Propan-Wärmepumpe: Die Natur als Vorbild

Propan kann nicht nur Dosenravioli in den Camping-Ferien erwärmen. Das leicht brennbare Gas ist auch eine vielversprechende, umweltfreundliche Alternative zu synthetischen Kältemitteln in Wärmepumpen. Forschern des deutschen Fraunhofer-Instituts ist es gelungen, das Sicherheitsrisiko zu senken und gleichzeitig die Effizienz der Pumpen zu steigern.

Von Sonja Endres*

Eine Wärmepumpe funktioniert ähnlich wie ein Kühlschrank: Das Kältemittel nimmt die Wärme im Innern des Kühlschranks auf und befördert sie nach draussen. Doch während beim Kühlschrank die Wärme an der Rückwand ungenutzt verpufft, wird die Wärme, die eine Wärmepumpe der Erde, dem Grundwasser oder der Umgebungsluft entzieht, zum Heizen oder für die Warmwasserzubereitung verwendet.

Dazu wird das erwärmte, dampfförmige Kälte­mittel verdichtet und so seine Temperatur und sein Druck erhöht. Das heisse Kältemittelgas gibt seine Wärme an Wasser ab und kondensiert. Das warme Wasser strömt in Fussbodenheizungen, Heizkörper oder Warmwasserspeicher, und das abgekühlte, flüssige Kältemittel fliesst wieder ­zurück in den Verdampfer, wo es erneut Wärmeenergie aufnimmt. Der Kreislauf beginnt von Neuem.

Als Kältemittel werden in der Regel synthe­tische Stoffgemische verwendet, die umweltschädliche, fluorierte Treibhausgase (F-Gase) enthalten. Die Europäische Kommission hat im Juni 2014 beschlossen, dass F-Gase schrittweise vom Markt genommen werden müssen. Eine umweltfreundliche, natürliche Alternative zu synthe­tischen Kältemitteln ist Propan – in Klima- und Kälteanlagen bereits zunehmend im Einsatz, in Wärmepumpen Neuland.
Denn Propan hat zwar sehr gute thermodynamische Eigenschaften, ist aber leicht brennbar und damit eine Herausforderung für die Verwendung im Wärmekreislauf. «Wenn man Propan nutzen will, muss man die Kältemittelmenge so gering wie möglich halten, um das Sicherheitsrisiko zu reduzieren», sagt Lena Schnabel, Leiterin der Abteilung Wärme- und Kältetechnik am deutschen Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg.