Kältemittel für Wärmepumpen: Das steckt dahinter

Was ist Kältemittel eigentlich?

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Kältemittel sind spezielle Fluide mit einzigartigen chemischen Eigenschaften, wie einer hohen Wärmeleitfähigkeit. Sie spielen eine zentrale Rolle in der Wärmeübertragung, beispielsweise in Wärmepumpen, Klimaanlagen oder Kühlschränken, obwohl sie uns im Alltag oft unbewusst begegnen.

Das Funktionsprinzip von Kältemitteln ist einfach und effizient: Sie nehmen bei niedrigem Druck und niedriger Temperatur Wärme auf und geben diese auf einem höheren Druck- und Temperaturniveau wieder ab. Im Kältekreislauf der Wärmepumpe durchläuft das Kältemittel einen Zustandswechsel von flüssig zu gasförmig und kehrt schließlich wieder in den flüssigen Zustand zurück.

Es gibt zwei Hauptarten von Kältemitteln: natürliche und synthetische. Natürliche Kältemittel wie Propan stammen aus natürlichen Quellen und haben eine geringe Umweltbelastung. Im Gegensatz dazu werden synthetische Kältemittel, auch halogenierte Kohlenwasserstoffe genannt, künstlich hergestellt. Aufgrund der umweltschädlichen Eigenschaften fluorierter Treibhausgase (F-Kältemittel) hat die EU ein Verbot für diese Stoffe ab 2050 beschlossen.

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Der Kältemittelkreislauf einer Wärmepumpe

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In Wärmepumpen ermöglicht das Kältemittel den Heiz- oder Kühlprozess. Es zirkuliert in einem geschlossenen Kreislauf und wechselt dabei zwischen flüssigem und gasförmigem Zustand. Beim Verdampfen nimmt das Kältemittel Wärme aus der Umgebung auf, sei es aus Luft, Erde oder Wasser. Diese Wärme wird zum Verdichter transportiert, wo das Gas komprimiert wird, wodurch die Temperatur steigt. Anschließend gibt das Kältemittel die Wärme an das Heizsystem ab, kühlt dabei ab und wird wieder flüssig. Dieser Kreislauf wiederholt sich unaufhörlich.

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Eigenschaften von Kältemitteln

Kältemittel unterscheiden sich je nach Anwendungsbereich, doch einige grundlegende Eigenschaften sind bei allen Varianten vorhanden:

• Niedrige Siedepunkte
• Geringer Druckbedarf für die Verflüssigung
• Geringes Dampfvolumen
• Hohe Leistungszahl
• Chemische Stabilität

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Kältemittel vs. Kühlmittel: Wo liegt der Unterschied?

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Die Begriffe Kältemittel und Kühlmittel werden oft synonym verwendet, beschreiben jedoch unterschiedliche Substanzen mit spezifischen Funktionen. Während ein Kältemittel essenziell für den Betrieb einer Wärmepumpe ist, reicht ein Kühlmittel dafür nicht aus.

Ein Kältemittel wird nach DIN 8960 als ein Fluid definiert, das in einem Kältemaschinenprozess bei niedrigen Temperaturen und Druck Wärme aufnimmt und bei höheren Temperaturen und Druck wieder abgibt. Es transportiert Wärme entgegen dem natürlichen Temperaturgradienten, also selbst dann, wenn die Umgebungstemperatur höher ist als die des zu kühlenden Objekts. Ein typisches Beispiel ist der Kühlschrank, der seine Inhalte auf Temperaturen unterhalb der Umgebungstemperatur abkühlt.

Ein Kühlmittel hingegen leitet Wärme ab, indem es Wärme von einem Objekt aufnimmt und an die kühlere Umgebung abgibt. Ein Beispiel hierfür ist der Kühlkreislauf eines Autos, bei dem das Kühlmittel Wärme vom Motor aufnimmt und diese an die Umgebung abführt.

Kurz zusammengefasst: Kältemittel sind für den Kühlprozess durch Phasenwechsel verantwortlich, während Kühlmittel vor allem zur Abführung von Wärme in Systemen verwendet werden, die selbst Wärme erzeugen.

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Kältemittel-Arten im Überblick

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Natürliche Kältemittel:

Zu den natürlichen Kältemitteln gehören Ammoniak (R717), Kohlenstoffdioxid (R744), Isobutan (R600A) und Propan (R290). Besonders letzteres erfreut sich in der letzten Zeit großer Beliebtheit.

Synthetische Kältemitte:

• FKW: Fluorkohlenwasserstoffe (chlorfrei)
• HFKW: halogenierte Fluorkohlenwasserstoffe (chlorfrei)
• HFO: halogenierte Fluor-Olefine
• FCKW: Fluorchlorkohlenwasserstoffe (verboten)
• HFCKW: halogenierte Fluorchlorkohlenwasserstoffe (verboten)

Aufgrund der zu hohen GWP-Werten und den demnach ausgestoßenen Treibhausgasen sind einige Kältemittel mittlerweile verboten. Andere, noch zulässige Fluide stehen derzeit aufgrund ihrer Umweltschädlichkeit in der Kritik. Die Zukunft der Kältemittel wird voraussichtlich in natürlichen Optionen liegen.

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Der GWP-Wert und seine Bedeutung

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Der GWP-Wert (Global Warming Potential) gibt an, wie schädlich ein Kältemittel für das Klima ist, wenn es in die Atmosphäre entweicht. Kohlenstoffdioxid hat als Referenz einen GWP-Wert von 1. Zum Vergleich: Das synthetische Kältemittel R32 hat einen GWP-Wert von 675, ist also 675-mal klimaschädlicher als CO2.

