IEA Heat Pumping Technologies MAGAZINE Vol. 40, No. 1/2022
Herausgeber: IEA Heat Pump Center, 2021
Englisch, 44 Seiten
Inhaltsbeschreibung
In seinem Vorwort diskutiert Yunho Hwang, Operating Agent des IEA HPT Annex 54 sowie Präsident der IIR Commission B1 die Bedeutung von Kältemitteln für den Betrieb von Kälteanlagen, Klimageräten und Wärme-pumpen. Aufgrund der gebotenen Dringlichkeit plädiert er für einen raschen Umstieg auf natürliche Kältemittel. Die damit verbundenen Herausforderungen wie Entflammbarkeit, Toxizität oder Effizienzverluste sind laut dem Autor durch neue Sicherheitsmaßnahmen sowie Optimierungen auf Komponenten- und Systemebene zu lösen. Hwang verweist auf den Jahresbericht 2021 des IEA HPT Annex 54 Projekts, der einen umfassenden Überblick über aktuelle F&E Aktivitäten im Bereich Einsatz von Kältemitteln mit niedrigem THG-Potenzial in Wärmepumpenanwendungen bietet, eine Beschreibung über den Stand der Technik bei der Lebenszyklusbewertung derartiger Systeme enthält sowie die Bemühungen von Forschern, Technikern sowie Regulierungsausschüssen der gesamten Branche zusammenfasst.
Kolumne: Wir stehen wieder an einer historischen Weggabelung
Viktor Ölén, Swedish Refrigeration and Heat Pump Association
Der Autor bezieht sich auf die in diversen Roadmaps und Richtlinien abgebildete zukünftig verstärkte Nutzung von Wärmepumpen und Klimatisierungsgeräten und stellt fest, dass dies zwangsläufig - aufgrund unvermeidbarer Leckagen - zu größeren Mengen an entwichenen Kältemitteln in der Atmosphäre führen wird. Er verweist darauf, dass bei der Zersetzung einiger HFCs und HFOs u.a. Trifluoressigsäure (TFA), eine starke Säure, entsteht, die via Niederschläge als eine Art "saurer Regen" aus der Atmosphäre auf die Erde einwirkt, und bereits in den 80er Jahren in arktischen Eiskernproben nachgewiesen wurde. Er führt deutsche Studien mit Messungen und Grenzwerten an, aus denen sich ableiten lässt, dass die Möglichkeiten eines zukünftig verstärkten Einsatzes von HFOs als Kältemittel begrenzt sind. Der Autor plädiert schließlich dafür, in Zukunft auf natürliche Kältemittel zu setzten, weil nur damit Umweltprobleme aufgrund von Kältemittellecks vermieden werden können, und ist optimistisch, dass die damit verbundenen sicherheits- und effizienztechnischen Herausforderungen erfolgreich gelöst werden können.
Die Europäische Kommission (EK) hat am 15. Dezember einen Vorschlag für eine neue Revision der Richtlinie über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden (EPBD) veröffentlicht und ebnet damit den Weg dafür, dass Wärmepumpen zur Norm für die Beheizung von Gebäuden in Europa werden.
Hauptziel des Vorschlags zur Überarbeitung der Richtlinie über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden ist die Verringerung der THG-Emissionen und des Endenergieverbrauchs von Gebäuden bis 2030 sowie die Festlegung einer langfristigen Gebäudestrategie, um EU-weit bis 2050 Klimaneutralität zu erreichen.
Die Initiative konzentriert sich auf folgende Ziele:
- Erhöhung der Geschwindigkeit und Intensität von Gebäudesanierungen;
- Verbesserung der Informationen über Energieverbrauch und Nachhaltigkeit von Gebäuden; sowie
- Gewährleistung, dass alle Gebäude die Anforderungen an Klimaneutralität bis 2050 erfüllen.
