Kältemittel der Wärmepumpe: Gefahren & Nutzen

7. September 2021
Kältemittel haben eine sehr gute Wärmetransportfähigkeit. Daher sind sie bestens geeignet, damit eine Wärmepumpe die Umweltenergie in Heizenergie umwandeln kann. Erfahren Sie, welche Kältemittel es in Wärmepumpen gibt und wie sie sich zusammensetzen. Wir zeigen Ihnen, welche Kältemittel klimaschädlich sind und welche nicht – und was die EU mit der Einordnung zu tun hat. Außerdem lesen Sie, wie die Klassifizierung und Einordnung von Kältemitteln erfolgt.
Dieser Artikel wurde von
Gina Doormann für www.Heizungsfinder.de verfasst.
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HeizungenWärmepumpeUmsetzungKältemittel

Inhalt

Was sind Kältemittel bei Wärmepumpen?

Bei Kältemitteln handelt es sich um Fluide, die eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit haben. Sie fungieren daher als Betriebsstoffe zur Wärmeübertragung in Klimaanlagen und in Heizsystemen wie zum Beispiel Wärmepumpen.

Welche Aufgaben hat ein Kältemittel in einer Wärmepumpe?

Kältemittel für Wärmepumpen transportieren Wärme. Diese nehmen sie bei geringer Temperatur und niedrigem Druck auf. Bei höherer Temperatur und stärkerem Druck geben sie die Wärme schließlich wieder ab. Der Transport der relativen Wärme von außen nach innen ist mithilfe eines Kältemittels in der Wärmepumpe möglich, weil es auch bei niedrigen Temperaturen verdampfen kann.

Während es verdampft, entzieht das Kältemittel der Außenluft Wärme. Danach ist es gasförmig und wird in der Wärmepumpe verdichtet – die gewünschte Raumtemperatur wird erreicht. Danach kondensiert das Kältemittel, verliert also den gasförmigen Zustand, und gibt die zuvor transportierte Wärme an den Heizkreislauf ab.

Was ist der GWP-Wert?

Der GWP ist im Zusammenhang mit Kältemitteln relevant. GWP steht für Global Warming Potential, zu Deutsch: Treibhauspotenzial. Der GWP gibt an, wie schädlich ein Kältemittel ist, wenn es in die Atmosphäre gelangt. Der Vergleichswert hierfür ist CO2 mit einem Wert von 1. Hat ein Kältemittel also einen GWP-Wert von 2.000, so ist es 2.000-mal schädlicher als CO2. Seit 2020 liegt der maximal zulässige Grenzwert bei einem GWP von 2.500. Ab 2025 sollen nur noch GWP-Werte von maximal 750 zulässig sein. Kältemittel, die die jeweiligen Werte überschreiten, werden vom Markt genommen.

Welche Kühlmittel für Wärmepumpen gibt es?

Es gibt mehrere Arten von Kältemitteln. | Bildquelle: © AdobeStock_jordi2r

In Wärmepumpen kommen verschiedene Kältemittel zur Anwendung. Sie alle sind mit einem "R" am Beginn ihrer Bezeichnung erkennbar. Das R steht dabei für "refrigerant". Das bedeutet Kältemittel. Die Zahl dahinter gibt Rückschlüsse auf die chemische Zusammensetzung eines Kältemittels.

Es gibt synthetische, also klimaaktive und natürliche Kältemittel. Zu den natürlichen Kältemitteln gehören Ammoniak/R717, Kohlenstoffdioxid/R744. Isobutan/R600A und Propan/R290. Die natürlichen Kältemittel zeichnen sich durch einen sehr geringen GWP aus:

  • R717: GWP von 0
  • R744: GWP von 1
  • R290: GWP von 3
  • R600A: GWP von 3

Die klimaaktiven, also synthetischen, Kältemittel gelten als umweltgefährdend, da sie zum Treibhauseffekt beitragen. Ihre GWP-Werte sind dementsprechend höher.

Seit 2019 gibt es Wärmepumpen, die auch im Gebäudeinnern von Einfamilienhäusern mit Propan betrieben werden können. Denn das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme hat es geschafft, die Füllmenge des Kältemittels Propan entsprechend weit zu reduzieren, sodass Propan-Wärmepumpen nun auch für den Privatgebrauch verfügbar sind.

