Welche Kältemittel werden in Wärmepumpen verwendet?

Ähnlich wie ein Kühlschrank verfügt eine Wärmepumpe über ein Kältemittel, um zu funktionieren. Dieses Kältemittel dient dem Transport von Wärmeenergie. Wärmepumpen gelten als klimafreundlich und langfristig wirtschaftlich, da sie keine fossilen Brennstoffe benötigen. Allerdings können einige dieser Kältemittel extrem klimaschädlich sein.

Aufgaben des Kältemittels in Wärmepumpen

Das Kältemittel ermöglicht den Heizprozess mit der Wärmepumpe, da es in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert und die Wärmeenergie transportiert. Das Kältemittel nimmt die Wärme aus der Umwelt auf. Diese Wärme kann aus der Luft, dem Erdreich oder dem Grundwasser stammen.

Das Kältemittel durchläuft einen Kreislauf, der aus vier Phasen besteht. Dieser Kreislauf wiederholt sich.

Zuerst nimmt das Kältemittel die Wärmeenergie aus der Umgebung auf. Es kann auch schon bei niedrigen Temperaturen verdampfen. Im nächsten Schritt gelangt das verdampfte Kältemittel in den Verdichter. Dort werden der Druck und die Temperatur weiterhin erhöht.

Der Kältemitteldampf fließt vom Verdichter in den Verflüssiger. Über einen Wärmetauscher wird die Energie des Kältemittels an das Heizsystem des Hauses übertragen. Das Kältemittel fließt über ein Expansionsventil zum Verdampfer zurück und entspannt sich. Es kehrt in seinen ursprünglichen flüssigen Zustand zurück und der Kreislauf beginnt von vorn.

Das Kältemittel ermöglicht den Heizprozess mit der Wärmepumpe, da es in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert und die Wärmeenergie transportiert | Foto: ©Dulúapics #694731625 – stock.adobe.com

Klimaschädlichkeit von Kältemitteln

Viele Kältemittel sind extrem klimaschädlich. Das ist für die Klimabilanz der Heizung nur dann relevant, wenn das Kältemitte beim Einbau, bei der Wartung oder zum Ende der Lebensdauer in die Atmosphäre gelangt.

Kältemittel entweichen selten in die Atmosphäre, doch Leckagen sind nie völlig auszuschließen. Damit eine Wärmepumpe tatsächlich klimafreundlich ist, kommt es auf den laufenden Stromverbrauch und das verwendete Kältemittel an. Dabei wird zwischen direkten Emissionen durch Kältemittelverluste und indirekten Emissionen durch den benötigten Strom unterschieden.

Das Kältemittel sollte nur ein niedriges Treibhauspotenzial haben. Der Stromverbrauch ist während der Nutzungsdauer der Heizung deutlich relevanter.

Viele Kältemittel sind extrem klimaschädlich | Foto: ©Tomasz Zajda #540941171 – stock.adobe.com

Das Treibhauspotenzial von Kältemitteln

Als zentraler Richtwert bei der Bewertung des Treibhauspotenzials von Kältemitteln dient die Einheit Global Warming Potential (GWP). Sie gibt an, wie stark sich ein Kilogramm Kältemittel im Vergleich zu einem Kilogramm Kohlendioxid über einen festgelegten Zeitraum auf die Erderwärmung auswirkt. Als Basis dient Kohlendioxid mit einem GWP von 1.

Hat ein Kältemittel einen GWP von 675 und entweicht davon ein Kilogramm in die Atmosphäre, so entspricht das in seiner Klimawirkung der Emission von 675 Kilogramm Kohlendioxid.

Wichtig bei der Sicherheit von Kältemitteln

Es gibt bereits natürliche Kältemittel, die klimafreundlich arbeiten. Dabei müssen die speziellen technischen Anforderungen eingehalten werden. Propan wird häufig eingesetzt, doch ist es leicht brennbar. Es kommt auf den geeigneten Aufstellort, die richtige Bauart und den fachgerechten Einbau der Wärmepumpe an.