Der eingebrachte Änderungsvorschlag sieht vor, dass bis 2030 alle neuen Gebäude emissionsfrei sein müssen, und ebnet den Weg dafür, dass Wärmepumpen das am weitesten verbreitete Heizsystem für Gebäude in Europa werden, wie in der "Net-Zero by 2050"-Roadmap der IEA prognostiziert. Um das Potenzial für schnelles Handeln im öffentlichen Sektor zu nutzen, müssen neue öffentliche Gebäude bereits ab 2027 emissionsfrei sein. Gemäß dem aktuellsten European Heat Pump Outlook 2021 des Europäischen Wärmepumpenverbands (EHPA) sind Wärmepumpen bereits auf dem Weg Standardlösungen im Neubau zu werden.
Für Gebäuderenovierungen werden auf EU-Ebene neue Mindestnormen für die Gesamtenergieeffizienz vorgeschlagen. So müssen in jedem Mitgliedsland 15% des Gebäudebestands mit den schlechtesten Werten von der Klasse G des Energieausweises auf mindestens Klasse F angehoben werden. Für Nichtwohngebäude ist diese Mindestnorm bis 2027 umzusetzen, für Wohngebäude bis 2030. Die Erkenntnisse aus dem 2022 gestartetem neuen IEA HPT Annex 60 „Retrofit Heat Pump Systems in Large Non-domestic Buildings" soll alle mit der Renovierung befassten Stakeholder dabei unterstützen, diese Mindestanforderungen entsprechend zu erfüllen.
Dieser Revisionsvorschlag, der die Bedeutung der Wärmepumpe drastisch erhöht, wird von vielen Stakeholdern willkommen geheißen. Nach Ansicht der EHPA ist die klare Aussage der EK zum schrittweisen Ausstieg aus dem Einsatz fossiler Brennstoffe beim Heizen und Kühlen bis 2040 die notwendige Weichenstellung, um Heizen zügig zu dekarbonisieren. Durch die Beendigung der finanziellen Anreize für Heizkessel für fossile Brennstoffe ab 2027 setzt die EK das Verursacherprinzip um und ermöglicht damit den Bürgern den Umstieg auf Wärmepumpen.
Mehr Informationen zum Änderungsvorschlag inklusive Hintergrund-informationen
Sind erneuerbare Heizungsoptionen im Wohnbereich kostenmäßig wettbewerbsfähig mit fossilen Brennstoffen?
Veröffentlichung IEA-Bericht "Renewables 2021"
Gemäß dem am 1. Dezember 2021 veröffentlichten IEA Bericht „Renewables 2021" hat die Welt im letzten Jahr mehr Kapazitäten als je zuvor für erneuerbare Energien aufgebaut. Der Zubau von 290 GW an Solar-, Wind- und anderen erneuerbaren Energien kann als Zeichen dafür gesehen werden, dass sich eine neue globale Energiewirtschaft entwickelt. Dem IEA Bericht zufolge sind der steigende Anteil von Erneuerbaren in der Stromproduktion und die Nutzung von Wärmepumpen die Haupttreiber des Wachstums an erneuerbarer Wärme in Gebäuden.
Die Ausgabe des IEA Berichts enthält u.a. ein Kapitel, in der die Frage gestellt wird, ob erneuerbare Heizungsoptionen im Wohnbereich kostenmäßig mit fossilen Brennstoffen mithalten können. Darin werden relevante Parameter zur Bestimmung der Wettbewerbsfähigkeit erneuerbarer Heiztechnologien (Wärmepumpen, Bioenergie und Solarwärme) zusammengefasst. In einem Vergleich der LCOH (Levelised Cost of Heating) der fossilen und erneuerbaren Heiztechnologien in Kanada, Dänemark, Frankreich, Deutschland, UK und Schweden zeigt sich, dass sich diese Werte vor allem aufgrund von Unterschieden in Marktreife, Energiepreisen und politischen Rahmen-bedingungen von Region zu Region sehr stark unterscheiden. Es wird ausgeführt, dass eine verstärkte Nutzung erneuerbarer Wärme in Gebäuden nur dann möglich ist, wenn politische Entscheidungsträger die Heraus-forderungen durch umfassende, mehrdimensionale, politische Ansätze schnellstmöglich angehen. Diese könnten aus einer Kombination aus Sensibilisierungskampagnen, Regulierungsmaßnahmen und wirtschaftlichen Anreizen bestehen, wobei soziale Gerechtigkeit in den Mittelpunkt des Übergangs zu stellen ist.
