Kältemittel in Wärmepumpen

Was ist ein Kältemittel in einer Wärmepumpe?

Ein Kältemittel ist ein Stoff mit gezielt nutzbaren Druck- und Phasenwechseleigenschaften. Es kann bei niedriger Temperatur verdampfen und bei höherer Temperatur kondensieren. Dadurch kann eine Wärmepumpe thermische Energie von einer kälteren Quelle auf ein wärmeres Heizsystem übertragen.

Die meisten Wärmepumpen in Gebäuden arbeiten mit einem Dampfkompressionskreislauf. Beim Durchströmen des Systems wechselt das Kältemittel zwischen flüssigem und gasförmigem Zustand. Der Verdichter liefert die elektrische Arbeit, die erforderlich ist, um Druck und Temperatur des Kältemittels zu erhöhen.

Vergleich des Kältemittels mit anderen Medien einer Wärmepumpe

Das Kältemittel gelangt normalerweise nicht in den Heizungswasserkreislauf des Gebäudes. Ein Wärmeübertrager trennt beide Kreisläufe. Nach demselben Prinzip ist das Kältemittel bei einer Erdwärmepumpe vom Solekreis getrennt.

Was ist die Hauptaufgabe eines Kältemittels?

Die Hauptaufgabe des Kältemittels besteht darin, Wärme über eine Temperaturdifferenz hinweg zu übertragen. Die Wärmequelle kann im Vergleich zur benötigten Temperatur für Raumheizung oder Warmwasser kalt sein. Durch Änderungen von Druck, Temperatur und Aggregatzustand ermöglicht das Kältemittel diesen Wärmetransport.

Das Kältemittel erzeugt die Umweltwärme nicht. Es nimmt sie auf und transportiert sie. Der Verdichter ermöglicht anschließend, die Wärme auf einem besser nutzbaren Temperaturniveau bereitzustellen.

Funktionsweise des Kältemittelkreislaufs

Schritt 1: Verdampfung

Das Kältemittel tritt bei niedrigem Druck in den Verdampfer ein. Es nimmt Wärme aus der Außenluft, der Sole einer Erdwärmeanlage, dem Grundwasser oder einer anderen Wärmequelle auf. Durch diese Wärme verdampft das Kältemittel.

Schritt 2: Verdichtung

Der Verdichter saugt den Kältemitteldampf an und verdichtet ihn auf einen höheren Druck. Dadurch steigt die Temperatur des Kältemittels.

Schritt 3: Kondensation

Das heiße Kältemittel strömt durch den Verflüssiger. Dort gibt es Wärme an das Heizungswasser oder eine andere Wärmesenke ab. Während der Wärmeabgabe wird das Kältemittel wieder flüssig.

Schritt 4: Expansion

Das flüssige Kältemittel strömt durch ein Expansionsventil. Das Ventil senkt Druck und Temperatur. Danach kann das Kältemittel erneut in den Verdampfer eintreten und den Kreislauf wiederholen.

Eine reversible Wärmepumpe kann auch aktiv kühlen. Im Kühlbetrieb kehrt das System die Richtung des Wärmetransports um. Es nimmt Wärme aus dem Gebäude auf und gibt sie an die Außenluft, das Erdreich oder eine Wasserquelle ab.

Warum werden Kältemittel benötigt?

Ein Gebäude kann Heizungswasser mit 30 °C, 45 °C, 55 °C oder mehr benötigen. Die verfügbare Wärmequelle kann deutlich kälter sein. Die Außenluft kann unter dem Gefrierpunkt liegen, während auch die Temperaturen des Erdreichs oder des Grundwassers vergleichsweise niedrig bleiben.

Das Kältemittel bietet eine praktikable Möglichkeit, diese Temperaturdifferenz zu überwinden. Es kann unterhalb der Quellentemperatur verdampfen und oberhalb der erforderlichen Heizungswassertemperatur kondensieren. Der Verdichter bringt das Kältemittel zwischen diese Betriebszustände.

Ohne ein geeignetes Kältemittel und einen passenden Kältemittelkreislauf kann eine Kompressionswärmepumpe niedrig temperierte Umweltwärme nicht in ein nutzbares Heizsystem übertragen.

Die praktische Bedeutung der richtigen Kältemittelauswahl

Eine ungeeignete Systemauswahl kann konkrete betriebliche und wirtschaftliche Probleme verursachen:

• Die Wärmepumpe erreicht am kältesten Auslegungstag möglicherweise nicht die erforderliche Heizleistung.
• Bei hohen Vorlauftemperaturen kann das Gerät übermäßig viel Verdichterleistung benötigen.
• Die verfügbare Aufstellfläche erfüllt möglicherweise nicht die vorgeschriebenen Sicherheitsabstände.
• Ein Split-System kann unnötige Kältemittelverbindungen auf der Baustelle verursachen.
• Ein Kältemittel mit hohem GWP kann regulatorische Risiken sowie Versorgungs- und Lebenszyklusrisiken mit sich bringen.
• Für ein wenig verbreitetes Kältemittel steht vor Ort möglicherweise nur eingeschränkter Service zur Verfügung.
• Eine große Kältemittelfüllmenge kann die Folgen direkter Emissionen erhöhen.
• Eine schlechte Abstimmung zwischen Kältemittel und Verdichter kann die Effizienz oder die Lebensdauer der Komponenten verringern.
• Eine nicht freigegebene Kältemittelumrüstung kann Verdichter, Dichtungen, Schmierstoff oder Wärmeübertrager beschädigen.

Das Umweltbundesamt weist darauf hin, dass es kein einziges perfektes Kältemittel für jede Anwendung gibt. Die richtige Wahl hängt vom konkreten System, den Betriebsbedingungen, den baulichen Anforderungen, dem Energieverbrauch, den Umweltauswirkungen, der Verfügbarkeit und dem rechtlichen Rahmen ab.

Wichtige Eigenschaften von Kältemitteln für Wärmepumpen

Ein Kältemittel muss anhand mehrerer miteinander verknüpfter Eigenschaften bewertet werden. Kein einzelner Kennwert ermöglicht eine vollständige Beurteilung.

Diese Eigenschaften hängen voneinander ab. Ein Kältemittel mit niedrigem GWP kann zusätzliche Maßnahmen zum Brandschutz erfordern. Ein nicht brennbares Kältemittel kann mit sehr hohen Drücken arbeiten. Ein technisch effizientes Medium kann für einen bestimmten Raum, eine Produktkategorie oder eine geforderte Austrittstemperatur dennoch ungeeignet sein.

Ausführliche Erläuterung der Kältemitteleigenschaften

Phasenwechselverhalten

Definition: Das Phasenwechselverhalten beschreibt, wie ein Kältemittel zwischen flüssigem und gasförmigem Zustand wechselt.

Zweck: Der Phasenwechsel ermöglicht es dem Medium, in einem kompakten Kreislauf eine große Wärmemenge aufzunehmen oder abzugeben.

Vorteil: Die Wärmepumpe kann erhebliche thermische Energiemengen übertragen, ohne ein extrem großes Flüssigkeitsvolumen umwälzen zu müssen.

Beispiel: In einer Luftwärmepumpe verdampft das Kältemittel im Außengerät und kondensiert, während es das Heizungswasser des Gebäudes erwärmt.

Druck-Temperatur-Beziehung

Definition: Jedes Kältemittel besitzt eine charakteristische Beziehung zwischen Sättigungsdruck und Temperatur.

Zweck: Diese Beziehung ermöglicht es Fachplanern, eine Verdampfung bei niedriger Temperatur und eine Kondensation bei höherer Temperatur zu erzeugen.

Vorteil: Die Wärmepumpe kann zwischen der verfügbaren Quellentemperatur und der benötigten Heizungswassertemperatur arbeiten.

Beispiel: An einem kalten Wintertag muss das Kältemittel unterhalb der Temperatur des Außenluftwärmeübertragers verdampfen und zugleich oberhalb der erforderlichen Vorlauftemperatur kondensieren.

