Bei Wärmepumpen spielt die Wahl des Kältemittels eine entscheidende Rolle. Grundlegend funktionieren Wärmepumpen ähnlich wie Kühlschränke, nur in umgekehrter Richtung. Statt Wärme von innen nach außen abzuführen, nehmen sie Wärmeenergie aus der Umwelt auf und heizen damit Innenräume. Im Normalfall dient ein flüssiges Kältemittel als Arbeitsmedium.
Je nach System nimmt es Energie aus dem Boden, Grundwasser oder der Umgebungsluft auf. Erhitzt sich dabei und geht in einen gasförmigen Zustand über. Um die Temperatur weiter zu erhöhen, wird das Gas komprimiert und der erhitzte Dampf gibt die Wärme in einem Verflüssiger an den Heizwasserkreislauf des Gebäudes ab, kondensiert und durchläuft den Kreislauf erneut.
Dazu wird Strom verbraucht. Wärmepumpen sind in der Lage 3-5 mal so viel Heizenergie zu erzeugen wie sie an elektrischer verbrauchen und gelten deshalb als besonders effizient.
Das Problem besteht daher nicht in der Ineffizienz sondern darin, dass viele synthetische Flüssigkeiten, die sich aufgrund ihrer hohen Wärmeaufnahmefähigkeit oder niedrigen Verdampfungstemperatur als Kältemittel anbieten, äußerst umweltschädlich sind. Häufig handelt es sich um
fluorierte Treibhausgase, die einen bis zu 2500-fachen stärkeren Treibhauseffekt verursachen als Kohlendioxid. Die EU hat bereits vor drei Jahren Maßnahmen ergriffen, um den Einsatz solcher Kältemittel zu begrenzen und plant weitere Verschärfungen.
In diesem Zusammenhang hat die Abteilung für Wärme- und Kältetechnik am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg, in Zusammenarbeit mit neun europäischen Wärmepumpenherstellern nach Alternativen geforscht. Propan erwies sich als vielversprechende Option, da es umweltfreundlich, weit verbreitet, kostengünstig und ähnliche thermodynamische Eigenschaften wie herkömmliche Kältemittel aufweist. Allerdings ist Propan leicht entzündlich und brennbar. Bei Wärmepumpen die in Innenräumen betrieben werden könnte dies ein Sicherheitsrisiko darstellen.
Das Forschungsteam hat daher Sicherheitsmaßnahmen entwickelt, um die Menge an Propan in den Wärmepumpen zu minimieren und so das Risiko von Störfällen zu reduzieren. Dies ermöglichte es, die Füllmenge auf maximal 150 Gramm zu begrenzen und dennoch eine beeindruckende Heizleistung von fast 13 Kilowatt zu erzielen. Im Vergleich dazu enthalten Kühlschränke im Schnitt 80 - 100 Gramm Isobutan, was ähnlich entzündlich ist wie Propan.
Obwohl aus dieser Forschung noch kein konkretes Produkt hervorgegangen ist, kann das gewonnene Wissen als Basis genutzt werden um neue und sicherere Geräte zu entwickeln.
Propanbasierte Wärmepumpensysteme sind bereits auf dem Markt, insbesondere für den Einsatz außerhalb von Gebäuden, wo das Risiko bei Leckagen geringer ist. Die ersten Hersteller planen bereits die ersten Anlagen mit einem 150-Gramm-Propan Limit in den Handel zu bringen. Diese wären auch für den Betrieb in Innenräumen geeignet. In den nächsten zwei bis fünf Jahren wird erwartet, dass dieses Konzept weiter an Bedeutung gewinnt und vermehrt in den Handel gelangt.
