Wärmepumpen nutzen die Energie der Umwelt, um daraus Wärme zum Heizen und zur Warmwasserbereitung zu erzeugen. Eine wichtige Rolle spielt dabei das Kältemittel, das in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert. Was das Kältemittel in der Wärmepumpe bewirkt und welche Stoffe aktuell zum Einsatz kommen, erfahren Sie in diesem Beitrag.
Was ist ein Kältemittel?
Kältemittel sind Flüssigkeiten, die Wärme besonders gut leiten können. Aus diesem Grund werden sie oft als Betriebsstoff zur Wärmeübertragung genutzt. Zum Einsatz kommen sie beispielsweise in Klimaanlagen, Kühl- und Gefrierschränken sowie in der Wärmepumpe . Das Funktionsprinzip basiert auf den besonderen physikalischen Eigenschaften der Kältemittel: Sie nehmen bei einem niedrigen Temperatur- und Druckniveau Wärme auf und geben sie bei höheren Temperaturen und einem höheren Druck wieder ab. Dabei ändert sich der Aggregatzustand von flüssig zu gasförmig und wieder zurück zu flüssig.
Je nach Anwendungsbereich unterscheiden sich Kältemittel in ihren Eigenschaften – einige eignen sich besser zum Heizen, andere zum Kühlen. Es gibt aber Merkmale, die bei allen Kältemitteln gleich sind:
- niedrige Siedetemperatur (effektive Wärmeaufnahme auch bei niedrigen Temperaturen)
- geringes Dampfvolumen (effiziente Kompression, schnelles Kondensieren und Verdampfen)
- hohe Leistungszahl (hohe Heiz-/Kühlleistung in Relation zum Energieaufwand)
- hohe chemische Stabilität (lange Systemlebensdauer, geringer Wartungsaufwand)
Kleiner Exkurs: Der Unterschied zwischen Kältemittel und Kühlmittel
Die Begriffe Kältemittel und Kühlmittel werden umgangssprachlich oft synonym verwendet. Technisch gesehen ist das jedoch nicht korrekt. Ein Kältemittel kann die Wärme eines Gegenstandes auch dann aufnehmen, wenn die Temperatur der Umgebung höher ist als die des zu kühlenden Gegenstandes. Oder anders ausgedrückt: Es erzeugt Kälte. Kühlmittel dienen dagegen dazu, die überschüssige Wärme eines Gegenstands abzutransportieren. Ergo würde eine Wärmepumpe mit einem Kühlmittel bzw. mit Kühlflüssigkeit nicht funktionieren.
Welche Aufgabe erfüllt das Kältemittel in der Wärmepumpe?
Wärmepumpen nutzen Kältemittel, um die Wärme von einem kälteren zu einem wärmeren Ort zu transportieren. Dabei durchläuft es einen Kreislauf: Am Verdampfer nimmt das Kältemittel die Wärme aus der Umwelt auf. Die geringen Temperaturen der Wärmequelle reichen bereits aus, um es verdampfen zu lassen – das Kältemittel geht vom flüssigen in den gasförmigen Zustand über. Durch Kältemittelleitungen strömt es anschließend zum Verdichter, der es komprimiert. Dabei steigt die Temperatur des Kältemittels. Am Kondensator wird die Wärme an das Heizsystem abgegeben – also an das Heizwasser in den Heizungsrohren. Mit nun wieder niedriger Temperatur und in flüssiger Form fließt das Kältemittel der Wärmepumpe zurück zur Wärmequelle – der Kreislauf kann von Neuem beginnen. Wie der Prozess im Detail abläuft, erfahren Sie im Ratgeber Funktionsweise einer Wärmepumpe .
Eine Wärmepumpe kann Ihre Räume aber nicht nur beheizen, sondern auch kühlen. Dazu wird die Arbeitsrichtung einfach umgekehrt: Anstatt der Wärmequelle in der Außenluft oder dem Erdreich entzieht sie den Innenräumen Wärme und gibt sie nach außen ab. Das Kühlen mit der Wärmepumpe ist eine energie- und kostensparende Alternative zu einer Klimaanlage. Ein versierter Installateur berät Sie umfassend zu Ihren Möglichkeiten zum Klimatisieren Ihrer vier Wände.
