

Forschungsarbeiten zeigen zudem, dass durch geeignete Anlagenkonzepte und Sicherheitsmaßnahmen ein sicherer Betrieb möglich ist. Programme zur Untersuchung von Leckagen sowie Experimente zur Freisetzung in Aufstellräumen liefern Grundlagen für Normung und Gerätekonzepte. Treiber der Entwicklung sind vor allem die F-Gase-Regulierung und Förderprogramme. Weitere Aufgaben liegen in Systemintegration, Normung und Qualifizierung der Fachpraxis.

Georg Grünwalder berichtete aus Sicht eines großen Betreibers von Kälteanlagen mit natürlichen Kältemitteln über Anlagensicherheit und Betriebserfahrungen. Roche setzt nur noch natürliche Kältemittel ein. „Im Grunde ist das Werk eine einzige große Wärmepumpe“, so Grünwalder. Er gab zunächst einen Überblick über die werkweite Kälteversorgung und die verschiedenen Anlagentypen – von zentral bis dezentral alles wassergekühlt. Dabei stellte er in zahlreichen Bildern die verschiedenen Bereiche vor und gab praxisnahe Tipps, wie z. B. die Sicherheitsventile doppelt auszuführen, da dies den vorgeschriebenen Wechsel nach fünf Jahren erleichtert.

„Um einen Gassensor kommt man bei natürlichen Kältemitteln nicht vorbei“, fasst Grünwalder zusammen. Man muss einfach ein Sicherheitskonzept haben und dieses konsequent umsetzen.

„Die Wärmepumpe ist der Gamechanger“ – mit diesem Satz begann Karl-Michael Hopf seinen Vortrag und stellte Wärmepumpen als zentrale Technologie der Wärmewende dar, deren Bedeutung durch CO₂-Bepreisung, gesetzliche Vorgaben und Fördermaßnahmen weiter zunehme.

Praxisbeispiele zeigen, dass sowohl im privaten als auch im gewerblichen Bereich effiziente und montagefreundliche Lösungen mit vorgefertigten Baugruppen sowie optimierten Aufstellkonzepten umgesetzt werden können.

Ein Schwerpunkt liegt auf dem verstärkten Einsatz natürlicher Kältemittel, insbesondere R290, der durch regulatorische Einschränkungen chemischer Kältemittel und zusätzliche Förderanreize begünstigt wird, jedoch erhöhte Anforderungen an Sicherheit, Technik und Qualifikation stellt.

Zugleich führen neue Regelwerke, Dokumentationspflichten und Schulungsanforderungen zu steigender Komplexität, wodurch Weiterbildung, Monitoring sowie standardisierte Betriebs- und Wartungskonzepte für Fachbetriebe an Bedeutung gewinnen.

Harald Erös war zum Kolloquium online zugeschaltet und referierte via Videokonferenz. Er gab zunächst eine Übersicht über das Takeda-Konzept: Dabei werden zunächst die Kälteanlagen (Klimakaltwasser, 3 x 2 MW, 6 °C, R717) und eine erste Wärmepumpe (2 MW, 70 °C, R717) gekoppelt. Das Heizungswasser versorgt die Betriebsstätte und/oder die zweite Wärmepumpe (Dampfwärmepumpe, 120 °C Dampf, 1,7 MW, 180 kg R600) des AHEAD-Systems (AHEAD = Advanced Heat Pump Demonstrator). Der Dampfkompressor bringt schließlich diesen Dampf auf 184 °C (2500 kg/h).

Zur Auslegung wurden 162 Varianten in Jahressimulationen analysiert. Im Betrieb ist es nun möglich, in sieben Monaten des Jahres mit natürlichen Kältemitteln nahezu CO₂-freien Dampf zu erzeugen – sieben Monate deshalb, da im Winter zu wenig Kälteleistung gefordert wird, d. h. zu wenig Abwärme anfällt, die dann fast ausschließlich für die Heizung benötigt wird. Dennoch ist mit der Anlage eine potenzielle CO₂-Reduktion von bis zu 80 %, gleichbedeutend mit einer Einsparung von bis zu 1.600 t CO₂-Äquivalenten pro Jahr möglich.

Burkard Dunst führte im letzten Vortrag des Tages aus, dass die F-Gase-Verordnung 2024 zu einem grundlegenden Wandel der Anlagenkonzepte führe, insbesondere durch den Einsatz brennbarer (z. B. R290) oder hochdruckbasierter Kältemittel. Gleichzeitig hat sich der Markt so entwickelt, dass heute für nahezu alle Anwendungen praxistaugliche Lösungen verfügbar sind.

Zum Einsatz kommen natürliche Kältemittel wie R290 (Kaltwassersätze/Wärmepumpen), R1270 (Sonderanwendungen), R600a (Hochtemperatur Wärmepumpen) und R717 (Industrieanwendungen/Wärmepumpen) mit sehr niedrigem GWP, jedoch erhöhten Anforderungen an Sicherheit und Planung. Grundlage bildet die EN 378, die klare Vorgaben für Aufstellung, Betrieb und Wartung definiert. Insbesondere bei R290 sind aufgrund der Brennbarkeit geschlossene, überwachte und zwangsbelüftete Gehäuse sowie Gaswarnsysteme erforderlich. Sicherheitskonzepte basieren darauf, zündfähige Gemische zu vermeiden, etwa durch zweistufige Gasüberwachung mit automatischer Belüftung und Abschaltung elektrischer Komponenten. Ferner sind die Aufstellbedingungen entscheidend, etwa Außenaufstellung, Vermeidung von Senken und Einhaltung von Sicherheitsabständen. Bei Innenaufstellung sind zusätzliche Maßnahmen wie Gasüberwachung, Belüftung und Notfallsysteme notwendig.

Technisch stehen heute vielfältige Systeme zur Verfügung, insbesondere reversible Luft/Wasser-Wärmepumpen (Umschaltung über 4-Wege-Ventil) bis 500 kW, die sowohl Heizen als auch Kühlen ermöglichen. Typische Einsatzbereiche sind im Heizbetrieb Umgebungstemperaturen von -12 °C bis +15 °C / Wassertemperaturen von +30°C bis + 60°C und im Kühlbetrieb Umgebungstemperaturen bis +43°C und Wassertemperaturen von +7°C bis +18 °C.

Sein Fazit: Natürliche Kältemittel ermöglichen heute wirtschaftliche und förderfähige Lösungen für Heizung und Klimatisierung und haben sich von einer Herausforderung zu einer etablierten Technologie entwickelt.

Fazit

Die Veranstaltung wurde insgesamt positiv bewertet und lieferte Impulse für die weitere Projektarbeit. Zudem wurden Inhalte für das geplante Symposium 2027 (voraussichtlich 17.-18.2.2027 in Augsburg) identifiziert, da­runter Themen wie Betreiberpflichten, sicherer Umgang mit brennbaren Kältemitteln, Normung, Effizienzvergleiche sowie praxisnahe Schulungs- und Anwendungsformate. Darüber hinaus förderte die Tagung die Vernetzung der beteiligten Akteure und erhöhte die Sichtbarkeit von Projekt und Universität im bundesweiten Umfeld.