Kältemittel & Wärmepumpe: Alles, was Sie wissen müssen 

Wärmepumpen erfreuen sich in Deutschland einer stetig wachsenden Beliebtheit.  Die Geräte bieten eine sehr naturschonende Art und Weise der Wärmeproduktion und machen Verbraucher unabhängig(er) von den Branchenriesen. Doch nicht alle Besitzer von Wärmepumpen wissen, wie die Anlagen funktionieren. Wenn Sie zuvor grundlegende Informationen über Wärmepumpen wünschen, können Sie dies in unserem Blogbeitrag: "Wärmepumpe: Arten, Vorteile und Funktionen" nachlesen.  Welche Rolle übernimmt beispielsweise das Kältemittel? Und wie ist dessen Einsatz gesetzlich geregelt? Die Antworten finden Sie hier. 

> Kältemittel für die Wärmepumpe: Die Funktionsweise
> Was ist der Unterschied zwischen Kälte- und Kühlmittel? 
> Kältemittel für die Wärmepumpe: Gibt es unterschiedliche Arten?
> Kältemittel für Wärmepumpen: Was bedeutet das Treibhauspotenzial (GWP)? 
> Kältemittel in Wärmepumpen und ihre Klassifikation
> Kältemittel in Wärmepumpen: Was zeichnet R290 aus? 
> PFAS in Wärmepumpen-Kühlmittel 

Kältemittel für die Wärmepumpe: Die Funktionsweise 

Um die Rolle zu verstehen, die das Kältemittel innerhalb einer Wärmepumpe spielt, ist es zunächst wichtig, über die grundlegende Funktionsweise der Anlage Bescheid zu wissen. Deshalb muss zunächst geklärt werden, welche Abläufe innerhalb einer Wärmepumpe zu beobachten sind. 

In einer Wärmepumpe kommt es im Grunde zu einer Umwandlung von Energie. Mithilfe von elektrischer Energie wird Energie aus der Umwelt (Luft, Wasser, Erdwärme) angesaugt  und in Heizenergie umgewandelt. Üblicherweise geht diese Umwandlung in folgenden vier Schritten vonstatten: 

• Verdampfung: Die Wärmepumpe saugt Energie aus der Umgebung an und verdampft damit das Kältemittel, welches sich in einem geschlossenen Kreislauf befindet. Das Mittel ändert dabei seinen Aggregatzustand von flüssig in gasförmig.
  
• Verdichtung: Im nächsten Schritt verdichtet ein Kompressor das nun gasförmige Kältemittel, dessen Temperatur und Druck sich dadurch stark erhöhen.
  
• Verflüssigung: Das Kältemittel weist nun eine höhere Temperatur auf als das Wasser im Heizkreislauf. Diese Differenz wird durch einen Wärmetauscher vom Kältemittel ins Heizungssystem übertragen. Dabei kühlt das zuvor gasförmige Mittel aus und wird dadurch wieder flüssig.
  
• Entspannung: Um den Kreislauf von vorne zu beginnen, muss das Kältemittel wieder auf den Ausgangszustand gebracht werden. Dazu ist eine Entspannung auf den Anfangsdruck nötig, der entsprechende Vorgang geht in einer speziellen Düse (Expander) über die Bühne. 

Wärmepumpen sind besonders dort sehr beliebt, wo moderne Gebäude über (große) Flächenheizungen verfügen. Hier reichen im Vergleich mit klassischen Heizkörpern deutlich niedrigere Vorlauftemperaturen aus und die Wärmepumpe verspricht dadurch eine überdurchschnittlich hohe Energieeffizienz. Der Einbau in Bestandsgebäude ist an sich auch kein großes Problem, allerdings könnten aus Gründen der Effizienzsteigerung Sanierungsmaßnahmen notwendig werden. 

Was ist der Unterschied zwischen Kälte- und Kühlmittel? 

Beide Begriffe klingen im ersten Moment ähnlich und werden umgangssprachlich oft als Synonyme verwendet. Rein technisch gesehen ist das allerdings falsch. Denn bei einem Kältemittel handelt es sich um eine Flüssigkeit, die bei niedrigem Druck und niedriger Temperatur Wärme aufnimmt bzw. diese bei hohem Druck und hoher Temperatur wieder abgibt. 