Die EU verschärft die Vorschriften für den Einsatz klimaschädlicher Kältemittel:

• Ab 1. Januar 2027 dürfen Monoblock-Wärmepumpen bis 12 kW nur noch Kältemittel mit einem GWP-Wert unter 150 verwenden (außer bei Sicherheitsbedenken).
• Ab 1. Januar 2026 ist die Verwendung von F-Gasen mit einem GWP-Wert von 2.500 oder höher für Wartung und Instandhaltung verboten, es sei denn, es handelt sich um recycelte F-Gase, die entsprechend gekennzeichnet sind.

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Die F-Gas-Verordnung

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Die F-Gas-Verordnung der EU zielt darauf ab, den Industriesektor durch die Reduzierung von Emissionen fluorierter Treibhausgase (F-Gase) umwelt- und klimafreundlicher zu gestalten. Gleichzeitig fördert sie den Einsatz natürlicher Kältemittel wie R290 (Propan).

Die Verordnung trat am 1. Januar 2015 in Kraft und umfasst folgende wesentliche Regelungen:

1. Einschränkung der verfügbaren Menge: Die Verkaufsmenge teilfluorierter Kohlenwasserstoffe soll bis 2030 auf ein Fünftel des Wertes von 2015 reduziert werden.
2. Verbote schädlicher Kältemittel: Wenn Alternativen verfügbar sind, dürfen schädliche Kältemittel nicht mehr eingesetzt werden.
3. Dichtheitsprüfungen, Entsorgung und Kennzeichnung: Strenge Anforderungen sollen die sichere Handhabung und Rückgewinnung gewährleisten.

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R290 – Das natürliche Kältemittel der Zukunft

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Propan, auch bekannt als R290, ist ein natürliches Kältemittel mit einem äußerst geringen GWP-Wert von 3. Es ist damit fast klimaneutral und zudem aufgrund seiner exzellenten kältetechnischen Eigenschaften ideal für den Einsatz in Wärmepumpen geeignet.

Warum ist R290 so beliebt?

• Klimafreundlich: Durch seinen niedrigen GWP-Wert gehört es zu den umweltfreundlichsten Kältemitteln.
• Hohe Effizienz: R290 ermöglicht höhere Vorlauftemperaturen und ist damit auch für Heizkörpersysteme optimal.
• Verfügbarkeit: Propan ist nahezu unbegrenzt verfügbar, was es zukunftssicher macht.
• Kostenvorteile: Propan ist vergleichsweise günstig in Anschaffung, Wartung und Entsorgung.

R290 hat sich in Wärmepumpen durchgesetzt und ist heute bereits Standard bei vielen Herstellern, wie etwa LAMBDA, die ausschließlich auf Propan setzen. Die F-Gas-Verordnung fördert diese Entwicklung hin zu klimafreundlicheren Alternativen.

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Kosten und Wartung von Wärmepumpen-Kältemitteln

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Wärmepumpen sind für ihre geringe Wartungsintensität bekannt. Dennoch schreibt die F-Gas-Verordnung für Systeme mit mehr als 5 Tonnen CO2-Äquivalenten (bzw. 10 Tonnen bei hermetisch geschlossenen Systemen) eine jährliche Dichtheitsprüfung vor.

Für die meisten Einfamilienhaus-Wärmepumpen mit Leistungen von 6–7 kW ist dies jedoch nicht relevant, da sie unterhalb dieser Schwellenwerte liegen. Besonders Monoblock-Wärmepumpen, deren Kältekreis vollständig integriert ist, sind nahezu wartungsfrei, da keine Installation von Kältemittelleitungen erforderlich ist.

Wartungskosten im Überblick:

• Typische Kosten pro Jahr: Rund 250 Euro.
• Kosten für Kältemittel: Meist überschaubar.

Eine jährliche Inspektion durch einen Fachmann vor der Heizperiode wird dennoch empfohlen, um die Funktionalität zu sichern.

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Förderung für Heizungen: Bonus für natürliche Kältemittel

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Wenn Sie Ihre alte Heizung gegen eine moderne Wärmepumpe austauschen, können Sie im Rahmen der staatlichen Heizungsförderung nach der BEG bis zu 70 % Zuschuss erhalten. Um den Einsatz natürlicher Kältemittel in Wärmepumpen stärker zu fördern, wurde im Januar 2023 ein spezieller Kältemittel-Bonus eingeführt. Auch nach der Überarbeitung der Heizungsförderung, die am 1. Januar 2024 in Kraft getreten ist, bleibt dieser sogenannte Effizienz-Bonus bestehen. Damit erhalten Sie zusätzlich zum Basisfördersatz einen weiteren Zuschuss von 5 %.

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Fazit

Die Wahl des richtigen Kältemittels ist entscheidend für die Effizienz und Umweltverträglichkeit von Wärmepumpen. Dank der F-Gas-Verordnung steht die Branche vor einem Wandel hin zu umweltfreundlicheren Lösungen wie natürlichen Kältemitteln.

Propan (R290) hat sich als zukunftssicheres und kosteneffizientes Kältemittel etabliert. Die Reduktion synthetischer Kältemittel gemäß der EU-Vorschriften unterstreicht den Trend zu mehr Nachhaltigkeit in der Heiz- und Kühltechnik.

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