Kältemittel der Wärmepumpe: Gefahren & Nutzen

• Was sind Kältemittel bei Wärmepumpen?
• Welche Kühlmittel für Wärmepumpen gibt es?
• Wie kann man Kältemittel klassifizieren, kennzeichnen und einordnen?
• Tabelle: Gegenwärtig häufig verwendete Kältemittel nach GWP-Werten und Sicherheitsklassen
• Tabelle: Sicherheitsgruppen der Kältemittel
• Wie viel Kältemittel ist in Wärmepumpen?
• Kältemittel für Wärmepumpen entsorgen
• Kältemittel für Wärmepumpen: Kosten
• FAQ

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.

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.

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 (ISE) hat es geschafft, die Füllmenge des Kältemittels Propan entsprechend weit zu reduzieren, sodass Propan-Wärmepumpen nun auch für den Privatgebrauch verfügbar sind. Propan-Wärmepumpen erhalten bis voraussichtlich Ende 2023 eine um 5 Prozent höhere BEG (Bundesförderung für effiziente Gebäude)-Förderung.

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

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.

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

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.

(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

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.

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

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.

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.

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.