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Erneuerbare Energien

Auch Ventilatoren vor Herausforderungen

Einsatz brennbarer, natürlicher Kältemittel in Wärmepumpen

Freitag, 24.06.2022

Der Klimaschutz ist eine Herausforderung, der es mit Klimaschutzvereinbarungen, Gesetzen und Vorschriften zur Dekarbonisierung zu begegnen gilt.

Das Bild zeigt ein Funktionsprinzip Wärmepumpe.
Quelle: BWP
Luft/Wasser-Wärmepumpen nutzen die Wärme aus der Umgebungsluft und übertragen diese über einen Zwischenkreis mit Kältemittel auf den Heizwasserkreislauf.

Dazu gehört auch die sogenannte F-Gas-Verordnung, die seit dem 1. Januar 2015 gilt. Bis zum Jahr 2030 sollen die Emissionen fluorierter Treibhausgase (F-Gase) in der EU stufenweise um 70 Mio. t auf 35 Mio. t CO2-Äquivalent gesenkt werden. Der Umstieg auf natürliche Kältemittel mit einem geringen Global Warming Potential (GWP) ist daher zwingend notwendig. Allerdings sind diese oft brennbar. Daraus folgt, alle beispiels-weise in Wärmepumpen verbauten Komponenten müssen die Normen für brennbare Kältemittel erfüllen. Das trifft auch auf die eingesetzten Ventilatoren zu. Diese sollten aber darüber hinaus auch noch möglichst leise und energieeffizient arbeiten.

Die Wärmeversorgung verlangt heute nach Konzepten, die auf erneuerbare Energien setzen. Wärmepumpen erfreuen sich deshalb sowohl bei Neubauten als auch bei Sanierungen immer größerer Beliebtheit und werden in vielen Fällen mit Förderungen bezuschusst. So entwickeln sie sich zu einer wichtigen Säule einer nachhaltigeren Wärmegewinnung. Heute wird rund die Hälfte aller neuen Wohnbauprojekte damit ausgestattet. Luft/Wasser-Wärmepumpen sind dabei aufgrund ihrer Effizienz und einfachen Aufstellung bzw. Installation weit verbreitet. Sie nutzen die Wärme aus der Umgebungsluft und übertragen diese über einen Zwischenkreis mit Kältemittel auf den Heizwasserkreislauf (Abb.1).

Das Bild zeigt den Stufenplan der F-Gas-Verordnung.
Quelle: HFKW
Der Stufenplan der F-Gas-Verordnung reglementiert den Einsatz von teilhalogenierten Fluorkohlenwasserstoffen.

Welche Möglichkeiten gibt es für Ventilatoren?

Der Stufenplan der F-Gas-Verordnung (Verordnung (EU) Nr. 517/2014) reglementiert jedoch den Einsatz von teilhalogenierten Fluorkohlenwasserstoffen (HFKW, Abb. 2). An den natürlichen Alternativen führt deshalb langfristig kein Weg vorbei. Diese sind allerdings in den meisten Fällen brennbar. Der Grund dafür ist einfach zu verstehen: Ein niedriger GWP-Wert bedingt nämlich eine schnelle Zersetzung des Kältemittels beim Eintritt in die Atmosphäre. Dies kann nur gewährleistet werden, wenn es chemisch reaktiv ist. Eine hohe Reaktivität be-deutet eben meist aber auch eine hohe Brennbarkeit. Hersteller müssen deshalb bei der Entwicklung von Kälte- und Klimaanlagen, Haushaltskühlgeräten sowie Wärmepumpen darauf achten, dass sie darin ausschließlich Komponenten verwenden, die die jeweils geltenden Normen für den Umgang mit brennbaren Kältemitteln erfüllen.

Für Ventilatoren, die in Wärmepumpen für den notwendigen Luftstrom über den Verdampfer sorgen, bedeutet das: Auch bei einem Fehler darf ihre Elektronik nicht zur Zündquelle werden. Dies lässt sich prinzipiell auf unterschiedliche Weise realisieren. Eine – allerdings recht aufwendige – Methode sind schwadensichere Gehäuse, die verhindern, dass Elektronik und zündfähige Atmosphäre miteinander in Berührung kommen. Eine weitere Möglichkeit ist der Einsatz eines zusätzlichen, kleineren ATEX-Ventilators, der für eine zuverlässige Durchlüftung des Geräts sorgt. Dieses Prinzip der ständigen Belüftung kommt aber nur selten zur Anwendung, zum Beispiel in Chillern. Die meisten Hersteller von Luft/Wasser-Wärmepumpen bevorzugen für den Einsatz mit brennbaren Kältemitteln zugelassene Komponenten.

Weiterführende Informationen: https://www.ebmpapst.com/heatpump

Galerie

  • Luft/Wasser-Wärmepumpen nutzen die Wärme aus der Umgebungsluft und übertragen diese über einen Zwischenkreis mit Kältemittel auf den Heizwasserkreislauf.
  • Der Stufenplan der F-Gas-Verordnung reglementiert den Einsatz von teilhalogenierten Fluorkohlenwasserstoffen.
  • Die gemäß EN 60335-2-40 für den Einsatz bei A3-Kältemitteln zugelassenen Ventilatoren stehen in unterschiedlichen Axial- und Radialvarianten zur Verfügung.
  • Wärmepumpen sollen für die Bereitstellung der gewünschten Heizenergie möglichst wenig Primärenergie verbrauchen. Es macht sich bezahlt, wenn der Ventilator mit möglichst hohem Wirkungsgrad arbeitet (grüne Kennlinie „RadiCal“ in „GreenTech“-EC-Technologie, rote Kennlinie herkömmlicher Radialventilator in AC-Technik: P1=Aufnahmeleistung, Pfa=Luftleistungskennlinie)
  • Abhängigkeit des Schalldrucks von der Drehzahl bei einem Radialventilator. Wird die Drehzahl des Beispielventilators um lediglich 100 min-1 verringert, kann eine Reduzierung des Geräusches um mehr als die Hälfte erzielt werden.
Von Patrick Stern
Marktmanager Kältetechnik bei ebm-papst Mulfingen GmbH & Co. KG
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