Betriebsbereich

Definition: Der Betriebsbereich legt die zulässigen Quellentemperaturen, Kondensationstemperaturen, Drücke und Verdichterbedingungen fest.

Zweck: Er verhindert einen Betrieb außerhalb der Grenzen von Kältemittel, Verdichter, Schmierstoff, Motor und weiteren Komponenten.

Vorteil: Ein korrekter Betrieb schützt die Effizienz und die Lebensdauer der Anlage.

Beispiel: Bei einem Sanierungsprojekt sollten Heizleistung und Verdichtergrenzen bei der tatsächlichen winterlichen Auslegungstemperatur und der erforderlichen Heizkörper-Vorlauftemperatur geprüft werden.

Kritische Temperatur und Hochtemperaturfähigkeit

Definition: Die kritische Temperatur ist die Temperatur, oberhalb derer ein Medium keine normale Phasengrenze zwischen Flüssigkeit und Dampf mehr besitzt.

Zweck: Sie hilft zu beurteilen, wie sich ein Kältemittel bei hohen Temperaturen der Wärmesenke verhält.

Vorteil: Sie unterstützt die Auswahl von Systemen für Trinkwarmwasser, Heizkörper, Prozesswärme oder Fernwärme.

Beispiel: Eine Wärmepumpe, die für eine Vorlauftemperatur von 70 °C ausgelegt ist, benötigt einen Kältemittelkreislauf, einen Verdichter und eine Regelung, die für diesen vollständigen Betriebszustand freigegeben sind.

Eine hohe theoretische Temperaturfähigkeit garantiert keinen effizienten Betrieb. Auch Verdichteraustrittstemperatur, Druckverhältnis, Temperaturannäherungen in den Wärmeübertragern, Quellentemperatur und Regelstrategie bleiben wichtig. Produktdaten unter definierten Prüfbedingungen liefern aussagekräftigere Nachweise als die Bezeichnung des Kältemittels allein.

Thermodynamische Effizienz

Definition: Thermodynamische Eigenschaften beschreiben, wie das Kältemittel Energie speichert, transportiert, aufnimmt und abgibt.

Zweck: Sie helfen dem System, mit begrenzter Verdichterarbeit eine nutzbare Heizleistung zu erzielen.

Vorteil: Ein geeignetes Medium kann eine gute Leistungszahl und eine hohe saisonale Effizienz unterstützen.

Beispiel: Ein Kältemittel kann in einem eigens dafür ausgelegten System sehr gut arbeiten, aber in Bauteilen, die für ein anderes Medium entwickelt wurden, schlechte Ergebnisse liefern.

Die Effizienz ist ein Ergebnis des Gesamtsystems. Das Kältemittel beeinflusst sie, bestimmt sie aber nicht allein. Auch Verdichtermodulation, Leistungsaufnahme von Ventilatoren und Pumpen, Größe der Wärmeübertrager, Abtauregelung, Quellentemperatur, Vorlauftemperatur, hydraulische Auslegung und Installationsqualität sind relevant.

Volumetrische Heizleistung

Definition: Die volumetrische Leistung beschreibt, welche Heiz- oder Kühlleistung ein Kältemittel bei einem bestimmten Dampfvolumen bereitstellen kann.

Zweck: Sie unterstützt die Dimensionierung von Verdichter, Rohrleitungen, Ventilen und Wärmeübertragern.

Vorteil: Eine geeignete volumetrische Leistung kann kompakte Geräte und eine stabile Regelung ermöglichen.

Beispiel: Zwei Kältemittel können eine ähnliche Heizleistung liefern, dafür jedoch unterschiedliche Verdichter-Hubvolumina und Kreislaufabmessungen erfordern.

Sicherheitsklassifizierung

Definition: Kältemittel-Sicherheitsklassen beschreiben Toxizität und Entflammbarkeit.

Zweck: Sie schaffen eine gemeinsame Grundlage für Produktkonstruktion, Füllmengenbegrenzungen, Raumanforderungen, Lüftung, Kontrolle von Zündquellen, Installation und Wartung.

Vorteil: Ein passendes Sicherheitskonzept ermöglicht den verantwortungsvollen Einsatz von Kältemitteln mit unterschiedlichen Eigenschaften.

Beispiel: In aktuellen Referenztabellen ist R744 als A1, R32 als A2L, R290 als A3 und R717 als B2L eingestuft.

Der Buchstabe bezeichnet die Toxizitätsklasse:

• A: geringere Toxizität
• B: höhere Toxizität

Die Zahl bezeichnet die Entflammbarkeit:

• 1: keine Flammenausbreitung unter den festgelegten Prüfbedingungen
• 2L: geringere Entflammbarkeit mit niedriger Brenngeschwindigkeit
• 2: brennbar
• 3: höhere Entflammbarkeit

Eine Sicherheitsklasse ersetzt keine vollständige Risikobeurteilung. A1 bedeutet nicht, dass jede Installation automatisch sicher ist. A3 bedeutet nicht, dass das Kältemittel nicht sicher eingesetzt werden kann. Das praktische Risiko wird durch Gerätekonstruktion, Füllmenge, Aufstellort, Lüftung, Detektion, Serviceverfahren und die geltenden Normen bestimmt.

Treibhauspotenzial

Definition: Das Treibhauspotenzial oder GWP vergleicht die Erwärmungswirkung eines Gases mit der Wirkung von Kohlendioxid über einen festgelegten Zeitraum, üblicherweise 100 Jahre.

Zweck: Es bietet eine gemeinsame Grundlage zur Abschätzung der direkten Klimawirkung einer Kältemittelfreisetzung.

Vorteil: Kältemittel und Füllmengen lassen sich damit in Kohlendioxidäquivalenten vergleichen.

Beispiel: Die Freisetzung von 1 kg eines Kältemittels mit einem GWP von 675 entspricht 675 kg CO₂-Äquivalent.

Die Grundformel lautet:

Direkte Kältemittelwirkung in kg CO₂e = freigesetzte Kältemittelmasse in kg × GWP100

Beispiele auf Grundlage aktueller regulatorischer Werte:

• Freisetzung von 1 kg R410A: etwa 2.088 kg CO₂e
• Freisetzung von 1 kg R32: 675 kg CO₂e
• Freisetzung von 1 kg R454C: 146 kg CO₂e
• Freisetzung von 1 kg R744: 1 kg CO₂e
• Freisetzung von 1 kg R290: nach der derzeitigen Berechnungsgrundlage der Europäischen Kommission etwa 0,02 kg CO₂e

In vielen älteren technischen Dokumenten wird für R290 ein GWP von 3 angegeben. Die aktuellen Alternativstofftabellen der Europäischen Kommission verwenden nach der in der Verordnung (EU) 2024/573 genannten Berechnungsgrundlage den Wert 0,02. Werte sollten daher nur verglichen werden, wenn sie auf derselben Bewertungs- und Rechtsgrundlage beruhen.

Direkte und indirekte Klimawirkungen

Definition: Direkte Wirkungen entstehen durch Kältemittelemissionen; indirekte Wirkungen ergeben sich hauptsächlich aus dem Stromverbrauch der Wärmepumpe.

Zweck: Die gemeinsame Betrachtung beider Wirkungsarten verhindert einen unvollständigen Umweltvergleich.

Vorteil: Projektteams können Kältemittelemissionen senken, ohne den saisonalen Energieverbrauch zu vernachlässigen.

Beispiel: Auch ein System mit sehr niedrigem GWP kann schlecht abschneiden, wenn es überdimensioniert ist, mit unnötig hohen Vorlauftemperaturen arbeitet oder hydraulisch ineffizient ausgelegt wurde.