Die IEA hat zudem einen Wirtschaftlichkeitsrechner veröffentlicht, mit dem Nutzer die Wirtschaftlichkeit verschiedener Heizungssysteme für Wohngebäude - einschließlich der Variation verschiedener Parameter in den erfassten Ländern - ausrechnen und vergleichen können.
Dieses Kapitel ist unter nachfolgendem Link nachlesbar. Dort findet sich auch der IEA Wirtschaftlichkeitsrechner. Are renewable heating options cost-competitive with fossil fuels in the residential sector?
Jährliche Gesamtinvestitionen in globale Energieeffizienz müssen sich bis 2030 verdreifachen, um die Einhaltung der globalen Klima Klimazusagen in Reichweite zu halten
Veröffentlichung des IEA-Berichts "Energieeffizienz 2021"
Dieser IEA Bericht geht davon aus, dass im Jahr 2021 ein Schlüsselindikator gesteigerter Energieeffizienz – die Energieintensität - wieder das 10-Jahres Niveau von vor der Pandemie erreichen und sich um 1,9% verbessern wird. Um das in der IEA Roadmap gesetzte Null-Emissions-Ziel bis 2050 zu erreichen wäre jedoch eine Verbesserung um 4% notwendig. Es wird zudem berichtet, dass Investitionen in Energieeffizienz vor allem in Europa gestiegen sind und es weltweit bis 2030 eine Verdreifachung der jährlichen Gesamtinvestitionen in Energieeffizienz braucht, um konsistent mit dem Zielerreichungspfad des IEA Net Zero Emissions Scenario 2050 zu sein.
Der Bericht verweist darauf, dass gesteigerte Energieeffizienz zu einer Verdreifachung von Jobs bis 2030 (u.a. ausgelöst durch verstärkte Investments in Gebäudesanierungen) führen soll und stellt in diesem Kontext den neuen IEA HPT Annex 60: Retrofit Heat Pump Systems in Larger Non-domestic Buildings vor. Dessen Ergebnisse sollen speziell Gebäudeeigentümer, Planer und politische Entscheidungsträger dabei helfen, besser zu verstehen, wie Nicht-Wohngebäude im Rahmen einer Sanierung bestmöglich mit Wärmepumpensysteme nachgerüstet werden können.
Ferner wird auf die Bedeutung der Elektrifizierung im Kontext der Effizienzsteigerung eingegangen und berichtet, dass bis 2030 die Stromproduktion um 40% steigen muss, um konsistent mit dem Zielerreichungspfad des IEA Net Zero Emissions Scenario 2050 zu sein. Zudem wird die Bedeutung von Wärmepumpen betont und auf zwei laufende IEA HPT Annex 58: Hochtemperaturwärmepumpen und Annex 59: Wärmepumpen zum Trocknen verwiesen.
Der IEA Energy Efficiency Report 2021 ist unter nachfolgendem Link zum Herunterladen verfügbar: Energy Efficiency 2021
IEA hat einen 10-Punkte-Plan zur Verringerung der Abhängigkeit der Europäischen Union von russischem Erdgas veröffentlicht - Wärmepumpen sind Teil der Lösung
Die IEA hat – als Folge der russischen Invasion der Ukraine - am 3. März einen 10-Punkte-Plan herausgegeben, um die Abhängigkeit der EU, die aktuell 45% ihrer Gasimporte aus Russland bezieht, zu verringern. Dieser Plan sieht die Umsetzung einer Reihe sofortiger Maßnahmen wie z.B. keine Unterzeichnung neuer Gaslieferverträge mit Russland, Ersatz russischer Gaslieferanten durch alternative Lieferanten, verstärkter Ausbau von Wind- und Solarenergie oder Beschleunigung des Ersatzes von Gasthermen mit Wärmepumpen, wie es auch im strategischen Arbeitsplan des HPT TCP abgebildet ist, vor. Die IEA geht davon aus, dass durch einen kombinierten Einsatz der vorgeschlagenen Maßnahmen innerhalb eines Jahres die russischen Erdgasimporte um mehr als 50 Mrd. m³, das ist mehr als ein Drittel, reduziert werden können.
