Wärmepumpen mit Propan: Effizient, umweltfreundlich und ohne PFAS

Wolf / Foto: tonimedia.de

Die hervorragenden thermodynamischen Eigenschaften des natürlichen Kältemittels Propan sind in der Branche bereits bekannt. Da die mit R290 betriebenen Wärmepumpen zudem ohne Zusätze von PFAS auskommen, ist ihr Betrieb effizient, umweltfreundlich, sicher und im Sinne der F-Gase-Verordnung zukunftsfähig. Martin Bauer, Produktmanager Wärmepumpen bei Wolf in Mainburg, erläutert die Vorzüge von Propan als Kältemittel.

Zur Beurteilung einer Wärmepumpe rücken neben dem Aspekt der Effizienz aktuell die Umwelteigenschaften des verwendeten Kältemittels zunehmend in den Fokus. Das hat gute Gründe, denn viele synthetische Kältemittel enthalten gesundheitsschädliche Einzelkomponentengase der Stoffgruppe der Per- und Polyfluorierten Alkylverbindungen (PFAS).

Die PFAS gelten als giftig und sollen daher europaweit verboten werden. Als nur sehr schlecht abbaubare „ewige Chemikalien“ reichern sie sich in der Umwelt und schlussendlich im menschlichen Körper an. Sie können die Leber schädigen und Schilddrüsenerkrankungen, Fettleibigkeit, Fruchtbarkeitsstörungen sowie Krebs auslösen.

Propan: Natürliches und umweltfreundliches Kältemittel im Einsatz

Dagegen ist das natürliche Kältemittel Propan bzw. R290 ein wahrer „Saubermann“. Es handelt sich um einen natürlichen, nahezu unbegrenzt verfügbaren Kohlenwasserstoff (also um eine natürliche „Chemikalie“) mit hervorragenden kältetechnischen Eigenschaften. Es ist nicht ozonschädlich und besitzt mit seinem niedrigen GWP(Global Warming Potential)-Wert von 3 einen nur sehr geringen Treibhauseffekt. Den meisten Menschen ist Propan eher ein Begriff als Brennstoff für den Campingkocher.

Die thermodynamischen Vorteile von Wärmepumpen mit R290 als Kältemittel sind eindeutig:

● Vorlauftemperaturen von bis zu 70 °C auch bei tiefen Außentemperaturen
● Hoher COP (Coefficient of Performance = Leistungszahl) von 4,65 bei A2/W35 nach EN14511
● Hoher EER (Energy Efficiency Ratio = Kälteleistungszahl) von 5,92 bei A35/W18 nach EN14511 – dieser Wert ist besonders interessant, wenn die Wärmepumpe sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen eingesetzt wird.

COP als Vergleichswert

Bei vergleichbaren R410A-Wärmepumpen liegt der COP um 0,2 bis 0,4 niedriger. Auch die mit diesem Kältemittel erreichbaren Vorlauftemperaturen liegen unter denen von R290.

Beim Umgang mit Propan ist jedoch zu beachten, dass R290 brennbar ist. Daher ist es gemäß DIN EN 378 (Kälteanlagen und Wärmepumpen – sicherheitstechnische und umweltrelevante Anforderungen) der Sicherheitsgruppe 3 zugeordnet. Aufgrund der hohen Sicherheitsanforderungen, insbesondere an die Dichtheit der Anlage, liegen daher die Kältemittelverluste von R290-Anlagen und -Geräten bei null.

Bei der Wolf Wärmepumpe CHA-Monoblock wurde das Thema Sicherheit umgesetzt, indem der kältetechnische Teil komplett in einem hermetisch dichten Kreislauf in der Außeneinheit untergebracht ist. Die Wärmeübertragung in das Gebäude hinein erfolgt über das Medium Wasser. Das heißt, für die Montage wird kein Kälteschein benötigt. Mögliche Leckagen des sowieso in der Natur vorkommenden Kältemittels verursachen kein Umweltrisiko und auch keinerlei Gesundheitsrisiko für die Monteure. Sie müssen nicht in den bereits im Werk befüllten Kältekreislauf eingreifen. Präzise Vorgaben bei der Aufstellung sorgen darüber hinaus für ein Höchstmaß an Sicherheit.