Ein Kühlmittel, wie wir es etwa in einem Verbrennungsmotor finden, kann das nicht. Ihm ist es nur möglich, Wärme von einem Gegenstand abzutransportieren (also aufzunehmen), wenn die Umgebung kühler als eben dieser Gegenstand ist. 

Kältemittel für die Wärmepumpe: Gibt es unterschiedliche Arten? 

Tatsächlich hat sich im Bereich der Kältemittel in jüngerer Vergangenheit einiges getan. Alte Platzhirsche sind zwar immer noch zu finden, werden aber nach und nach von neuen – und umweltfreundlicheren – Entwicklungen abgelöst.  

Ein kurzer Überblick: 

• FCKW: Die Kältemittel FCKW und HFCKW sind chlorhaltig und aufgrund ihrer Ozonschädlichkeit bei Neuauflagen seit vielen Jahren verboten.
  
• FKW/HFKW: Die sogenannten teilfluorierten Kohlenwasserstoffe sind die am weitesten verbreitete Variante. Sie haben allerdings ein großes Problem: Sie verfügen über ein hohes Treibhauspotenzial und sind entsprechend schwierig zu entsorgen. Deshalb wurde bereits im Jahr 2016 von der internationalen Staatengemeinschaft beschlossen, die HFKW-Kältemittel langsam und schrittweise vom Markt zu nehmen.
  
• PFAS: Per- und polyfluorierte Chemikalien sind nicht nur in Kältemitteln zu finden, sondern begegnen uns in unserem Alltag mittlerweile auf Schritt und Tritt. Neben Kleidung und Kosmetika sind sie eben auch in synthetischen Kältemitteln für die Wärmepumpe vorhanden. Allerdings haben sie einen sehr schädlichen Einfluss auf die Umwelt und auf unseren Körper. Entsprechend wird aktuell mit Hochdruck auf einen Wechsel hin zu umweltfreundlichen Alternativen hingearbeitet.
  
• HFO: Neueste Generation von synthetischen Kältemitteln, die die Ozonschicht nicht schädigen und außerdem ein niedriges Treibhauspotenzial aufweisen.
  
• R290: Dieses natürliche Kältemittel (Propan) gilt als besonders zukunftssicherer Ersatz für die bisher verwendeten synthetischen Kältemittel.
  
• NH3 oder CO2: Neben R290 sind Ammoniak (NH3) oder Kohlendioxid (CO2) gute natürliche Alternativen zu synthetischen, umweltschädlichen Varianten. Allerdings eignen sie sich nur in seltenen Fällen für den Einsatz im Privatbereich 
  

Kältemittel für Wärmepumpen: Was bedeutet das Treibhauspotenzial (GWP)? 

Die unterschiedlichen Arten von Kältemitteln für die Wärmepumpe werden unter anderem anhand ihres Treibhauspotenzials kategorisiert. Der dazugehörige Faktor ist unter der Abkürzung GWP bekannt, was wiederum für Global Warming Potential steht. Unterschiedliche Treibhausgase verfügen über ebenso unterschiedliches Erderwärmungs- oder Treibhauspotenzial – als Abkürzung des englischen Fachbegriffs „Global Warming Potential“ kurz GWP genannt. Um eine einheitliche Kategorisierung zu gewährleisten, dient die Klimawirksamkeit von CO2 als Ausgangsbasis. Das GWP von Kohlendioxid ist 1. Beträgt der GWP-Wert eines Wärmemittels also zum Beispiel 750, dann ist es 750-mal so schädlich wie CO2. 

Kältemittel in Wärmepumpen und ihre Klassifikation 

Neben dem GWP-Wert lassen sich Kältemittel noch anhand ihrer Sicherheitsgruppe einteilen. Die besteht üblicherweise aus einem oder zwei Buchstaben mit einer Ziffer.  

Die jeweiligen Bezeichnungen stehen dabei für folgende Spezifikationen: 

• A = geringe Giftigkeit 
• B = höhere Giftigkeit 
• 1 = keine Brennbarkeit 
• 2 = geringe Brennbarkeit 
• 3 = höhere Brennbarkeit 
• L = geringe Brenngeschwindigkeit 

Auf Basis aller bisher vorgestellten Informationen lässt sich folgende Tabelle zusammenstellen: 

Bei einem Blick auf diese Aufzählung werden zwei Dinge sofort klar. Erstens: Die synthetischen Kältemittel weisen einen deutlich höheren GWP-Wert auf als die natürlichen Varianten. Zweitens: Mit Ausnahme von CO2 sind alle natürlichen Kältemittel brennbar. Experten sind sich allerdings einig, dass die Zukunft den natürlichen Kältemitteln gehört – darunter ganz besonders R290. 
 

