Wärme aus Luft und Boden: Der Kohlenwasserstoff Propan gilt als besonders klimafreundliches Kältemittel in Wärmepumpen, ist aber leicht brennbar. Jetzt ist es Forschenden gelungen, ein System zu entwickeln, das mit besonders geringen Mengen an Propan eine hohe Heizleistung erzielen kann. Der neu entwickelte Kältekreis erreicht mit nur 124 Gramm Propan eine Heizleistung von 12,8 Kilowatt – das ist ein neuer Effizienzrekord. Der Prototyp ist zwar noch nicht auf einen Dauerbetrieb ausgelegt, weitere Optimierungen sollen dies aber ändern.
Wärmepumpen können schon geringe Temperaturunterschiede nutzen, um Gebäude zu heizen oder zu kühlen. Möglich wird dies durch ein spezielles Kältemittel – ein Fluid, das schon bei niedrigen Temperaturen verdampft, verdichtet wird und dann die so konzentrierte Wärmeenergie aus Boden oder Umgebungsluft innerhalb des Gebäudes wieder abgibt. Der Haken jedoch: Wie bei Kühlschränken bestehen die gängigen Kältemittel aus fluorierten Kohlenwasserstoffen, die ein hohes Treibhauspotenzial haben und daher extrem klimaschädlich sind.

Propan als klimafreundlicheres Kältemittel
Als mögliche Alternative für Wärmepumpen-Kältemittel gilt Propan, das sehr gute thermodynamische Eigenschaften besitzt, aber mit einer „nur“ dreifach höheren Treibhauswirkung als CO2 weniger klimaschädlich ist als gängige Kältemittel. Das Problem ist jedoch die hohe Brennbarkeit des Gases. Um die Gefahr zu verringern, suchen Wissenschaftler im Forschungsvorhaben LC150 nach einer Möglichkeit, Wärmepumpen mit einem Minimum an Kältemittel, aber trotzdem effizient zu betreiben.
Dafür haben Forschende des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE und eines Konsortiums aus Wärmepumpenherstellern seit Herbst 2021 verschiedene Prototypen für Sole-Wärmepumpen entwickelt und getestet. Dabei setzten sie die einzelnen Komponenten, darunter Verdampfer, Verdichter, Kondensator, Wärmeübertrager und Expansionsventil, in verschiedenen Konstellationen zusammen und überprüften die Leistung jeweils zwei Wochenlang im Dauerbetrieb.