F-Gase-Verordnung spricht für Propan

Ein weiterer, beim Thema Kältemittel oft nicht ausreichend beachteter Aspekt, der für das natürliche Kältemittel Propan spricht, ist die seit 1. Januar 2015 gültige F-Gase-Verordnung, die Propan ausdrücklich vom Verbot klimaschädlicher und ozonabbauender Kältemittel ausnimmt. Die Verordnung regelt in einem genauen Stufenplan, wann welche umweltschädlichen Kältemittel verboten werden. Die meisten der bisher in Wärmepumpen eingesetzten Kältemittel sind inzwischen als klimaschädigend eingestuft. Mit der F-Gase-Verordnung werden die bisher verwendeten Kältemittel auf der Basis teilhalogenierter Fluorkohlenwasserstoffe (HFKW) in einem Stufenplan drastisch verknappt.

 Ziel ist, das CO₂-Äquivalent bis zum Jahr 2030 auf 21 Prozent zu senken (Bezugsmenge ist der EU-weite Jahresdurchschnitt von 2009 bis 2012). Hinzu kommen zusätzliche Verbote, in bestimmten Einsatzgebieten weiterhin HFKW-Kältemittel zu verwenden. Fachleute gehen davon aus, dass diese schrittweise Mengenreduktion, der sogenannte F-Gase Phase-Down und die damit zusammenhängende Verknappung an Kältemitteln mit hohem GWP zu enormen Preissteigerungen und technischen Verwerfungen am Kältemarkt führen wird. Von der Teuerung sind insbesondere Geräte und Anlagen betroffen, die regelmäßig gewartet werden müssen.

Schlüsselgröße Global Warming Potential (GWP)

Entscheidend für die Wahl eines Kältemittels ist seit 2015 der sogenannte GWP-Wert, also das Treibhauspotenzial (Global Warming Potential) eines Kältemittels. Der GWP-Wert definiert die mittlere Erwärmungswirkung einer chemischen Verbindung bzw. eines Kältemittels auf die Erdatmosphäre über einen Zeitraum von 100 Jahren im Vergleich zur gleichen Menge an Kohlenstoffdioxid (CO₂).

Er entspricht also dem CO₂-Äquivalent eines chemischen Stoffes. Das Kältemittel Propan hat einen GWP-Wert von 3 und damit einen nur sehr geringen Treibhauseffekt.

Der ODP-Wert, das Ozonabbaupotenzial (Ozone Depletion Potential) eines Kältemittels ist ein weiterer Kennwert, der die Eigenschaften einer chemischen Verbindung beschreibt. Der dimensionslose ODP-Wert beschreibt den relativen Effekt des Abbaus der Ozonschicht, der durch einen Stoff ausgelöst werden kann. Referenzwert für den ODP-Wert 1 ist die Substanz Trichlorfluormethan, besser bekannt unter der Kältemittelbezeichnung R11. Werte über 1 sind also stärker ozonabbauend, Werte unter 1 weniger ozonabbauend als R11.

Darum sind natürliche Kältemittel zukunftsfähig

Bislang reicht das Zeitfenster des F-Gase Phase-down bis zum Jahr 2030. Aufgrund der aktuellen Klimadiskussion ist jedoch damit zu rechnen, dass der Ausstieg aus den synthetischen Kältemitteln nach 2030 fortgesetzt wird.

Nüchtern betrachtet haben Kältemittel mit höherem GWP dann kaum mehr eine Chance auf Akzeptanz. Hinzu kommt, dass Kältemittel mit einem höheren GWP-Wert durch die Verknappung zunehmend teurer werden. Das bedeutet, für heute preisgünstige Wärmepumpen mit Hoch-GWP-Kältemitteln können hohe Folgekosten durch Wartung und Entsorgung entstehen.

Wer dagegen heute eine mit dem Kältemittel Propan betriebene Wärmepumpe kauft, kann sicher sein, dass über die veranschlagte Lebenszeit des Gerätes keine zusätzlichen Kosten durch die Verknappung von Kältemitteln entstehen.

Letztendlich gibt es mit Blick auf Umweltverträglichkeit, Effizienz und Verfügbarkeit mittelfristig keine nennenswerte Alternative zu den natürlichen Kältemitteln. Das Kältemittel R290 ist heute sicher beherrschbar, preisgünstig und effizient im Betrieb. Martin Bauer, Produktmanager Wärmepumpen bei Wolf 

Weiterführender Artikel vom Umweltbundesamt zu der Stoffgruppe PFAS: www.bmuv.de/faqs/per-und-polyfluorierte-chemikalien-pfas

Quelle: Wolf  / Martin Bauer / ml