Kältemittel in Wärmepumpen: Was zeichnet R290 aus? 

Wie erwähnt sehen Experten in natürlichen Kältemitteln die Zukunft. Speziell R290 – also Propan – bringt alle Voraussetzungen mit, um zum meistverwendeten Stoff aufzusteigen.  

Die zentralen Vorteile von R290 im Überblick: 

• Niedriger GWP: Im Vergleich zu künstlichen Mitteln weist R290 einen enorm niedrigen GWP-Wert auf. Er liegt lediglich bei 3.
  
• Hohe Effizienz: Selbst bei niedrigen Außentemperaturen sind hohe Vorlauftemperaturen von bis zu 70 °C möglich. Propan verspricht also auch bei der Verwendung in Bestandsgebäuden Top-Ergebnisse.
  
• Unerreichte Umweltverträglichkeit: Der niedrige GWP-Wert von R290 ist nun bereits bekannt. Daneben ist das Kältemittel keine Gefahr für die Ozonschicht und ist als natürlicher Rohstoff nahezu unbegrenzt verfügbar. Es handelt sich deshalb um eine nachhaltige  Option.
  
• Definitiv zukunftssicher: Einige synthetische Kältemittel wurden bereits verboten. Die bis 2030 gültige F-Gas-Verordnung regelt nun den weiteren Umstieg auf natürliche Mittel. Propan kommt an keiner Stelle dieser Verordnung vor, ist von ihr also nicht betroffen und kann somit auch nach 2030 bedenkenlos weiterverwendet werden.
  
• Niedrige Ausgaben: Wärmepumpen mit einem hohen GWP-Wert werden durch die Verknappung von F-Gasen immer teurer. Dazu steigen Wartungs- und Entsorgungskosten von alten Geräten mit synthetischen Kältemitteln. Wer ein Gerät mit Propan besitzt, muss sich darüber keine Sorgen machen. 

PFAS in Wärmepumpen-Kühlmittel 

PFAS steht für Per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen. Es handelt sich dabei um eine Klasse von Chemikalien, die in vielen Industriezweigen und Konsumgütern wegen ihrer wasser- und fettabweisenden, temperaturbeständigen und stabilen Eigenschaften eingesetzt werden – z.B. auch im Kältemittel von Wärmepumpen. 

PFAS stehen in der Kritik weil sie extrem stabil sind und sich nur sehr langsam in der Umwelt zersetzen, was sie zu sogenannten "ewigen Chemikalien" macht. Sie können sich in der Umwelt anreichern und haben das Potenzial, sowohl in die Nahrungskette als auch in das Trinkwasser einzudringen. Dazu kommen gesundheitliche Bedenken für Mensch und Tier: In ersten Studien wurden negative Auswirkungen wie Krebs, Leberschäden, und Hormonstörungen festgestellt. 

Aufgrund dieser Bedenken gibt es Bestrebungen, die Verwendung von PFAS in verschiedenen Anwendungen einzuschränken oder sogar zu verbieten. In Deutschland existieren dazu aktuell noch keine konkreten Regelungen. Die Verbraucherzentrale empfiehlt jedoch schon jetzt beim Kauf einer Wärmepumpe auf ein Kältemittel mit niedrigem GWP-Wert zu achten. Ersatzstoffe wie Propan (R290) schneiden hier in Sachen Umweltverträglichkeit deutlich besser ab. 

Kältemittel in Wärmepumpen: Fazit 

Ohne ein Kältemittel würde eine Wärmepumpe nicht funktionieren. Das Gerät nimmt Wärme aus der Umgebung auf (Luft, Wasser, Erde) und überträgt es mithilfe des Kältemittels auf den Heizungskreislauf. Aktuell sind noch synthetische Kältemittel die am weitesten verbreitete Variante. Allerdings sind diese sehr umweltschädlich, sobald sie aus dem Kreislauf austreten und die Atmosphäre gelangen. Deshalb hat der Gesetzgeber einen Stufenplan entwickelt, welcher das schrittweise Verbot bestimmter synthetischer Kältemittel zum Ziel hat. Die Zukunft gehört – und da sind sich alle Experten einig – ganz klar den natürlichen Kältemitteln wie etwa Propan (R290). 

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