Das niedrigste GWP führt nicht automatisch zur geringsten Gesamtumweltwirkung. Das System sollte Folgendes miteinander verbinden:

• geringe direkte Kältemittelemissionen
• ein niedriges oder extrem niedriges Kältemittel-GWP
• hohe saisonale Effizienz
• geringer Hilfsenergiebedarf
• korrekte Dimensionierung
• niedrige erforderliche Vorlauftemperaturen
• dichte Konstruktion
• fachgerechte Installation
• kontrollierte Rückgewinnung am Ende der Lebensdauer

Ozonabbaupotenzial

Definition: Das Ozonabbaupotenzial oder ODP beschreibt die mögliche Wirkung eines Stoffes auf die stratosphärische Ozonschicht.

Zweck: Es unterscheidet ozonschädigende Kältemittel von Alternativen mit einem ODP von null.

Vorteil: Es unterstützt die Einhaltung internationaler und europäischer Vorschriften zum Schutz der Ozonschicht.

Beispiel: Ältere FCKW- und HFCKW-Kältemittel wurden wegen ihrer Wirkung auf die Ozonschicht eingeschränkt oder schrittweise aus dem Verkehr gezogen.

ODP und GWP beschreiben unterschiedliche Umweltwirkungen. Ein Kältemittel kann ein ODP von null und dennoch ein hohes GWP besitzen. Beide Werte müssen daher getrennt beurteilt werden.

Temperaturgleit

Definition: Ein Temperaturgleit tritt auf, wenn bestimmte Kältemittelgemische nicht bei einer einzigen konstanten Sättigungstemperatur, sondern über einen Temperaturbereich hinweg verdampfen oder kondensieren.

Zweck: Der Gleit kann an den sich ändernden Temperaturverlauf von Wasser oder Luft in einem Wärmeübertrager angepasst werden.

Vorteil: Ein dafür ausgelegter Kreislauf kann dieses Temperaturprofil wirksam nutzen.

Beispiel: Eine Wärmepumpe mit einem HFKW/HFO-Gemisch benötigt Wärmeübertrager, Regelung, Befüllungs- und Serviceverfahren, die für dieses Gemisch ausgelegt sind.

Ein Temperaturgleit kann Diagnose und Befüllung auch erschweren. Bei manchen Gemischen kann eine Leckage die Zusammensetzung verändern. Das Servicepersonal muss das vom Produkthersteller vorgeschriebene Verfahren einhalten.

Material- und Schmierstoffverträglichkeit

Definition: Die Verträglichkeit beschreibt die Wechselwirkungen des Kältemittels mit Verdichteröl, Metallen, Elastomeren, Kunststoffen, Dichtungen, Ventilen und Motorisolierungen.

Zweck: Sie verhindert chemische Zersetzung, unzureichende Schmierung, Dichtungsversagen und Bauteilschäden.

Vorteil: Die richtige Verträglichkeit unterstützt einen stabilen Betrieb und eine lange Lebensdauer.

Beispiel: Es darf nicht davon ausgegangen werden, dass ein R410A-System R32, R290 oder ein anderes Kältemittel ohne eine vom Hersteller freigegebene Umrüstung aufnehmen kann.

Ein Kältemittel ist kein einfach austauschbares Verbrauchsmittel. Druckniveaus, Ölverhalten, Motorkühlung, Expansionsorgane, Wärmeübertrager, Sicherheitseinrichtungen und Zertifizierung können sich vollständig ändern. Das Umweltbundesamt warnt, dass eine unsachgemäße Umrüstung die Anlage beschädigen und hohe Kosten verursachen kann.

Kältemittelfüllmenge

Definition: Die Kältemittelfüllmenge ist die Masse des im Gerät enthaltenen Kältemittels.

Zweck: Die Füllmenge sorgt für die richtige Verteilung des Kältemittels in Verdampfer, Verdichter, Verflüssiger, Sammler und Verbindungsleitungen.

Vorteil: Eine optimierte Füllmenge unterstützt die Leistung und begrenzt zugleich sicherheits- und umweltbezogene Folgen.

Beispiel: Bei einem werkseitig abgedichteten Monoblock kann der gesamte Kältemittelkreislauf im gefertigten Außengerät enthalten sein, während bei einem Split-System üblicherweise Kältemittelleitungen vor Ort verbunden werden müssen.

Zu wenig Kältemittel kann die Leistung verringern und einen instabilen Betrieb verursachen. Zu viel Kältemittel kann den Druck erhöhen und die Leistung des Wärmeübertragers beeinträchtigen. Die Füllmenge darf nur gemäß den Herstellerangaben und dem vorgeschriebenen Serviceverfahren geändert werden.

Dichtheit und Leckagekontrolle

Definition: Dichtheit beschreibt die Fähigkeit des Kältemittelkreislaufs, seine Füllung während des Betriebs und bei Wartungsarbeiten zu halten.

Zweck: Sie schützt Leistung, Sicherheit und Umwelt.

Vorteil: Ein dichter Kreislauf verringert Serviceeinsätze, Kältemittelverluste, direkte Emissionen und Ausfallzeiten.

Beispiel: Werkseitig gefertigte Verbindungen können die Zahl der vor Ort hergestellten Kältemittelverbindungen verringern, obwohl jedes System weiterhin korrekt installiert und geprüft werden muss.

In einem ordnungsgemäß funktionierenden, geschlossenen System sollte kein routinemäßiges „Nachfüllen“ des Kältemittels erforderlich sein. Ein Kältemittelverlust deutet auf eine Leckage oder ein unvollständiges Serviceverfahren hin. Die Ursache muss gefunden und behoben werden, bevor die Füllmenge wiederhergestellt wird.

Regulatorische Verfügbarkeit und Serviceverfügbarkeit

Definition: Die regulatorische Verfügbarkeit beschreibt, ob Gerät und Kältemittel weiterhin in Verkehr gebracht, gewartet, rückgewonnen und unterstützt werden können.

Zweck: Sie verknüpft die technische Auswahl mit der erwarteten Lebensdauer der Anlage.

Vorteil: Eine langfristig tragfähige Wahl verringert Beschaffungs-, Versorgungs-, Compliance- und Ausfallrisiken.

Beispiel: Bei einem Wärmepumpenprojekt in der EU mit einem Betriebshorizont von 15 bis 25 Jahren sollten Beschränkungen für Geräte nach der F-Gas-Verordnung, die Verringerung der HFKW-Quote, Qualifikationsanforderungen für Fachkräfte und die lokale Servicekapazität berücksichtigt werden.

Arten von Kältemitteln in Wärmepumpen

Kältemittel für Wärmepumpen lassen sich nach ihrer chemischen Stoffgruppe einteilen. Zu den wichtigsten Gruppen gehören natürliche Kältemittel, HFKW, HFO sowie HFKW/HFO-Gemische. Jede Gruppe umfasst Medien mit unterschiedlichen Drücken, Sicherheitsklassen, Betriebseigenschaften und regulatorischen Rahmenbedingungen.

Natürliche Kältemittel

Definition: Natürliche Kältemittel sind Stoffe, die in natürlichen Stoffkreisläufen vorkommen und als Arbeitsmedien eingesetzt werden.

Zweck: Sie bieten Alternativen zu fluorierten Treibhausgasen.

Vorteil: Viele von ihnen haben ein GWP von null oder ein extrem niedriges GWP und unterliegen nicht der HFKW-Quote der EU.

Beispiel: Zu den verbreiteten Kältemitteln für Wärmepumpen zählen Propan R290, Kohlendioxid R744 und Ammoniak R717.

Die Bezeichnung „natürlich“ bedeutet nicht risikofrei. R290 ist brennbar. R717 besitzt eine höhere Toxizitätsklassifizierung. R744 arbeitet mit hohen Drücken und erfordert einen Kreislauf, der für sein besonderes thermodynamisches Verhalten ausgelegt ist.

Teilfluorierte Kohlenwasserstoffe

Definition: Teilfluorierte Kohlenwasserstoffe oder HFKW sind fluorierte Stoffe, die Wasserstoff, Fluor und Kohlenstoff enthalten.

Zweck: Sie ersetzten viele ozonschädigende Kältemittel in Kälte-, Klima- und Wärmepumpensystemen.

Vorteil: HFKW boten zweckmäßige thermodynamische Eigenschaften und mehrere etablierte Sicherheitsklassifizierungen.