Die F-Gas-Verordnung

Mit der F-Gas-Verordnung (EU) Nr. 517/2014 sollen die EU-Klimaziele hinsichtlich fluorierter Treibhausgase (F-Gase) umgesetzt werden. Bis 2050 soll es eine Minderung von 80 bis 95 Prozent geben. Verfügbarkeit und Nachfrage sollen dabei reguliert und Emissionen kontrolliert werden.

In drei Schritten zur Emissionsreduktion fluorierter Treibhausgase:

  • Phase down: Bereits in Verkehr gebrachtes Kältemittel und am Markt verfügbare Mengen werden schrittweise verringert.
  • Verwendungs- und Inverkehrbringungs-Verbote: werden erlassen, wenn klimafreundliche Kältemittel-Alternativen da sind
  • Verschärfung der Betreiberpflichten: Regelungen zu Dichtheitsprüfungen, zur Zertifizierung und Entsorgung werden erweitert.

Wie setzen sich Kältemittel bei Wärmepumpen zusammen?

Die Zusammensetzung von Kältemitteln ist bei natürlichen und synthetischen Kältemitteln unterschiedlich. Natürliche Kältemittel setzen sich grundlegend aus den Elementen Sauerstoff, Kohlenstoff, Stickstoff und Wasserstoff zusammen. Auch deren Gemische gelten dabei als natürliche Kältemittel.

Synthetische Kältemittel werden künstlich erzeugt und kommen so in der Natur nicht vor. Es gibt mehrere Gruppen der synthetischen Kältemittel:

  • FCKW: Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe
  • H-FCKW: teilhalogenierte Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe
  • FKW: Fluor-Kohlenwasserstoffe
  • H-FKW: teilhalogenierte Fluor-Kohlenwasserstoffe

Volumetrische Kälteleistung

Das jeweilige Kältemittel hat Auswirkungen auf die Effizienz des Prozesses aus Verdichten und Verdampfen, der in der Wärmepumpe abläuft. Ein Unterschied ist die Volumetrische Kälteleistung. Das ist die Kälteleistung, die mit einem bestimmten Volumenstrom, also der eingesetzten Menge, des Kältemittels erreicht werden kann. Ist die volumetrische Kälteleistung eines Kältemittels höher als bei einem anderen, so ist für die gleiche Leistung eine geringere Menge notwendig.

Wie kann man Kältemittel klassifizieren, kennzeichnen und einordnen?

Ein Behältnis für Kältemittel muss entsprechend gekennzeichnet sein. | Bildquelle: © AdobeStock_peerayuth

Kältemittel tragen nicht allein ihre Bezeichnungen mit dem "R" davor. Auch mithilfe anderer Werte lassen sich Kältemittel für Wärmepumpen einteilen. Hinsichtlich der Klimabelastung, die von dem jeweiligen Mittel ausgeht, gibt der GWP-Wert Aufschlüsse:

Beispiele für Wärmepumpen-Kältemittel und GWP-Wert:

  • R410A: Das synthetische Kältemittel R410A ist eine Mischung aus R32 und R125. Es eignet sich gut zum Heizen und zur Warmwasserbereitung. Der GWP liegt bei 2.088.
  • R290: Dieses Kältemittel, besser bekannt als Propan, ist ein Beispiel für ein relativ klimafreundliches Kältemittel. Der GWP liegt bei lediglich 3. Eingesetzt in einer Wärmepumpe, sind mit R290 zudem Vorlauftemperaturen von bis zu 75 °C möglich. R290 ist außerdem ein natürliches Kältemittel, das unbegrenzt verfügbar ist.
  • R32: Das Kältemittel R32 (Difluormethan) wird als Bestandteil des oft eingesetzten R410A verwendet. Kommt es pur zum Einsatz, so hat das Kältemittel mit dem GWP von 675 einen um rund zwei Drittel niedrigeren GWP als R410. Dabei ist der Stromverbrauch einer Wärmepumpe mit R32 niedriger als bei R410.

Tabelle: Gegenwärtig häufig verwendete Kältemittel nach GWP-Werten und Sicherheitsklassen

Kältemittel

Sicherheitsklasse

GWP

Selbstentzündungstemperatur [°C]

Maximal zulässige Oberflächentemperatur nach

DIN EN 378-2:2018-04 [°C]

R290

A3

3

470

370

R454C

A2L

148

444

344

R454B

A2L

466

496

396

R32

A2L

675

648

548

R134a

A1

1.430

743

n. a.