In Bezug auf die Beschleunigung des Ersatzes von Gasthermen mit Wärmepumpen hält der IEA Punkte-Plan folgendes fest:
- Wärmepumpen ermöglichen eine effiziente und kostengünstige Beheizung von Häusern und ersetzen mit gas- oder anderen fossilen Energieträgern betriebene Heizkessel. Eine Verdoppelung der aktuellen Installationsraten würde innerhalb des ersten Jahres zusätzliche 2 Mrd. m³ Gas einsparen, und würde zusätzliche Investitionen in Höhe von 15 Mrd. EUR erfordern.
- Neben bestehenden politischen Rahmenbedingungen kann eine gezielte Investitionsförderung die Wärmepumpeninstallationen beschleunigen. Idealerweise wird dies mit einer Sanierung der Häuser kombiniert, um die Energieeffizienz zu maximieren und Gesamtkosten zu senken.
- Der Austausch von Gaskesseln /-öfen durch Wärmepumpen ist auch für die Industrie eine attraktive Alternative, auch wenn es dort länger dauern kann, bis sie in größerem Umfang eingesetzt werden.
- Eine Umstellung von Gas auf Strom für die Beheizung von Gebäuden kann dazu führen, dass der Gasbedarf für die Stromerzeugung steigt. Dieser Anstieg wäre jedoch wesentlich geringer als die eingesparte Gasmenge. Eine solche Verlagerung würde auch saisonale Nachfrageschwankungen vom Gas- auf den Strommarkt übertragen.
Der IEA 10 Punkte Plan ist unter nachfolgendem Link zum Herunterladen verfügbar. A 10-Point Plan to Reduce the European Union's Reliance on Russian Natural Gas
14. IEA Heat Pump Conference, 2023
Die 14. IEA Wärmepumpen Konferenz wird vom 15- - 18. Mai 2023 in Chicago unter dem Titel "Heat Pumps – Resilient and Efficient" stattfinden. Die Konferenz wird vom National Organisation Committee (NOC) unter dem Vorsitz von Brian Fricke organisiert und beginnt am Montag (15. Mai 2023) mit einer Reihe von Workshops zu internationalen Kooperations- Projekten (Annexes) im Rahmen des IEA HPT TCP und verwandten Themen. Nach der Eröffnungssitzung im Hauptplenum am Dienstagmorgen (16. Mai 2023) werden die verbleibenden 2,5 Tage aus technischen Vorträgen Postersitzungen, in parallelen Sessions organisiert, bestehen.
Die behandelten Konferenz-Themen umfassen:
- Klimatisierung von Wohn- & Gewerbegebäude mit Schwerpunkt auf: Raumheizung, Klimatisierung, Null-Emissions-Gebäude, Renovierung, Warmwasserbereitung und Mehrfamilienhäuser
- Anwendungen außerhalb von Wohngebäuden mit Schwerpunkt auf: industrielle Wärmepumpen, Abwärme, Fernwärme, gewerbliche Kühlung, Transportklimatisierung und -kühlung.
- Innovation sowie F&E mit Schwerpunkt auf Aspekten wie: Erdwärmequellen, fortschrittliche Speichersysteme, Arbeitsflüssigkeiten, Sorptionstechnologien, fortschrittliche Dampfkompression, Technologien ohne Dampfkompression, Smart Grids, Anwendungen für kaltes / warmes Klima, fortschrittliche Luftkonditionierungstechnologien, gasbetriebene Wärmepumpen, Kombinationen mit anderen erneuerbaren Technologien.
- Politische Themen und Marktstatus, Trends, Strategien, und zukünftige Möglichkeiten.
Weitere Informationen finden sich auf der Konferenzwebsite www.hcp2023.org und unter https://heatpumpingtechnologies.org/about/the-conference/.