Beispiel: R32 und das Gemisch R410A sind weithin bekannte Kältemittel auf HFKW-Basis.

HFKW haben im Allgemeinen ein Ozonabbaupotenzial von null. Ihr GWP kann dennoch erheblich sein. Sie unterliegen der F-Gas-Quote der EU und zunehmend strengeren Gerätevorschriften.

Hydrofluorolefine

Definition: Hydrofluorolefin oder HFO ist eine in der Industrie gebräuchliche Bezeichnung für ungesättigte fluorierte Kältemittel.

Zweck: HFO wurden entwickelt, um für bestimmte Anwendungen Alternativen mit niedrigerem GWP bereitzustellen.

Vorteil: Mehrere HFO weisen deutlich niedrigere GWP-Werte als herkömmliche HFKW auf.

Beispiel: R1234ze(E), R1233zd(E) und R1336mzz(Z) kommen bei Kältemaschinen und Hochtemperaturanwendungen zum Einsatz.

Die Eignung eines HFO hängt von Sicherheitsklasse, Betriebstemperatur, Werkstoffen, Abbauprodukten, Produktverfügbarkeit und Regulierung ab. Ein niedriges GWP darf nicht als einziges Umweltkriterium betrachtet werden.

HFKW/HFO-Gemische

Definition: HFKW/HFO-Gemische kombinieren zwei oder mehr Kältemittelkomponenten.

Zweck: Hersteller verwenden Gemische, um GWP, Leistung, Druck, Sicherheitsklasse und Betriebsverhalten aufeinander abzustimmen.

Vorteil: Ein Gemisch kann den Übergang zu neuen Geräten unterstützen, ohne dieselbe Systemarchitektur wie ein System mit natürlichem Kältemittel zu erfordern.

Beispiel: R454B, R454C und R513A sind Gemische, die für unterschiedliche Wärmepumpen- und Kältemaschinenanwendungen in Betracht kommen.

Gemische können einen Temperaturgleit aufweisen. Sie können auch dann weiterhin unter die F-Gas-Vorschriften fallen, wenn ihr GWP unter dem älterer Kältemittel liegt. Ihre langfristige Stellung hängt von der Produktkategorie und den geltenden GWP-Grenzwerten ab.

Vergleich gängiger Kältemittel für Wärmepumpen

Die GWP- und Sicherheitswerte in dieser Tabelle folgen, soweit verfügbar, den aktuellen Referenztabellen der Europäischen Kommission. Die Tabelle beschreibt allgemeine Marktanwendungen. Sie bedeutet nicht, dass jedes Kältemittel für jede Art von Wärmepumpe oder jedes iDM-Produkt geeignet ist.

Fluorierte Kältemittel, PFAS und TFA

Einige fluorierte Kältemittel fallen unter weit gefasste PFAS-Definitionen oder können beim atmosphärischen Abbau persistente Trifluoressigsäure, kurz TFA, bilden. Dieses Thema ist vom GWP und vom Ozonabbau getrennt zu betrachten. Für langfristige Umwelt- und Beschaffungsbewertungen gewinnt es zunehmend an Bedeutung.

Mit Stand Juli 2026 befand sich der vorgeschlagene umfassende EU-Beschränkungsvorschlag für PFAS weiterhin im REACH-Entscheidungsverfahren. Der Ausschuss für Risikobeurteilung der ECHA hatte seine Stellungnahme verabschiedet, während der Ausschuss für sozioökonomische Analyse seine endgültige Stellungnahme voraussichtlich bis Ende 2026 abschließen sollte. Zu diesem Zeitpunkt bestand noch kein allgemeines EU-Verbot sämtlicher fluorierter Kältemittel.

Projektteams sollten daher zwei Extreme vermeiden: Sie sollten PFAS- und TFA-Aspekte nicht ignorieren, einen vorgeschlagenen Beschränkungsvorschlag aber ebenso wenig als bereits geltendes pauschales Kältemittelverbot darstellen.

Anwendungsfälle für Kältemittel

Die Anwendung bestimmt die Betriebsbedingungen. Dieselbe Kältemittelwahl ist möglicherweise nicht gleichermaßen optimal für einen Niedrigenergie-Neubau, eine Sanierung mit Heizkörpern, ein Hotel und einen Industrieprozess.

Das Umweltbundesamt nennt R290, R744, R717 und R723 als natürliche Kältemittel, die in größeren Wärmepumpen eingesetzt werden. Es weist außerdem darauf hin, dass industrielle Wärmepumpen häufig projektspezifisch geplant werden müssen, weil Wärmequellen, Temperaturen, Leistungen und Prozessbedingungen stark variieren.

Vorteile der richtigen Auswahl von Kältemittel und System

Die richtige Kältemittelauswahl verbessert mehr als nur einen technischen Kennwert. Sie stimmt das Produkt auf Gebäude, Wärmequelle, Temperaturanforderung, Aufstellort, Servicenetz und regulatorischen Zeithorizont ab.

Zu den wichtigsten Vorteilen gehören:

• Zuverlässige Leistung: Die Wärmepumpe kann die Auslegungs-Heizlast decken.
• Effizienter Betrieb: Der Verdichter arbeitet in einem geeigneten Druck- und Temperaturbereich.
• Geringeres direktes Klimarisiko: Kältemittel mit niedrigem GWP verringern die Wirkung einer möglichen Freisetzung.
• Geringere indirekte Emissionen: Eine gute saisonale Effizienz senkt den Strombedarf.
• Sichere Installation: Sicherheitsklasse, Füllmenge, Produktkonstruktion und Standort werden aufeinander abgestimmt.
• Regulatorische Beständigkeit: Das Produkt ist künftigen Marktbeschränkungen weniger stark ausgesetzt.
• Wartungsfähigkeit: Qualifizierte Fachkräfte, Komponenten und freigegebene Serviceverfahren stehen zur Verfügung.
• Längere Systemlebensdauer: Verträgliche Werkstoffe, Schmierstoffe und Regelungen schützen die Anlage.
• Geringeres Ausfallrisiko: Das System kann gewartet werden, ohne von schwer verfügbaren Kältemitteln oder seltenen Fachkenntnissen abhängig zu sein.
• Bessere Projektwirtschaftlichkeit: Leistung, Compliance, Wartung und Ersatzrisiken werden bereits vor dem Kauf berücksichtigt.
• Klarere Umweltberichterstattung: Kältemittelart, Füllmenge, GWP und CO₂-äquivalenter Inhalt können dokumentiert werden.
• Kontrolliertes Lebensende: Das Kältemittel kann ordnungsgemäß rückgewonnen, recycelt, aufgearbeitet oder zerstört werden.

Natürliche Kältemittel können eine sehr geringe direkte Klimawirkung ermöglichen, wenn die Geräte speziell für sie ausgelegt sind. Das Umweltbundesamt betont zugleich, dass ihre Entflammbarkeit, Toxizität oder Druckeigenschaften durch geeignete Normen und eine sachgerechte Systemauslegung beherrscht werden müssen.

Auswahl eines Kältemittels für eine Wärmepumpe

Beginnen Sie nicht mit der Frage: „Welches Kältemittel ist das beste?“ Definieren Sie zuerst die Anwendung. Wählen Sie anschließend eine vollständige Wärmepumpe aus, die unter diesen Bedingungen sicher und effizient arbeitet.

Schritt 1: Heiz- und Kühllasten bestimmen

Berechnen Sie die Auslegungs-Heizlast des Gebäudes. Ermitteln Sie den Spitzenbedarf für Trinkwarmwasser und eine gegebenenfalls vorhandene Kühllast. Unterscheiden Sie zwischen Dauerlasten und kurzzeitigen Spitzenlasten.