Ein Fachmann kann genau erklären, welcher Aufstellort für eine Wärmepumpe mit Propan am sichersten ist und welche Schutzmaßnahmen verfügbar sind. Hat die Wärmepumpe ein Kältemittel mit einem hohen GWP, sind regelmäßige Wartungen durch einen Fachbetrieb erforderlich. Am Ende der Lebensdauer muss die Wärmepumpe fachgerecht entsorgt werden.

Ein Fachmann kann genau erklären, welcher Aufstellort für eine Wärmepumpe mit Propan am sichersten ist und welche Schutzmaßnahmen verfügbar sind | Foto: ©JPC-PROD #221197926 – stock.adobe.com

Die wichtigsten Kältemittel für Wärmepumpen

Für Ein- und Zweifamilienhäuser werden häufig Luft-Wasser-Wärmepumpen genutzt, die mit Propan (R290) arbeiten. Ältere Wärmepumpen nutzen teilweise noch fluorierte Gase. Natürliche Kältemittel setzen sich immer weiter durch, wie der Bundesverband Wärmepumpe angibt.

Am häufigsten werden die folgenden Kältemittel verwendet:

• Propan (R290) ist ein natürliches Kältemittel und hat den niedrigen GWP von 3. Es ist effizient, aber leicht entzündlich. Bei der Aufstellung der Wärmepumpe müssen Mindestabstände zum Gebäude eingehalten werden.
• Difluormethan (R32) hat einen GWP von 672 und ist ein synthetisches fluoriertes Kältemittel. Es wird noch in einigen aktuellen Geräten als Übergangslösung genutzt und ist schwer entzündlich.
• CO2 (R744) ist ein natürliches Kältemittel, dessen GWP bei 1 liegt. Es ist nicht brennbar. Es kann in Wärmepumpen bei speziellen Anforderungen verwendet werden. Dazu gehört die Möglichkeit, dass das System eine sehr hohe Vorlauftemperatur erzeugt.
• Ammoniak (R717) ist ein natürliches Kältemittel und hat einen GWP von 0. Allerdings ist Ammoniak toxisch für die Umwelt. Spezielle Sicherheitsvorkehrungen sind notwendig. Ammoniak wird bislang hauptsächlich in Großwärmepumpen genutzt.
• R410A ist eine Mischung aus Difluormethan und Pentafluorethan und hat als fluoriertes Kältemittel einen GWP von 2.088. Es ist noch in älteren Wärmepumpen anzutreffen. In neuen Wärmepumpen wird es nicht mehr verwendet.

Darüber hinaus werden noch weitere Kältemittel verwendet, die einen unterschiedlich hohen GWP haben.

Inzwischen sind Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) und halogenierte Fluorchlorkohlenwasserstoffe (HFCKW) als Kältemittel für Wärmepumpen verboten.

F-Gase-Verordnung als gesetzliche Verordnung zur Verwendung von Kältemitteln

Die F-Gase-Verordnung (F-Gas-V) ist eine EU-Verordnung, die eine umweltfreundlichere Gestaltung des Industriesektors vorsieht. Die Emissionen durch F-Gase als teilfluorierte Treibhausgase sollen schrittweise gesenkt werden.

Die Verordnung will zusätzlich Anreize zur Verwendung von alternativen Kältemitteln mit einem geringeren Treibhauspotenzial schaffen. Diese Verordnung gilt nur für neue Wärmepumpen. Bereits bestehende Wärmepumpen sind nicht davon betroffen. Diese Wärmepumpen dürfen weiterhin betrieben werden.
Die verfügbaren Mengen an teilfluorierten Kohlenwasserstoffen (HFKW) sollen schrittweise beschränkt werden. Die Verkaufsmengen sollen im Jahr 2030 nur noch ein Fünftel der Mengen von 2015 betragen.

Die Verwendung wird verboten, wenn klimafreundliche Alternativen technisch nutzbar sind.