R407C

A1

1.774

704

n. a.

R410A

A1

2.088

Nicht definiert

n. a.

R404A/verboten seit 2020

A1

3.922

728

n. a.

(Datenquelle: Bundesverband Wärmepumpe e. V., 4. Sachstandsbericht zum IPCC Protokoll, F-Gase-Verordnung, DIN EN 378)

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Sicherheitsgruppen und Toxizität der Kältemittel

Neben der Klimabelastung durch Kältemittel in Wärmepumpen ist auch der Sicherheitsaspekt von Interesse. Relevant sind hier die Entflammbarkeit und die Toxizität. Die folgende Tabelle des BWP zeigt die Sicherheitsgruppen der Kältemittel.

Tabelle: Sicherheitsgruppen der Kältemittel

A3

B3

leicht entflammbar

A2

B2

entflammbar

A2L

B2L

schwer entflammbar

A1

B1

nicht brennbar

Geringe Toxizität

Erhöhte Toxizität

(Datenquelle: Bundesverband Wärmepumpe e. V.)

Die Toxizität der Kältemittel wird in den Buchstaben A und B angegeben. A bedeutet geringere Giftigkeit und B eine höhere. Die Ziffern kennzeichnen die Brennbarkeit der Kältemittel:

  • 1 = keine Flammenausbreitung
  • 2 = geringere Brennbarkeit
  • 3 = größere Brennbarkeit

Die sogenannten L-Sicherheitsgruppen fassen die Kennzeichnungen übersichtlich zusammen:

  • L1: eher unbedenkliche Kältemittel; A1
  • L2: Kältemittel, die in mindestens einer Kategorie auffällig sind; B1, A2, B2
  • L3: die enthaltenen Kältemittel fallen durch größere Giftigkeit und Brennbarkeit auf; A3, B3

Kennzeichnung für Wärmepumpen

Es ist Vorschrift, dass Wärmepumpen ein deutlich lesbares Typenschild haben. Es darf weder entfernt noch überdeckt werden. Das Typenschild enthält die folgenden Informationen:

  • Kältemittel-Kurzzeichen
  • Kältemittel-Füllmenge
  • Maximal zulässige/r Druck/Drücke (PS)
  • Name und Anschrift des Herstellers und Name und Adresse des bevollmächtigten Vertreters
  • Bauart, Seriennummer oder Bezugsnummer
  • Jahr des Abschlusses des Herstellungsprozesses

Wenn ein Serviceanschluss an der Wärmepumpe vorhanden ist, muss er gekennzeichnet sein, damit die Kältemittelart ersichtlich ist.

Außen aufgestellte Luft-Wasser-Wärmepumpen, die mehr als 10 kg Kältemittel der Sicherheitsklasse A3 oder B3 beinhalten, müssen in einem nur beschränkt zugänglichen Bereich stehen. Dieser benötigt außerdem eine Kennzeichnung durch einen Warnhinweis. Demnach müssen dort Rauchen, offene Flammen und potenzielle Zündquellen verboten sein.

Dichtheitsprüfung von Wärmepumpen mit Kältemitteln

Die F-Gase-Verordnung (Verordnung (EU) Nr. 517/2014) schreibt – in Abhängigkeit vom CO2-Äquivalent der Kältemittelfüllung – Dichtheitsprüfungen in bestimmten Intervallen vor. Sind die Kältekreise von Wärmepumpen hermetisch abgeschlossen, ist die doppelte Füllmenge zulässig.


Tabelle: Füllmengen ausgewählter Kältemittel, für die eine jährliche Dichtheitsprüfung erforderlich ist (Quelle: BWP e. V.)

Kältemittel

Sicherheitsklasse

Nicht hermetisch geschlossene Kältekreise

Hermetisch geschlossene Kältekreise

[kg]

[kg]

R290

A3

R454C

A2L

33,78

67,57

R454B

A2L

10,73

21,46

R32

A2L

7,41

14,81

R134a

A1

3,50

6,99

R407C

A1

2,82

5,64

R410A

A1

2,39

4,79

R404A/verboten seit 2020

A1

1,27

2,55

(Datenquelle: Bundesverband Wärmepumpe e. V. | Füllmengen ausgewählter Kältemittel, ab welchen gemäß Verordnung (EU) Nr. 517/2014 mindestens eine jährliche Dichtheitsprüfung erforderlich ist.)