Zu den erforderlichen Daten gehören:

• beheizte Nutzfläche
• Qualität der Gebäudehülle
• örtliche winterliche Auslegungstemperatur
• interne und solare Wärmegewinne
• Trinkwarmwasser-Bedarfsprofil
• Lüftungswärmeverluste
• Kühlanforderungen
• geplante Erweiterungen oder Prozesslasten

Schritt 2: Wärmequelle festlegen

Bestimmen Sie, ob das System Außenluft, Erdreich, Grundwasser, Oberflächenwasser, Abluft, Abwasser oder Prozessabwärme nutzt. Erfassen Sie die zu erwartenden minimalen und maximalen Quellentemperaturen. Klären Sie Genehmigungen und die Anforderungen an quellenseitige Pumpen.

Die Quellentemperatur wirkt sich unmittelbar auf die Verdampfungstemperatur des Kältemittels aus. Eine kältere Quelle vergrößert den erforderlichen Temperaturhub. Dadurch sinken üblicherweise die Effizienz und die verfügbare Heizleistung.

Schritt 3: Temperatur der Wärmesenke festlegen

Bestimmen Sie die tatsächlichen Vor- und Rücklauftemperaturen des Heizungswassers. Übernehmen Sie nicht einfach den bisherigen Sollwert des Heizkessels, ohne Wärmeabgabesystem und Gebäudelast zu prüfen. Überdimensionierte Heizkörper, hydraulischer Abgleich, Dämmmaßnahmen und niedrigere Systemtemperaturen können die Leistung der Wärmepumpe verbessern.

Prüfen Sie:

• Auslegungstemperatur der Fußbodenheizung
• Heizkörperleistung bei reduzierten Temperaturen
• Solltemperatur für Trinkwarmwasser
• Strategie zur Legionellenkontrolle
• erforderliche Prozesstemperatur
• Kühlwassertemperatur im Sommer

Schritt 4: Leistung am Auslegungspunkt prüfen

Vergleichen Sie Wärmepumpen unter denselben Quellen- und Senkenbedingungen. Prüfen Sie die angegebene Heizleistung, die elektrische Verdichteraufnahme, die Leistungszahl, den Einsatz des Zusatzheizers und die Betriebsgrenzen. Saisonale Kennzeichnungen allein ersetzen keine projektspezifische Prüfung für den Winterbetrieb.

Bei einem Luftwärmepumpengerät sind unter anderem folgende Fragen relevant:

• Welche Leistung steht bei der örtlichen Auslegungstemperatur noch zur Verfügung?
• Für welche Vorlauftemperatur wird diese Leistung angegeben?
• Bleibt der Verdichter innerhalb seines zulässigen Betriebsbereichs?
• Ab wann wird der elektrische Zusatzheizer eingesetzt?
• Wie wird der Abtaubetrieb berücksichtigt?
• Welche Schallleistung entsteht bei hoher Last?

Schritt 5: Systemarchitektur auswählen

Entscheiden Sie, ob ein Monoblock-, Split-, Innen-, Außen- oder modulares System geeignet ist. Die Architektur bestimmt, wo sich das Kältemittel befindet und ob vor Ort hergestellte Kältemittelverbindungen erforderlich sind.

Berücksichtigen Sie:

• Platz innerhalb und außerhalb des Gebäudes
• Abstand zu Grundstücksgrenzen
• Zugänglichkeit für Wartungsarbeiten
• hydraulischen Frostschutz
• Länge der Kältemittelleitungen
• Anzahl der Verbindungsstellen
• mögliche Exposition von Aufenthaltsbereichen gegenüber Wasser oder Kältemittel
• künftige Erweiterungen
• Redundanzanforderungen

Schritt 6: Kältemittelsicherheit bewerten

Ermitteln Sie die Sicherheitsklasse nach ISO 817. Prüfen Sie Füllmenge, Aufstellort, Raumgröße, Lüftung, Entwässerung, Zündquellen, Schutzbereiche und Servicezugang. Wenden Sie die jeweils aktuellen Produkt- und Installationsnormen an.

Die Sicherheitsbewertung sollte sowohl den Normalbetrieb als auch vorhersehbare Störungen abdecken. Ebenso sind Transport, Inbetriebnahme, Wartung, Reaktion auf Leckagen und Außerbetriebnahme einzubeziehen.

Schritt 7: Umweltleistung vergleichen

Dokumentieren Sie Kältemittelart, Füllmenge und GWP. Berechnen Sie den gesamten Inhalt in CO₂-Äquivalenten. Vergleichen Sie anschließend die saisonale Energieeffizienz der Produkte.

Eine zweckmäßige Bewertung umfasst:

• GWP des Kältemittels
• Kältemittelfüllmenge
• erwartetes Leckagerisiko
• werkseitige Abdichtung
• Zahl der vor Ort hergestellten Verbindungen
• saisonale Effizienz
• Herkunft des Stroms
• Produktlebensdauer
• Rückgewinnungsplan
• gegebenenfalls Möglichkeiten für recyceltes oder aufgearbeitetes Kältemittel
• PFAS- oder Abbauproduktaspekte

Schritt 8: Regulatorischen Zeithorizont prüfen

Bestimmen Sie Produktkategorie, Nennleistung, Systemart, Kältemittelfamilie, GWP und geplantes Datum des Inverkehrbringens. Gleichen Sie diese Angaben mit den aktuellen Vorschriften der EU oder der Schweiz ab. Verlassen Sie sich nicht auf die pauschale Aussage, ein Kältemittel sei „zugelassen“ oder „zukunftssicher“.

Ein Stoff kann rechtlich weiterhin verfügbar sein, obwohl eine bestimmte Gerätekategorie eingeschränkt wird. Vorschriften für neue Geräte, Wartungsregeln, Quotenvorgaben, Pflichten zur Leckagekontrolle und nationale Sicherheitsregeln sind voneinander getrennte Anforderungen.

Schritt 9: Service- und Lieferkapazität prüfen

Stellen Sie sicher, dass örtliche Fachkräfte für das Kältemittel und das Produkt geschult sind. Prüfen Sie die Verfügbarkeit von Ersatzteilen, Rückgewinnungsgeräten, Diagnosewerkzeugen und freigegebenen Schmierstoffen. Erfragen Sie, wie der Hersteller das Produkt über seine erwartete Betriebsdauer unterstützt.

Schritt 10: Verantwortung am Lebensende klären

Der Beschaffungsplan sollte die Außerbetriebnahme einschließen. Kältemittel dürfen nicht absichtlich freigesetzt werden. Rückgewinnung, Transport, Recycling, Aufarbeitung oder Zerstörung müssen qualifizierten Stellen zugewiesen werden.

Checkliste für die Beschaffung einer Wärmepumpe

Fragen Sie den Lieferanten oder Systemplaner:

1. Welches Kältemittel verwendet das genaue Modell?
2. Wie hoch ist die werkseitige Kältemittelfüllmenge?
3. Wie hoch sind GWP und gesamter CO₂-äquivalenter Inhalt?
4. Welche Sicherheitsklasse nach ISO 817 gilt?
5. Ist der Kältemittelkreislauf werkseitig abgedichtet?
6. Werden Kältemittelverbindungen vor Ort hergestellt?
7. Für welche Quellen- und Vorlauftemperaturen gilt die veröffentlichte Leistung?
8. Welche Heizleistung bleibt am projektspezifischen Auslegungspunkt verfügbar?
9. Wie hoch ist die maximal zulässige Vorlauftemperatur?
10. Welche Sicherheitsabstände oder Schutzbereiche sind erforderlich?
11. Welche Normen und nationalen Vorschriften gelten?
12. Welche Qualifikation benötigen die ausführenden Fachkräfte?
13. Sind örtliche Servicepartner für das Kältemittel geschult?
14. Welche Pflichten zur Leckageerkennung oder Inspektion gelten?
15. Wie wird das Kältemittel am Ende der Lebensdauer zurückgewonnen?
16. Ist eine Umrüstung auf ein alternatives Kältemittel schriftlich freigegeben?
17. Welche künftigen Marktbeschränkungen der EU oder der Schweiz betreffen die Produktkategorie?
18. In welchen Produktunterlagen sind Kältemittel, Füllmenge und Sicherheitsinformationen dokumentiert?

