LC150 – Entwicklung eines kältemittelreduzierten Wärmepumpenmoduls mit Propan

Wärmpumpen sind eine tragende Heizungstechnologie der Zukunft und ihre Weiterentwicklung ein essenzieller Bestandteil der Wärmewende. Umso bedeutender ist die Erforschung nachhaltiger Kältemittellösungen. Ein hohes Potenzial bietet das Kältemittel Propan, das mit sehr guten thermodynamischen Eigenschaften und einem geringen Erderwärmungspotentials besticht. Nachteilig ist die Brennbarkeit. Um diesen Nachteil zu minimieren, ist die Reduktion des Kältemittels auf unter 150 g ein vielversprechender Ansatz. Ziel des vom BMWK geförderten Forschungsvorhaben LC150 („low charge 150 g“) ist deshalb die mit Wärmepumpenherstellern und -zulieferern abgestimmte Entwicklung eines standardisierten und kältemittelreduzierten Kältekreises mit dem Arbeitsfluid Propan.

Neben der Entwicklung eines deutlich kältemittelreduzierten Sole-Wasser-Kältekreises mit dem Arbeitsmittel Propan und einem marktakzeptierten COP soll im Projekt ein zeiteffizientes Verfahren zur Bewertung und Auslegung von füllmengenreduzierten Kältekreiskomponenten erarbeitet werden. Eine umfangreiche Datenbasis zur Performance von Komponenten des Sole-Wasser-Kältekreises unter kältemittelreduzierten Bedingungen wird den Projektpartnern zur Verfügung gestellt und zur Weiterverwendung in Simulationssoftware aufbereitet. Betriebsstrategien zum Erreichen hoher Effizienzen bei gleichzeitiger Vermeidung kritischer Zustände sollen identifiziert werden. Weiterer Projektbestandteil ist die Abstimmung eines durch die beteiligten Hersteller akzeptierten Vorgehens zur Sicherheitsbewertung für Propan-Kältekreise im Innenraum. Finanziell unterstützt und technisch begleitet wird die Entwicklungsarbeit von einem breiten Industriekonsortium europäischer Wärmepumpenhersteller. Die gemeinsame Entwicklungsplattform soll den beteiligten Unternehmen erhebliche Kostensenkungspotenziale erschließen und die industrielle Entwicklung von Wärmepumpen für Wohngebäude beschleunigen.

Dem Team gelang nun im Laufe des Projekts ein Effizienzrekord: mit nur 124 Gramm Propan wurde eine Heizleistung von 12,8 Kilowatt erreicht. Daraus ergibt sich eine spezifische Kältemittelfüllmenge von ca.10g/kW. Das Ziel des Projekts, die spezifische Kältemittelmenge auf 15- 30 Gramm/Kilowatt zu reduzieren, ist damit deutlich übertroffen.

Das Forschungsteam arbeitet ebenfalls an weiteren Stellschrauben, um die Kältemittelmenge zu senken: das innere Volumen der Wärmeübertrager und die benötige Ölmenge wurden reduziert, auch Zusatzbauteile wie Sensoren wurden auf das Nötigste beschränkt. Die Rohrleitungen wurden so kurz wie möglich gehalten, um die inneren Volumina zu reduzieren.