Fraunhofer ISE optimiert Wärmepumpentechnik
01.09.2023
In den Wärmepumpen-Pilotanlagen wurde ein Wärmeübertrager von Kelvion eingesetzt
Bild: Kelvion
Mit dem Green Deal hat sich die EU verpflichtet, bis 2050 CO2 neutral zu werden. Allein in Deutschland bildet die Bereitstellung von Wärme und Kälte ca. 40 % des gesamten deutschen Endenergieverbrauchs. Effiziente und nachhaltige Schlüsseltechnologien, wie zum Beispiel Wärmepumpen, werden also immer wichtiger, um die Energiewende voranzutreiben. Der Fokus liegt dabei auf natürlichen Kältemitteln, da mit größter Wahrscheinlichkeit zukünftig EU-weit nur solche Kältemittel wie zum Beispiel Propan eingesetzt werden dürfen. Alle herkömmlichen fluorierten Kohlenwasserstoffe (PFAS) werden dem Markt nicht mehr zur Verfügung stehen.
Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderte Forschungsprojekt LC150 vom Fraunhofer Institut Solare Energiesysteme (ISE) hat sich zur Aufgabe gemacht, mit Wärmepumpenherstellern und -zulieferern eine standardisierte und kältemittelreduzierte Wärmepumpe mit Propan zu erforschen. In dem mittlerweile abgeschlossenen Projekt entwickelten die Forschenden und ein Konsortium aus Wärmepumpenherstellern eine kältemittelreduzierte Propan-Wärmepumpe. Kelvion war mit einem gelöteten Plattenwärmeübertrager „GK 108H“ Teil einer Testreihe.
Weniger Propan, mehr Sicherheit
Propan ist ein besonders vielversprechendes Kältemittel, denn es zeigt eine vergleichbare Kälteleistung wie herkömmliche Kältemittel, zeichnet sich durch sehr gute thermodynamische Eigenschaften und ein geringes Erderwärmungspotential (GWP) aus. Viele Wärmepumpenhersteller haben inzwischen Propan-Wärmepumpen im Angebot, jedoch meist nur für die Aufstellung im Außenbereich. Allerdings ist Propan leicht brennbar. Um das Risiko einer Brandentwicklung zu minimieren, ist die Reduktion des Kältemittels auf unter 150 g ein vielversprechender Ansatz. Dieser Ansatz entspricht den aktuell gültigen Vorgaben des Regelwerkes. Nach dem aktuellen Produktsicherheitsstandard DIN EN 60335-2-40:2014-01 können brennbare Kältemittel im Innenbereich mit geringeren Kapazitäten und einer Kältemenge-Füllmenge bis zu 152 Gramm genutzt werden. Wie das erreicht werden kann, hat das Fraunhofer ISE genauer erforscht.
In einer Testreihe mit Wärmeübertragen wurden marktverfügbare Apparate mit geringem Füllvolumen ausgewählt. Ein wesentlicher Baustein des Konzepts ist die Nutzung von Wärmeübertragern, die mit minimalem Kältemitteleinsatz arbeiten. Kelvions „GK 108H“ wurde in Wärmepumpen-Pilotanlagen eingesetzt, die bei den Tests sehr gut abgeschnitten haben und war darüber hinaus Teil von Best-Off Kältekreisen.
Der Wärmeübertrager ist Teil der „ConBraze“-Serie und zeichnet sich durch das neue Plattendesign, ein geringes Füllvolumen, hohe Effizienz und thermische Leistungsfähigkeit aus. „Mit diesen Eigenschaften wird die Serie dem ständig steigenden Bedarf nach umweltfreundlichen, energieeffizienten Kühl- und Heizsystemen mehr als gerecht, denn sowohl bei der Herstellung als auch im laufenden Betrieb dieser Geräte werden konsequent Ressourcen geschont“, sagt Matthias Funke, Head of R&D am Kelvion Standort Nobitz-Wilchwitz. „Neuartige Wirbelzellen ermöglichen durch die Erzeugung höherer Turbulenzen im Kanal einen verbesserten Wärmeübergang und damit eine erhöhte Effizienz. Somit sind die Geräte ideal bei Anforderungen nach kleinstem Raum und größter Leistungsfähigkeit.“
Mehr Lösungen für Wärmepumpen gibt es auf der Website des Unternehmens.