EU-Kältemittelvorschriften für Österreich, Deutschland und Italien

In Österreich, Deutschland und Italien gilt die Verordnung (EU) 2024/573 über fluorierte Treibhausgase. Sie ist seit dem 11. März 2024 anzuwenden. Die Verordnung umfasst die Verringerung der HFKW-Quote, Verbote für bestimmte Geräte, Leckagevermeidung, Zertifizierung, Kennzeichnung, Rückgewinnung, Berichterstattung und Wartungsanforderungen. Nach Angaben der Europäischen Kommission sollen die HFKW im EU-Quotensystem bis 2050 vollständig auslaufen.

Wichtige EU-Termine für das Inverkehrbringen

Die folgenden Termine betreffen hauptsächlich neue Geräte, die in der EU in Verkehr gebracht werden. Sie bedeuten nicht, dass jede bereits installierte Wärmepumpe an diesem Datum außer Betrieb genommen werden muss. Für Wartung und Nutzung gelten gesonderte Beschränkungen.

Die Verordnung enthält Sicherheitsausnahmen für klar definierte Fälle, in denen eine Alternative mit niedrigerem GWP die am Standort geltenden Sicherheitsanforderungen nicht erfüllen kann. Deshalb müssen Produktkategorie, Leistung, Kältemittel, Installationsdatum und genaue Ausnahmebedingungen für jedes Projekt geprüft werden.

EU-Pflichten für Betrieb und Wartung

Die F-Gas-Verordnung verlangt außerdem eine Kontrolle über den gesamten Lebenszyklus:

• Betreiber und Hersteller müssen alle technisch und wirtschaftlich durchführbaren Maßnahmen treffen, um Leckagen von F-Gasen zu verhindern und zu minimieren.
• Festgestellte Leckagen müssen unverzüglich behoben werden.
• Installation, Wartung, Reparatur, Außerbetriebnahme, Dichtheitskontrollen und Rückgewinnung erfordern die jeweils geltende Zertifizierung oder Schulung.
• Der überarbeitete Qualifikationsrahmen bezieht auch relevante Alternativen einschließlich natürlicher Kältemittel ein.
• Wärmepumpen mit F-Gasen müssen die vorgeschriebenen Angaben zu Kältemittel und Füllmenge tragen.
• Bei der Außerbetriebnahme muss das Kältemittel rückgewonnen und anschließend recycelt, aufgearbeitet oder zerstört werden.
• Aufzeichnungen zu Geräten, die Dichtheitskontrollen unterliegen, müssen im Allgemeinen mindestens fünf Jahre aufbewahrt werden.

Regelmäßige Dichtheitskontrollen können ab 5 Tonnen CO₂-Äquivalent bei Gasen des Anhangs I oder ab 1 kg bei bestimmten Gasen des Anhangs II vorgeschrieben sein. Für hermetisch geschlossene Geräte bestehen definierte Ausnahmen, darunter eine Ausnahme für Wohngebäude bei weniger als 3 kg, sofern das Gerät ordnungsgemäß gekennzeichnet ist. Mit zunehmender Kältemittelmenge verkürzen sich die Prüfintervalle; geeignete Leckageerkennungssysteme können das Intervall verlängern.

Seit dem 1. Januar 2026 ist die Verwendung von F-Gasen mit einem GWP von 2.500 oder mehr für die Wartung von Klimaanlagen und Wärmepumpen eingeschränkt. Für aufgearbeitete und bestimmte recycelte Gase gelten Übergangsausnahmen bis zum 1. Januar 2032. R410A liegt mit einem GWP von 2.088 unter diesem speziellen Wartungsgrenzwert von 2.500, ist jedoch weiterhin von der Verringerung der HFKW-Quote und der umfassenderen Politik für Neugeräte betroffen.

Kältemittelvorschriften in der Schweiz

Die Schweiz wendet die F-Gas-Verordnung der EU nicht unmittelbar an. Kältemittel werden dort durch Anhang 2.10 der Chemikalien-Risikoreduktions-Verordnung, kurz ChemRRV, geregelt. Ziel der Vorschriften ist es, Emissionen ozonschichtabbauender und stark klimawirksamer Kältemittel zu verringern.

Das Schweizer Bundesamt für Umwelt hat überarbeitete Anforderungen veröffentlicht, die ab dem 1. Januar 2027 gelten. Bei Schweizer Projekten müssen die jeweils aktuellen BAFU-Hinweise für den genauen Anlagentyp, die Leistung, das Kältemittel, die Füllmenge und das Datum des Inverkehrbringens herangezogen werden.

Zu den Pflichten in der Schweiz können gehören:

• Beschränkungen für Geräte mit in der Luft stabilen Kältemitteln
• Dichtheitskontrollen
• ein Wartungsheft
• Meldung der Installation
• Kältemitteldokumentation
• qualifizierte Handhabung und Entsorgung

Personen, die Wärmepumpen- und Kälteanlagen gewerblich installieren, warten, herstellen oder entsorgen, benötigen die jeweils geltende Schweizer Fachbewilligung oder eine anerkannte gleichwertige Qualifikation.

Relevante Sicherheitsnormen für Kältemittel

Rechtsvorschriften legen die gesetzlichen Pflichten fest. Normen enthalten detaillierte technische Methoden für Kältemittelklassifizierung, Produktkonstruktion, Füllmengenbegrenzungen, Installation, Betrieb, Wartung und Rückgewinnung. Für den Projektzeitpunkt sind die jeweils anwendbare Ausgabe und ihre nationale Übernahme zu prüfen.

ISO 817

ISO 817 enthält Kältemittelbezeichnungen, Sicherheitsklassifizierungen, Toxizitäts- und Entflammbarkeitskategorien sowie Daten zu Konzentrationsgrenzwerten. Sie schafft die gemeinsame Terminologie für Klassen wie A1, A2L, A3 und B2L.

EN 378

EN 378 behandelt Sicherheits- und Umweltanforderungen an Kälteanlagen und Wärmepumpen. Sie umfasst Klassifizierung, Auswahl, Auslegung, Aufstellort, Betrieb, Wartung, Reparatur und Kältemittelrückgewinnung. In Österreich wird die nationale Fassung ÖNORM EN veröffentlicht; in anderen Märkten gelten die jeweiligen nationalen Ausgaben.

IEC 60335-2-40

IEC 60335-2-40 enthält Produktsicherheitsanforderungen für elektrische Wärmepumpen, Klimageräte und Luftentfeuchter für den Hausgebrauch und ähnliche Anwendungen. Sie umfasst auch Anforderungen an Kältemittelkreisläufe und die Produktkonstruktion.

Normen dürfen nicht auf einen einzigen Sicherheitsabstand reduziert werden. Die geltenden Anforderungen können von Kältemittelklasse, Füllmenge, Installationshöhe, Raumgröße, Gerätekonstruktion, Lüftung, Detektion und produktspezifischen Schutzmaßnahmen abhängen.

Kältemittelvergleiche

Natürliche Kältemittel im Vergleich zu fluorierten Kältemitteln

Natürliche Kältemittel sind nicht automatisch für jede Installation die richtige Lösung. Fluorierte Kältemittel bilden ebenso wenig eine einheitliche Gruppe. Ein sachgerechter Vergleich muss Produktleistung, Sicherheitskonzept, Füllmenge, Installationsarchitektur, Umweltauswirkungen, Regulierung und Servicekapazität einbeziehen.

R290 im Vergleich zu R32

R290 bietet eine extrem niedrige direkte Klimawirkung. Aufgrund seiner Einstufung als A3 erfordert es ein eigens ausgelegtes Sicherheitskonzept. R32 ist weniger leicht entflammbar, besitzt jedoch ein wesentlich höheres GWP und bleibt Teil des EU-HFKW-Regelwerks.