Laufende Annex Projekte
- Annex 50 Heat Pumps in multi-family buildings for space heating and DHW. AT, CH, DE, DK, FR, IT, NL
- Annex 52 Long-term measurements of GSHP performance in commercial, institutional, and multi-family buildings DE, FI, NL, NO, SE, UK, US
- Annex 53 Advanced cooling/refrigeration technologies development.
- CN, DE, IT, KR, US
- Annex 54 Heat Pump systems with low GWP refrigerants. AT, DE, FR, IT, JP, KR, SE, US
- Annex 55 Comfort and Climate Box. AT, BE, CA, CH, DE, IT, NL, SE, TR* UK, US
- Annex 56 Internet of things for heat pumps. AT, CH, DE, DK, FR, NO, SE
- Annex 57 Flexibility by implementation of heat pumps in multi-vector energy systems and thermal networks DK NL
- Annex 58 High-temperature heat pumps AT, CA, DK, DE, FR, NO
- Annex 59 Heat pumps for drying. AT, CN, DK
- Annex 60 Retrofit heat pump systems in large non-domestic buildings. UK, IT
Annex 52 Long-term measurements of GSHP performance in commercial, institutional, and multi-family buildings
Das Annex 52 Projekt zielte auf die Schaffung einer Bibliografie mit Langzeitmessungen Erdgekoppelter Wärmepumpen-Systeme in gewerblichen, institutionellen sowie Mehrfamiliengebäuden. Zudem sollte die derzeitige Methodik zur Charakterisierung großer und komplexer Anlagen verfeinert und erweitert sowie Benchmarks zum Vergleich derartiger Anlagen erarbeitet werden. Der im IEE Projekt SEPEMO erarbeitete Leitfaden sollte überarbeitet werden, um die Anlagen bestmöglich und umfassend beschreiben zu können.
Ergebnisse
Zwei Leitfäden sowie 21 Case Studies wurden erarbeitet. Sie bieten Bauherren, Technikern und Forschern wertvolle Anhaltspunkte über Anforderungen an Leistungsmessungen, Datenerfassung und Unsicherheiten. So bietet der 62-seitige Leitfaden zur Instrumentierung einen Überblick über die notwendige Instrumentierung, Wärmezähler sowie Sensorik zur Erfassung der Temperaturverteilung. Herausforderungen in der Datenerfassung sowie Methoden zu deren Bewältigung werden ebenso behandelt. Der 54-seitige Leitfaden über die Kalkulation von Unsicherheiten bietet eine Anleitung zur quantitativen Bewertung von Unsicherheiten beim Langzeitmonitoring erdgekoppelter Wärmepumpensysteme. Die Ergebnisse von 26 Projekten mit insgesamt 116 Jahren an Daten wurden in 21 Case Studies zusammengefasst.
Das finale Webinar zur Präsentation der Ergebnisse findet am 13.6.2022 online statt.
Ein Bericht über die wichtigsten Benchmarks und eine kommentierte Bibliografie ist noch in Ausarbeitung und wird in Kürze auf der Projektwebsite veröffentlicht.
Annex 54 Heat Pump systems with low GWP refrigerants.