Wie viel Kältemittel ist in Wärmepumpen?

Die Menge des Kältemittels in einer Wärmepumpe wird in Kilogramm angegeben. Je leistungsfähiger das verwendete Kältemittel ist, umso weniger Menge wird benötigt. Ein neues Gerät von Panasonic beispielsweise, das eine Leistung von 9 kW hat, benötigt nur 1,27 kg des Kältemittels R32. Bei Heizungswärmepumpen finden sich üblicherweise ein bis sechs Kilogramm an Kältemittel. Die Menge ist abhängig von der Art des Kältemittels und der Leistung der Wärmepumpe.

Kältemittel für Wärmepumpen entsorgen

Muss eine Wärmepumpe außer Betrieb genommen werden, so fallen gebrauchte Kältemittel an, die entsorgt werden müssen.

Das Entsorgen von gebrauchten Kältemitteln aus einer Wärmepumpe muss dabei durch nachweisbar sachkundige Personen erfolgen. Sie haben unter anderem den sogenannten "Kälteschein". Um das Kältemittel zu beseitigen, wird es restlos abgesaugt. Dabei ist es gasförmig. Nach dem Absaugen wird das Kältemittel verdichtet und verflüssigt. In einer Flasche mit der Aufschrift "für Abfall zur Verwertung" wird das Kältemittel der Entsorgung zugeführt.

Falls möglich, ist die Wiederverwendung des Kältemittels vorgesehen. Falls es nicht wiederverwendet werden kann, findet eine sach- und umweltgerechte Beseitigung statt. Die Menge des zu entsorgenden Kältemittels ist übrigens abhängig von der verwendeten Variante und auch der Leistung der Wärmepumpe. Es ist von Mengen zwischen einem und sechs Kilogramm Kältemittel auszugehen.

Die EU hat vier Schlüsselbegriffe zum Umgang mit zu entsorgenden fluorierten Treibhausgasen vorgesehen:

  • Rückgewinnung: Regelungen zur Entnahme und Lagerung fluorierter Treibhausgase aus z. B. Behältern
  • Recycling von Kältemitteln: Wiederverwendung von fluorierten Treibhausgasen nach einer Reinigung
  • Aufarbeitung: Mithilfe einer bestimmten Behandlung ist das gebrauchte F-Gas einem ungebrauchten gleichwertig
  • Zerstörung: Das fluorierte Treibhausgas wird dauerhaft in einen oder mehrere stabile Stoffe zerlegt, die keine F-Gase mehr sind.

Grundsätzlich lassen sich Einstoffkältemittel wie etwa R32 leichter aufbereiten und recyceln als solche, die aus mehreren chemischen Verbindungen zusammengesetzt sind, wie beispielsweise R410A.

Kältemittel für Wärmepumpen: Kosten

Bei Kältemitteln für Wärmepumpen ist grundsätzlich von einer Steigerung der Kosten auszugehen. Der Grund sind die Erlasse im Rahmen der F-Gas-Verordnung und deren Phase down. Denn Kältemittel mit einem hohen GWP werden nach und nach verboten. Bei den weiterhin zulässigen Stoffen könnte damit eine Verknappung mit einhergehender Preissteigerung eintreten.

Die Kosten für das jeweilige Kältemittel werden immer tagesaktuell bekanntgegeben. Grundsätzlich sind die natürlichen Kältemittel günstiger als die klimawirksamen.

FAQ

Sind Kältemittel gefährlich?

Da der Kältemittelkreislauf luft- und wasserdicht geschlossen ist, besteht keine Gefahr, dass Kältemittel austreten könnte. Somit ist auch die Treibhauswirkung gleich null. Zudem sind Fluorkohlenwasserstoffe (FKW) und teilhalogenierte Fluorkohlenwasserstoffe (H-FKW) ungiftig und schwer entzündbar.

Was ist das beste Kältemittel?

R32 hat eine sehr gute Performance. Setzt man allerdings Klimamaßstäbe an, sind natürliche Kältemittel wie R290 oder R717 mit einem geringeren GWP die bessere Wahl.

Wann wird R32 verboten?

R32 wird laut F-Gase-Verordnung vorerst nicht verboten. Auch 2025 sind Kältemittel mit einem GWP bis zu 750 erlaubt. R32 aber hat nur einen GWP von 675.

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