Panorama

Effiziente Wärmepumpen mit Propan

17.01.2023 - Neues Projekt fokussiert sich auf den Einsatz in Mehrfamilienhäusern im Bestand.

Im neuen Projekt „LC R290 - Low charge HP solutions“ plant das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg die Entwicklung von einfach anwendbaren und multi­plizierbaren Lösungen für den Austausch von Gas- und Ölheizungen in Mehrfamilienhäusern im Bestand. Ein Schwerpunkt liegt auf den Etagenheizungen. Dafür sollen Wärmepumpen zum Einsatz kommen, die auf das natürliche und klima­freundliche Kältemittel Propan (R290) setzen. Für die praxisnahe und schnelle Umsetzung hat das Fraunhofer ISE ein Projekt­konsortium mit Unternehmen der Heizungs­branche und der Wohnungs­wirtschaft gegründet.

„Wir brauchen für die Wohnungs­wirtschaft standardisierte Wärmepumpen­lösungen für den Austausch von Gas- und Ölheizungen für alle Anwendungsfälle. Propan hat sich zu einer anerkannten Kältemittellösung für die Wärmepumpen­branche entwickelt und ist bei außen aufgestellten Wärmepumpen inzwischen weit verbreitet. Was wir nun benötigen, sind gut umsetzbare Lösungen auch in Innenräumen“, erklärt Lena Schnabel, Abteilungsleiterin Wärme und Kältetechnik am Fraunhofer ISE. Das neue Verbund­projekt mit einem Budget von sieben Millionen Euro, das vom Bundes­ministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert wird, soll diese Lücken schließen Die geplante Laufzeit ist bis zum 30. Juni 2025.

Das Fraunhofer ISE will unter Begleitung der Heizungsbranche und der Wohnungs­wirtschaft Wärmepumpen-Lösungen für drei Anwendungsfelder entwickeln: Etagen­heizungen, innen aufgestellte Zentralheizungen sowie höhere Leistungs­klassen für außen aufgestellte Wärmepumpen. Wenn Wärmepumpen als Ersatz für Gas-Etagenheizungen oder auch Gas- und Ölheizungen im Keller mit Propan betrieben werden sollen, müssten bei Füllmengen über 150 Gramm besondere Sicherheits­auflagen beachtet werden. Das Projektteam des Fraunhofer ISE hatte im Projekt „LC150“ bereits nachgewiesen, das mit weniger als 150 Gramm des Kälte­mittels Propan eine Heizleistung von sieben bis zehn Kilowatt erreicht werden kann. Für die Umsetzung als Etagenheizung ist dies die Grundlage. Im Rahmen des Projekts werden dafür passende Speicher- und Quellen­konzepte erarbeitet. Hierfür werden unter Begleitung der Wärmepumpen­hersteller und der Wohnungs­wirtschaft Lösungen für den Anschluss an das Hydraulik- und Quellen­system sowie geeignete Regelungs­ansätze entwickelt und im Labor demonstriert.

Für den Ersatz der Zentral­heizung im Keller sollen Wärmepumpen mit größerer Leistung entwickelt werden. Auch hier wird auf Ergebnisse des Projekts „LC150“ zurückgegriffen, um die Kältemittelreduktion auf größere Leistungen zu übertragen. Zudem werden Konzepte zur Verschaltung und Regelung mehrerer Wärmepumpen untersucht und breit umsetzbare Sicherheits­konzepte identifiziert und erprobt. Außen aufgestellte Wärme­pumpen größerer Leistung werden ebenfalls mit Fokus auf Kältemittel­reduktion und optimierte Abtauung hin optimiert und durch vereinheitlichte sicherheits­technische Prüfungen bewertet. Ziel ist es, durch die Kältemittel­reduktion und verbesserte Abtauung größere Leistungen mit der gleichen Aufstell­fläche und Sicherheits­zone umsetzen zu können und so deren Einsatz im urbanen Raum zu erleichtern.

Für die Entwicklung hat sich das Fraunhofer ISE für ein Plattform­projekt entschieden, das durch einen Beirat begleitet wird, was breit getragene Lösungen in hoher Geschwin­digkeit erlaubt. Die Hersteller können diese Lösungen in ihre eigenen Produkt­entwicklungen übernehmen oder auch in Kooperationen weiterarbeiten. Die damit möglichen höheren Stückzahlen bieten ein deutliches Kostensenkungs­potenzial und können weitere Synergien erschließen und die Wettbewerbs­fähigkeit der Hersteller steigern.

„Das LC150 Projekt hat gezeigt, dass die Arbeit in einer Plattform auch für Zulieferer eine sehr große Motivation zur Erbringung von Eigen­leistungen und spezifischen Anpassungen bewirkt. Weiterhin bietet das Projekt den Partnern Möglichkeit zur Vernetzung und ermöglicht die Bündelung der zeitlich und finanziell aufwendigen Normungs- und Marktbereitungs­aktivitäten“, erklärt Projekt­leiterin Katharina Morawietz. Die teilnehmenden Unternehmen erhalten Zugriff auf alle Projekt­ergebnisse und Mess­ergebnisse während der Laufzeit sowie die indirekte Nutzung der Prüfein­richtungen und der Erfahrung des Fraunhofer ISE im Umgang mit Propan. Der Entwicklungs­vorsprung für die beteiligten Hersteller wird idealerweise durch Schutzrechte (Patente, Gebrauchsmuster, Designschutz) zusätzlich abgesichert.

Da in diesem Projekt System­lösungen entwickeln werden, wird auch die Wohnbauwirtschaft als Partner eingebunden. Diese bringt ihre konkreten Rand­bedingungen und Wünsche direkt in die Entwicklung ein und partizipiert an angepassten System­lösungen. Durch die direkte Kommunikation zwischen mehreren Wärmepumpen­herstellern und der Wohnbau­wirtschaft können Lösungen praxisgerecht entwickelt und schneller in die Umsetzung gebracht und so der Hochlauf zu höheren Stückzahlen insgesamt beschleunigt werden.

Fh.-ISE / JOL

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