Das Annex 54 Projekt fördert die Verwendung von Kältemitteln mit niedrigem THG-Potential in Klimaanlagen und Wärmepumpensystemen. Konkret zielt das Projekt auf:
- Erstellung einer umfassenden Übersicht über aktuelle F&E-Fortschritte bei der Optimierung von Komponenten für Kältemittel mit niedrigem THG (erfüllt),
- Fallstudien mit Komponentenoptimierungen, die Konstruktionsrichtlinien und Erfahrungen aus der Praxis liefern können (erfüllt),
- Optimierung von Wärmepumpensystemen für den Einsatz von Kältemitteln mit niedrigem THG (in Arbeit)
- Analyse des Lebenszyklus-Klimapotenzials (LCCP) der aktuellen Auslegung im Vergleich zur optimierten Auslegung mit Kältemitteln mit niedrigem THG (laufend)
- Erstellung eines Ausblicks 2030 für Wärmepumpen mit Kältemitteln mit niedrigem THG (geplant)
Ergebnisse
Im Jahr 2021 wurden vor allem in Task 2: „Fallstudien und Auslegungsrichtlinien für die Optimierung von Wärmepumpensystemen mit Kältemitteln mit niedrigem THG-Potenzial", sowie Task 3: „Überprüfung der Auswirkungen von Konstruktionsoptimierung und -verbesserung auf die Reduzierung der Lebenszyklus-Klimaleistung (LCCP)" wesentliche Fortschritte erzielt. Die Ergebnisse sind vor allem hilfreich für Forscher, Ingenieure und politische Entscheidungsträger in der HLK-Branche. Der Jahresbericht mit Details ist auf der Annex Website publiziert.
Schwerpunktartikel: Projekt zur Entwicklung der nächsten Generation von Kältemitteln und Kälte- und Klimatechnik zur Einsparung von Energie und Abschwächung der globalen Erwärmung
Eiji Hihara, Project Leader at NEDO, Japan,
Toru Sano, Project Manager, NEDO Environment Department, Japan
Vor dem Hintergrund des notwendigen Phase-outs von Fluorchlorkohlen-wasserstoffen und Hydrochlorfluorkohlenwasserstoffen in Kälte- und Klima-geräten wurde in Japan im Jahr 2018 ein 5-jähriges Forschungsprojekt mit der Zielsetzung gestartet, einen wesentlichen Beitrag zur Markteinführung kleiner und mittelgroßer Kälte- und Klimaanlagen, die mit Kältemitteln der nächsten Generation betrieben werden, und für gewerbliche Zwecke sowie in Wohngebäude eingesetzt werden sollen, zu leisten. Japanische Universitäten (z.B. Kyushu, Waseda) und Forschungseinrichtungen (z.B. AIST) erforschen zu diesem Zweck gemeinsam mit führenden nationalen Unternehmen (z.B. Mitsubishi Electric, Toshiba Carrier, Panasonic, und Daikin Industries) in einer Reihe von F&E Projekten die grundlegenden Eigenschaften von Kältemitteln der nächsten Generation, entwickeln Methoden zu deren Sicherheits- und Risikobewertung, und wirken an der Formulierung nationaler Sicherheits-standards sowie internationaler Normen mit.
Der komplette Artikel mit den Zielsetzungen der einzelnen Forschungsprojekte kann unter folgendem Link heruntergeladen werden: Projekt zur Entwicklung der nächsten Generation von Kältemitteln und Kälte- und Klimatechnik zur Einsparung von Energie und Abschwächung der globalen Erwärmung
Schwerpunktartikel: Die Zukunft von Kältemitteln für Wärmepumpen-anwendungen
B. E. Badran, M. Ghanbarpourgeravi, R. Khodabandeh, Sweden
Die Autoren fassen im Artikel den aktuellen Stand des Wissens und der Diskussion in Bezug auf die Auswahl geeigneter Kältemittel für den Einsatz in zukünftigen Wärme- und Kältesystemen zusammen.
Geeignete chemische Struktur eines Kältemittels: Ob ein Kältemittel geeignet ist, oder nicht, hängt von seinen thermischen und chemischen Eigenschaften ab. Erstere wirken auf die Leistungszahl (COP) und den volumetrischen Wirkungsgrad des Systems, während die chemischen Eigenschaften dessen Umweltauswirkungen bestimmen. Basierend auf dem sog. „Dreieck der Elemente" bestehend aus Chlor, Wasserstoff und Fluor, erhöht das Hinzufügen von Chloratomen das Ozonabbaupotenzial (ODP), mehr Wasserstoffatome steigern die Entflammbarkeitsrate, während mehr Fluoratome das globale Erwärmungspotenzial (GWPs) des Kältemittels erhöhen.