Der Vergleich muss dennoch auf Produktebene erfolgen. Die Kennzeichnung „R290“ belegt weder Heizleistung noch Schallleistung, saisonale Effizienz, minimale Modulationsleistung, Servicequalität oder hydraulische Eignung. Dasselbe gilt für R32.

Monoblock- und Split-Wärmepumpen im Vergleich

in Monoblock ist nicht automatisch besser als ein Split-System. Ein Monoblock benötigt ein robustes Hydraulik- und Frostschutzkonzept. Ein Split-System erfordert eine hochwertige Installation und Evakuierung des Kältemittelkreislaufs.

Niedriges GWP im Vergleich zu hoher Effizienz

Ein niedriges GWP und eine hohe Effizienz dürfen nicht als konkurrierende Ziele behandelt werden. Ein verantwortungsvoll ausgelegtes System sollte sowohl direkte als auch indirekte Emissionen minimieren. Das Kältemittel-GWP beschreibt die Wirkung einer Freisetzung; die saisonale Effizienz beschreibt den Stromverbrauch.

Gehen Sie bei der Auswahl in dieser Reihenfolge vor:

1. Sicherstellen, dass das Produkt die Anwendung sicher versorgen kann.
2. Leistung unter den tatsächlichen Auslegungsbedingungen bestätigen.
3. Saisonale Effizienz und Effizienz am Auslegungspunkt vergleichen.
4. Kältemittelfüllmenge und GWP vergleichen.
5. Leckagerisiko und Installationsarchitektur bewerten.
6. Stromquelle berücksichtigen.
7. Service- und Rückgewinnungsregelungen bestätigen.
8. Den vollständigen regulatorischen Zeithorizont prüfen.

Einbindung in andere Wärmepumpensysteme

Der Kältemittelkreislauf ist nur ein Teil eines größeren Energiesystems. Eine gute Integration ermöglicht niedrigere Betriebstemperaturen, längere Laufzyklen, einen geringeren Hilfsenergiebedarf und weniger Betriebsunterbrechungen.

Einbindung der Wärmequelle

Definition: Das Wärmequellensystem stellt Energie aus Luft, Erdreich, Wasser, Abwasser, Abluft oder Abwärme bereit.

Zweck: Es hält die Quellenbedingungen aufrecht, die für eine stabile Verdampfung des Kältemittels erforderlich sind.

Vorteil: Eine gut ausgelegte Quelle verringert das Druckverhältnis des Verdichters und unterstützt die Effizienz.

Beispiel: Eine Erdwärmepumpe nutzt einen getrennten Sole- oder Grundwasserkreis, um Wärme zum Kältemittelverdampfer zu übertragen.

Bei Luftwärmesystemen sind Ventilatorregelung, Registerauslegung, Kondensatableitung, Vereisung und Abtauung wichtig. Bei Erdwärmesystemen spielen Dimensionierung von Bohrung oder Kollektor, Solekonzentration, Volumenstrom und Leistungsaufnahme der Quellenpumpe eine Rolle. Das Kältemittel kann eine unterdimensionierte Wärmequelle nicht ausgleichen.

Einbindung in die Heizungswasserverteilung

Definition: Das Heizungswassersystem verteilt die im Verflüssiger abgegebene Wärme über Fußbodenheizung, Heizkörper, Gebläsekonvektoren oder Lüftungsgeräte.

Zweck: Es führt die im Kältemittelkreislauf erzeugte Wärme den genutzten Räumen zu.

Vorteil: Niedrige und stabile Vorlauftemperaturen verringern den erforderlichen Temperaturhub.

Beispiel: Ein hydraulischer Abgleich und passend dimensionierte Heizkörper können bei einer Sanierung die Vorlauftemperatur senken.

Kältemittel und Heizungswasser bleiben durch den Verflüssiger getrennt. Ein zu geringer Wasserdurchfluss, verstopfte Filter, Luft im Kreislauf oder eine fehlerhafte Pumpenregelung können den Kondensationsdruck erhöhen. Dadurch können Effizienzverluste und Störungen entstehen.

Einbindung der Trinkwarmwasserbereitung

Definition: Bei der Trinkwarmwasserbereitung wird Wärme aus dem Kältemittelkreislauf an einen Speicher oder ein Frischwassermodul übertragen.

Zweck: Sie stellt Warmwasser für Duschen, Waschbecken, Küchen und weitere Anwendungen bereit.

Vorteil: Ein System kann Raumheizung und Trinkwarmwasser abdecken.

Beispiel: Die Regelung kann vorübergehend die Speicherladung priorisieren und anschließend wieder zur Raumheizung zurückkehren.

Für den Warmwasserbetrieb ist üblicherweise eine höhere Kondensationstemperatur des Kältemittels als für eine Fußbodenheizung erforderlich. Speichervolumen, Wärmeübertragerfläche, Solltemperatur, Zirkulationsverluste, Hygieneregelung und Nutzerprofil beeinflussen die Leistung.

Einbindung der Kühlung

Definition: Eine Kühlfunktion führt dem Gebäude durch aktive oder passive Kühlung Wärme ab.

Zweck: Sie erhält während warmer Zeiträume ein angenehmes Raumklima.

Vorteil: Ein einziges Energiesystem kann Heizung, Kühlung und Warmwasser bereitstellen.

Beispiel: Eine reversible Luftwärmepumpe kann den Kältemittelkreislauf aktiv umkehren; ein Erdwärmesystem kann zusätzlich eine passive Kühlung ohne Verdichterbetrieb ermöglichen.

Beim Kühlen muss Kondensation vermieden oder gezielt beherrscht werden. Die Wassertemperaturen müssen oberhalb des Oberflächentaupunkts bleiben, sofern Wärmeabgabeflächen und Entwässerung nicht für Kondensat ausgelegt sind. Raumregelung, Feuchteüberwachung und hydraulische Trennung können erforderlich sein.

Einbindung von Puffer- und Speichersystemen

Definition: Ein Puffer- oder Wärmespeicher trennt die Energieerzeugung vom kurzfristigen Bedarf.

Zweck: Er kann hydraulische Stabilität, Energie für die Abtauung, Lastverschiebung oder die Trennung verschiedener Kreise bereitstellen.

Vorteil: Richtig dimensionierte Speicher können Takten verringern und mehrere Temperaturzonen unterstützen.

Beispiel: Ein gewerbliches System kann einen Speicher nutzen, um Raumheizung, Trinkwarmwasserbereitung und Spitzenlastmanagement zu koordinieren.

Ein Speicher sollte nicht ohne klar definierten Zweck eingebaut werden. Ein überdimensionierter oder ungünstig eingebundener Pufferspeicher kann Bereitschaftsverluste und Betriebstemperatur erhöhen. Das Hydraulikkonzept sollte niedrige Rücklauftemperaturen und einen stabilen Volumenstrom erhalten.

Einbindung von Photovoltaik und Energiemanagement

Definition: Das Energiemanagement koordiniert die Wärmepumpe mit Photovoltaikerzeugung, Stromtarifen, Batterien, Speichern und dem Gebäudebedarf.

Zweck: Es verlagert flexible Wärmeerzeugung in günstige Betriebszeiträume.

Vorteil: Es kann den Eigenverbrauch erhöhen und Stromkosten senken, ohne den Komfort zu beeinträchtigen.

Beispiel: Die Regelung kann bei verfügbarem Photovoltaiküberschuss den Sollwert eines Speichers innerhalb sicherer Grenzen anheben.

Die Regelstrategie sollte nicht allein zum Stromverbrauch ineffizient hohe Temperaturen erzwingen. Thermische Speichermasse des Gebäudes, Trinkwarmwasserbedarf, Wetterprognosen, Tarifzeiträume und Verdichtergrenzen sind gemeinsam zu berücksichtigen.

Einbindung in Kaskaden und große Systeme

Definition: Eine Kaskade kombiniert zwei oder mehr Wärmepumpenmodule.

Zweck: Sie erhöht Leistung, Modulationsbereich und Redundanz.

Vorteil: Das System kann wechselnde Lasten in Gewerbe- oder Mehrfamiliengebäuden abdecken und während Wartungsarbeiten einen Teilbetrieb aufrechterhalten.