Welche Arten von Kältemitteln gibt es?
Grundsätzlich lassen sich Kältemittel in zwei Gruppen einteilen: natürliche und synthetische Kältemittel.
Synthetische Kältemittel
Synthetische Kältemittel werden – wie der Name bereits vermuten lässt – künstlich hergestellt. Es handelt sich dabei um halogenierte, chlorierte oder fluorierte Kohlenwasserstoffe. Darunter fallen zum Beispiel:
- Fluorkohlenwasserstoffe (FKW)
- halogenierte Fluor-Olefine
- halogenierte Fluorkohlenwasserstoffe (HFKW)
- Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW)
- halogenierte Fluorchlorkohlenwasserstoffe (HFCKW)
Synthetische Kältemittel punkten mit einer hohen Effizienz bei der Wärmeübertragung. Entscheidender Nachteil ist ihr hohes Treibhauspotenzial (englisch: Global Warming Potential, GWP). Entweichen sie in die Atmosphäre, werden Treibhausgase freigesetzt, die zur globalen Erwärmung beitragen. Der Einsatz synthetischer Kältemittel ist daher stark reglementiert. Fluorchlorkohlenwasserstoffe sind aufgrund ihrer schädlichen Wirkung auf die Ozonschicht bereits seit einigen Jahren verboten.
Natürliche Kältemittel
Natürliche Kältemittel sind Stoffe, die direkt in der Natur vorkommen. Sie setzen sich grundlegend aus den Elementen Sauerstoff, Kohlenstoff, Stickstoff und Wasserstoff zusammen. Zu den natürlichen Kältemitteln zählen beispielsweise:
- reine, nicht halogenierte und chlorierte oder fluorierte Kohlenwasserstoffe wie Propan, Propen, Propylen und Isobutan
- Kohlenstoffdioxid
- Ammoniak
- Wasser
- Luft
Natürliche Kältemittel bieten eine hohe Energieeffizienz. Zudem sind sie umweltfreundlicher und nachhaltiger als synthetische Kältemittel. Viele Stoffe sind jedoch brennbar und erfordern spezielle Sicherheitsvorkehrungen.
Welche Kältemittel kommen in einer Wärmepumpe zum Einsatz?
Für Wärmepumpen kommen verschiedene Kältemittel infrage. Die Wahl hat Einfluss auf den Energieverbrauch, auf den Aufstellort sowie auf die Umweltverträglichkeit der Wärmepumpe.
Übrigens, die Bezeichnung setzt sich aus dem Buchstaben „R“ und einer Zahlenfolge zusammen. Das R steht für das englische Wort „Refrigerant“, was Kältemittel bedeutet. Die Zahlen geben Aufschluss über die chemische Zusammensetzung des Kältemittels.
Wärmepumpenmodelle, die schon länger auf dem Markt sind, arbeiten meist mit teilhalogenierten Fluorkohlenwasserstoffe (HFKW). Besonders beliebt ist das Kältemittel R410A. Es erreicht eine hohe volumetrische Kälteleistung, wodurch der Verdichter der Wärmepumpe kleiner ausfallen kann. Häufig werden auch die Kältemittel R407C, R134A und R32 verwendet. Letzteres besitzt einen rund dreimal niedrigeren GWP als R410A und lässt sich leichter recyceln.
Eine nachhaltige und zukunftssichere Alternative zu HFKWs ist das natürliche Kältemittel R290 (Propan) , das bereits in den neuen, hocheffizienten Wärmepumpen von Buderus zum Einsatz kommt – zum Beispiel in der Logatherm WLW186i AR sowie Logatherm WLW176i AR . Dank seines geringen Treibhauspotenzials ist Propan deutlich umweltverträglicher und klimaschonender als herkömmliche Kältemittel. Weitere Vorteile: R290 ermöglicht hohe Vorlauftemperaturen und eignet sich daher auch für den Altbau . Zudem ist es unbegrenzt verfügbar und vergleichsweise preisgünstig.
