Propan-Wärmepumpen als Ersatz von Gas- und Ölheizungen in Mehrfamilienhäusern

(11.5.2023) In dem Projekt »LC R290 - Low charge HP solutions« forscht das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE nach einfach anwendbaren und multiplizierbaren Lösungen für den Austausch von Gas- und Ölheizungen in Mehrfamilienhäusern im Bestand. Ein Schwerpunkt liegt auf den Etagenheizungen. Als Ersatz sollen Wärmepumpen dienen, die auf das natürliche und klimafreundliche Kältemittel Propan (R290) setzen. Für die praxisnahe und schnelle Umsetzung hat das Fraunhofer ISE ein Projektkonsortium mit Unternehmen der Heizungsbranche und der Wohnungswirtschaft gegründet.

Bild: Fraunhofer ISE 

Lösungen für drei Anwendungsfelder gesucht

Das Fraunhofer ISE hat bei der Suche nach Wärmepumpenkonzepten für Mehrfamilienhäuser drei Anwendungsfelder im Fokus:

• Etagenheizungen,
• innen aufgestellte Zentralheizungen sowie
• höhere Leistungsklassen für außen aufgestellte Wärmepumpen.

»Wir brauchen für die Wohnungswirtschaft standardisierte Wärmepumpenlösungen für den Austausch von Gas- und Ölheizungen für alle Anwendungsfälle. Propan hat sich zu einer anerkannten Kältemittellösung für die Wärmepumpenbranche entwickelt und ist bei außen aufgestellten Wärmepumpen inzwischen weit verbreitet. Was wir nun benötigen, sind gut umsetzbare Lösungen auch in Innenräumen«, erklärt Dr. Ing. Lena Schnabel, Abteilungsleiterin Wärme und Kältetechnik am Fraunhofer ISE.

Etagenheizungen

Wenn Wärmepumpen konventionelle Gas-Etagenheizungen oder auch Gas- und Ölheizungen im Keller ersetzen und dabei mit Propan betrieben werden sollen, wären bei Füllmengen über 150 Gramm besondere Sicherheitsauflagen zu beachten. Das Projektteam des Fraunhofer ISE hatte im Projekt »LC150« bereits nachgewiesen, das mit weniger als 150 Gramm des Kältemittels Propan eine Heizleistung von 7 bis 10 Kilowatt erreicht werden kann. Für die Umsetzung als Etagenheizung ist dies die Grundlage. Im Rahmen des Projekts werden dafür passende Speicher- und Quellenkonzepte erarbeitet. Hierfür werden unter Begleitung der Wärmepumpenhersteller und der Wohnungswirtschaft Lösungen für den Anschluss an das Hydraulik- und Quellensystem sowie geeignete Regelungsansätze entwickelt und im Labor demonstriert.

Zentralheizungen

Für den Ersatz der Zentralheizung im Keller sollen Wärmepumpen mit größerer Leistung entwickelt werden. Auch hier wird auf Ergebnisse des Projekts »LC150“ zurückgegriffen, um die Kältemittelreduktion auf größere Leistungen zu übertragen. Zudem werden Konzepte zur Verschaltung und Regelung mehrerer Wärmepumpen untersucht und breit umsetzbare Sicherheitskonzepte identifiziert und erprobt.

Frei aufgestellte Wärmepumpen

Außen aufgestellte Wärmepumpen größerer Leistung werden ebenfalls mit Fokus auf Kältemittelreduktion und optimierte Abtauung hin angepasst und durch vereinheitlichte sicherheitstechnische Prüfungen bewertet. Ziel ist es, durch die Kältemittelreduktion und verbesserte Abtauung größere Leistungen mit der gleichen Aufstellfläche und Sicherheitszone umsetzen zu können und so deren Verwendung im dicht bebauten, urbanen Raum zu erleichtern.

Bild: Fraunhofer ISE 

Plattform für schnelle Umsetzung vom Lab zur Fab

Um möglichst rasch einen breiten Konsens für favorisierte Lösungen zu finden, begleitet auf Wunsch des Fraunhofer ISE ein Beirat das Projekt. Die Hersteller können die erarbeiteten Lösungen in ihre eigenen Produktentwicklungen übernehmen oder auch in Kooperationen weiterarbeiten. Die damit möglichen höheren Stückzahlen könnten die Herstellungskosten reduzieren, weitere Synergien erschließen und so die Wettbewerbsfähigkeit der Hersteller steigern.

Die teilnehmenden Unternehmen erhalten Zugriff auf alle Projektergebnisse und Messergebnisse während der Laufzeit sowie die indirekte Nutzung der Prüfeinrichtungen und der Erfahrung des Fraunhofer ISE im Umgang mit Propan. Der Entwicklungsvorsprung für die beteiligten Hersteller wird idealerweise durch Schutzrechte (Patente, Gebrauchsmuster, Designschutz) zusätzlich abgesichert.

Da in diesem Projekt Systemlösungen entwickeln werden, ist auch die Wohnbauwirtschaft als Partner eingebunden. Diese bringt ihre konkreten Randbedingungen und Wünsche direkt in die Entwicklung ein und partizipiert an angepassten Systemlösungen. Durch die direkte Kommunikation zwischen mehreren Wärmepumpenherstellern und der Wohnbauwirtschaft können Lösungen praxisgerecht entwickelt und schneller umgesetzt werden, was den Hochlauf zu höheren Stückzahlen insgesamt beschleunigt.

Das neue Verbundprojekt mit einem Budget von 7 Millionen Euro wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert und soll bis zum 30. Juni 2025 laufen.