Beispiel: Die Regelung schaltet die Module entsprechend der aktuellen Last und ihren Betriebsstunden zu oder ab.

Bei der Kaskadenauslegung müssen Vorlauf, Rücklauftemperatur, Speicher, Quellenleistung, elektrischer Anschluss, Regelung, Schallemissionen, Servicezugang und gleichzeitige Abtauvorgänge koordiniert werden. Mehrere Module gleichen weder eine unterdimensionierte Quelle noch ein schlecht ausgelegtes Hydrauliksystem aus.

Kältemittel im iDM-Energiesystemansatz

Die iDM Energiesysteme GmbH betrachtet das Kältemittel als ein Element einer vollständigen Lösung für Heizung, Kühlung, Warmwasser, Regelung und Energiemanagement. Die Produktauswahl sollte daher mit Wärmequelle, Gebäudelast, erforderlicher Vorlauftemperatur, Hydrauliksystem, Aufstellort und Regelstrategie beginnen.

Aktuelle iDM-Produktinformationen nennen mehrere Systeme mit R290 oder einem anderen natürlichen Kältemittel:

Diese Produktbeispiele zeigen, warum die Kältemittelauswahl nicht von der Produktarchitektur getrennt werden kann. Die iPUMP A ONE verbindet einen R290-Kreislauf mit einem integrierten Warmwasserkonzept. Die iPUMP T7 ONE nutzt R290 für Erd- oder Grundwasserquellen. Die AERO ALM MAX kombiniert ein natürliches Kältemittel mit modularer Leistung, getrennten Kreisläufen und Energiemanagementintegration.

Das genaue Kältemittel, die Füllmenge, Leistung, Betriebsgrenzen und länderspezifische Produktkonfiguration müssen stets in der aktuellen technischen Dokumentation des ausgewählten Modells geprüft werden.

Häufig gestellte Fragen zu Kältemitteln in Wärmepumpen

Wird Kältemittel im normalen Betrieb einer Wärmepumpe verbraucht?

Nein. Das Kältemittel zirkuliert wiederholt in einem geschlossenen Kreislauf. Eine abnehmende Füllmenge deutet normalerweise auf eine Leckage, eine unvollständige Inbetriebnahme oder ein Serviceproblem hin.

Muss eine Wärmepumpe regelmäßig mit Kältemittel nachgefüllt werden?

Ein ordnungsgemäß abgedichtetes System sollte kein routinemäßiges Nachfüllen benötigen. Wird Kältemittel ergänzt, ohne die Ursache des Verlusts zu finden, kann eine Leckage verdeckt werden. Das System sollte geprüft, repariert, gegebenenfalls evakuiert und nach dem Verfahren des Herstellers befüllt werden.

Welches Kältemittel ist für eine Wärmepumpe am besten?

Es gibt kein universell bestes Kältemittel. Die optimale Wahl hängt von Wärmequelle, Heizungswassertemperatur, Leistung, Produktarchitektur, Aufstellort, Sicherheit, Effizienz, Umweltauswirkungen, Regulierung und Serviceverfügbarkeit ab.

Ist R290 in einer Wärmepumpe sicher?

R290 ist aufgrund seiner Entflammbarkeit als A3 eingestuft. Eigens dafür ausgelegte Wärmepumpen beherrschen diese Eigenschaft durch Begrenzung der Füllmenge, dichte Konstruktion, Anordnung der Komponenten, Lüftung oder Außenaufstellung, Kontrolle von Zündquellen und definierte Standortanforderungen. Die Sicherheit wird durch das vollständige zertifizierte Produkt- und Installationskonzept bestimmt.

Ist R32 verboten?

Für R32 besteht kein unmittelbar geltendes pauschales Verbot für sämtliche vorhandenen Wärmepumpen. Es besitzt ein GWP von 675 und ist von der EU-HFKW-Quote sowie von künftigen Geräteverboten betroffen, die von Leistung und Systemkategorie abhängen. Neue Split-Luft-Wasser-Systeme bis einschließlich 12 kW, die F-Gase mit einem GWP von 150 oder mehr verwenden, werden beispielsweise ab dem 1. Januar 2027 eingeschränkt; definierte Sicherheitsausnahmen bleiben vorbehalten.

Ist R410A verboten?

Bestehende Geräte mit R410A müssen nicht automatisch außer Betrieb genommen werden. R410A besitzt ein GWP von 2.088 und steht daher unter starkem Quotendruck und erheblichem Druck durch Vorschriften für Neugeräte. Es liegt unter dem speziellen Wartungsgrenzwert von GWP 2.500, der seit dem 1. Januar 2026 gilt. Verfügbarkeit und Kosten des Kältemittels können dennoch durch den umfassenderen HFKW-Ausstieg beeinflusst werden.

Kann eine R410A-Wärmepumpe auf R32 oder R290 umgerüstet werden?

Nicht ohne eine vom Hersteller freigegebene technische Lösung. Die Kältemittel erfordern unterschiedliche Drücke, Öle, Sicherheitsmaßnahmen, Verdichter, Ventile, Regelungen und Füllmengen. Eine nicht freigegebene Umrüstung kann die Wärmepumpe beschädigen und ihre Konformität oder Garantie ungültig machen.

Bedeutet ein niedriges GWP automatisch eine hohe Effizienz?

Nein. Das GWP beschreibt die Klimawirkung einer Freisetzung. Die Effizienz beschreibt die abgegebene Nutzwärme im Verhältnis zur eingesetzten Energie. Eine gute Wärmepumpe sollte eine geringe direkte Kältemittelwirkung mit hoher saisonaler Effizienz verbinden.

Was ist der Unterschied zwischen Kältemittel und Sole?

Das Kältemittel zirkuliert im geschlossenen Kompressionskreislauf der Wärmepumpe. Die Sole zirkuliert durch einen Erdkollektor oder eine Bohrung und überträgt Quellenwärme auf den Verdampfer. Ein Wärmeübertrager trennt beide Medien.

Was ist der Unterschied zwischen Kältemittel und Heizungswasser?

Das Kältemittel überträgt Wärme innerhalb der Wärmepumpe. Das Heizungswasser verteilt die abgegebene Wärme über Heizkörper, Fußbodenheizung, Gebläsekonvektoren oder Speicher. Der Verflüssiger trennt das Kältemittel vom Wasserkreis.

Was bedeutet Kältemittelfüllmenge?

Die Füllmenge bezeichnet die Masse des im Gerät enthaltenen Kältemittels. Sie wird üblicherweise in Kilogramm angegeben. Bei F-Gasen kann die Dokumentation zusätzlich die Füllmenge in Tonnen CO₂-Äquivalent ausweisen.

Was geschieht mit dem Kältemittel, wenn eine Wärmepumpe ersetzt wird?

Das Kältemittel sollte von einer entsprechend qualifizierten Person rückgewonnen werden. F-Gase müssen anschließend nach den geltenden Vorschriften recycelt, aufgearbeitet oder zerstört werden. Sie dürfen nicht absichtlich in die Atmosphäre freigesetzt werden.

Sind natürliche Kältemittel immer ungiftig und nicht brennbar?

Nein. R290 ist brennbar. R717 besitzt eine höhere Toxizitätsklassifizierung. R744 ist nicht brennbar, arbeitet jedoch mit hohem Druck. „Natürlich“ beschreibt die Kältemittelfamilie und den Umweltkontext, nicht das Fehlen technischer Risiken.

Sind HFO-Kältemittel frei von Umweltbedenken?

Nicht zwangsläufig. Mehrere HFO weisen ein sehr niedriges GWP auf. Weitergehende Fragestellungen können jedoch atmosphärische Abbauprodukte, PFAS-Definitionen, Produktionsauswirkungen und künftige Chemikalienvorschriften betreffen. Diese Faktoren sollten gemeinsam mit Energieeffizienz, Sicherheit, Füllmenge und Anwendungseignung bewertet werden.