Treibhauspotenzial gängiger Kältemittel im Vergleich
| Kältemittel | Kategorie | GWP-Wert |
|---|---|---|
| R290 (Propan) | natürliches Kältemittel | 3 |
| R600A (Isobutan) | natürliches Kältemittel | 3 |
| R32 | HFKW | 675 |
| R134A | HFKW | 1.430 |
| R407C | HFKW | 1.744 |
| R410A | HFKW | 2.088 |
Bonus für umweltfreundliche Kältemittel
Seit dem 01. Januar 2024 gibt es im Rahmen der Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) für Wärmepumpen, die ein natürliches Kältemittel wie Propan oder Isobutan nutzen, einen Bonus von 5 %. Beim Austausch Ihrer alten Heizung gegen eine effiziente Wärmepumpe können Sie so bis zu 70 % sparen.
F-Gas-Verordnung – Verbot von umweltschädlichen Kältemitteln
Seit Anfang 2015 gilt für Kältemittel in Wärmepumpen EU-weit die F-Gase-Verordnung Nr. 517/2014. Sie zielt darauf ab, den Einsatz von teilfluorierten Kohlenwasserstoffen zu reduzieren. Vorgesehen ist eine schrittweise Beschränkung von HFKWs bis hin zum kompletten Ausstieg 2050. Bereits 2020 wurde der maximal erlaubte GWP auf 2.500 reduziert. 2025 soll er auf 750 sinken. Heute noch gängige Kältemittel wie R410A und R407C dürfen dann nicht mehr verwendet werden.
Wer eine Wärmepumpe mit einem synthetischen Kältemittel wie R410A oder R407C besitzt, muss sich keine Sorgen machen: Die Anlagen dürfen auch weiterhin betrieben werden. Aufgrund der reduzierten Verkaufsmengen kann es jedoch sein, dass die Mittel teurer werden und schwerer erhältlich sind.
Häufig gestellte Fragen zu Kältemitteln in Wärmepumpen
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Die gängigen synthetischen Kältemittel R410A, R134A oder R407C sind ungiftig und wirken sich nicht auf die Ozonschicht aus. Allerdings besitzen sie ein hohes Treibhauspotenzial. Aus diesem Grund soll die Verwendung schrittweise reduziert werden. Nachhaltig und zukunftssicher sind natürliche Kältemittel, beispielsweise R290 (Propan). Sie bestehen aus Stoffen, die so auch in der Natur vorkommen.
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Synthetische Kältemittel wie R410A oder R407C punkten mit einem hohen Wirkungsgrad, sind einfach zu handhaben und sehr sicher. Ihr größter Nachteil liegt im hohen Treibhauspotenzial. Gelangen sie in die Atmosphäre – beispielsweise durch Leckagen oder eine unsachgemäße Entsorgung – kann das weitreichende Folgen für das Klima haben. Der Einsatz fluorierter Kohlenwasserstoffe ist schon heute stark reglementiert und soll noch weiter beschränkt werden.
Eine zukunftssichere Alternative zu den üblichen HFKWs ist das natürliche Kältemittel R290 (Propan), das nur ein geringes Treibhauspotenzial besitzt. Der GWP liegt bei lediglich 3. In Sachen Wirkungsgrad steht es den gängigen Kältemitteln in nichts nach.
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Da das Kältemittel in der Wärmepumpe in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert, muss es im Idealfall nie nachgefüllt werden. Nur wenn es Leckagen oder Defekte gibt, kann das Kältemittel austreten. Eine jährliche Dichtheitsprüfung ist daher bei größeren Anlagen vorgeschrieben.
Wichtig: Arbeiten wie das Nachfüllen oder Austauschen von Kältemittel sollten immer von einem erfahrenen Fachbetrieb durchgeführt werden. Sonst kann es neben Schäden an der Anlage leicht zum unbemerkten Austreten klimaschädlicher Substanzen in die Atmosphäre kommen.