Kältemittelindex: Anhand der ASHRAE Sicherheits-Klassifizierungen sowie GWP100 Werte von jeweils 6 natürlichen und synthetischen wird gezeigt, dass es offensichtlich einen Trade-Off zwischen GWP Wert und Entflammbarkeits¬index gibt. Die Autoren argumentieren in Folge, dass zudem auch die Wahl des Zeithorizonts einen großen Einfluss auf den GWP Wert, und damit die Wahl eines geeigneten Kältemittel, hat. Ein Vergleich der Arbeitsmedien auf Basis von GWP20 und GWP100 Werten zeigt, dass eine Bewertung anhand von GWP20 Werten dazu führen würde, dass HFCs, wie z.B. R134a und damit kurzlebige THG wie Methan nicht mehr zum Einsatz kommen würden, während eine größere Menge an CO2 (Jahrhundert) und langlebige THG weiter eingesetzt werden würden. Als weitere, bei der Kältemittelauswahl, zu berücksichtigende, Indizes führen die Autoren TEWI und LCCP an. TEWI bewertet alle THG Emissionen die durch Kältemittelleckagen sowie den Stromverbrauch verursacht werden. LCCP berücksichtigt darüber hinaus noch weitere CO2equ -Emissionen, wie sich aus dem Betrieb der Anlagen ergeben können.
Umwelteffekte synthetischer Kältemittel: Ein weiterer Aspekt, der die Auswahl eines geeigneten Arbeitsmittels beeinflusst, sind Per- und Polyfluor-alkylsubstanzen (PFAS) und ihre Untergruppen. PFAS lösen sich im Trinkwasser, sind für den Menschen gefährlich, wenn sie in großen Mengen konsumiert werden, und bauen sich nur langsam ab. Laut OECD gibt es 4700 solcher Substanzen, darunter auch HFCs und HFOs. Einiger dieser Kältemittel zersetzen sich in der Atmosphäre aufgrund ihrer Doppelbindungen in Trifluoressigsäure (TFA). Die höchsten TFA-Raten der von den Autoren berichteten Kältemittel haben HFO-1234yf mit 100% und HFC-134a mit 21%.
Das Europäische Technische Komitee für Fluorkohlenwasserstoffe (EFCTC) stuft HFCs, HCFOs, and HFOs nicht als persistente, bio-akkumulierbare und toxische Stoffe (PBT) ein und sieht sie nicht als Gefahr für die Umwelt. TFAs sind nicht neu und in geringen Mengen bereits in Nahrungsmitteln und kommerziell verfügbaren Haushaltsartikeln wie z.B. Teflon enthalten. Durch den erwähnten Abbau von Fluorkohlenwasserstoffen würde sich jedoch deren Konzentration in der Umwelt weiter erhöhen, was aufgrund deren Toxizität und Reversibilität zukünftig ein Thema sein kann.
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The future of Refrigerants for Heat Pump Applications
Schwerpunktartikel: Wer will ein millionenfach eingesetztes Kältemittel sein?
Christian Vering, Christoph Höges, Dirk Müller, RWTH Aachen, Deutschland
Vor dem Hintergrund einer Vielzahl potenzieller Kältemittel, den zu erfüllenden politischen, technischen und ökonomischen / ökologischen Anforderungen, thermodynamischen Non-Linearitäten sowie Interaktionen zwischen den Komponenten ist die Auswahl eines geeigneten Kältemittels eine komplexe Aufgabe. Die Autoren stellen im Artikel eine einfache Methodik zur automatisierten Auswahl eines Kältemittels für den Einsatz in Wärmepumpen für Gebäude vor und wenden diese auf 268 am Markt verfügbare Kältemittel an. Nur 31 davon erfüllen die politischen und betrieblichen Spezifikationen für Luftwärmepumpen. Zudem eignen sich nur Kältemittel der Klassen A2L (synthetische Kältemittel) bis A3 (natürliche Kältemittel). Ein Vergleich in Bezug auf volumetrische Effizienzen zeigt, dass keines der alternativen Kältemittel die volumetrische Wärmekapazität von R410A oder R32 erreicht und es damit in Zukunft größere Komponenten braucht, um vergleichbare Wärmekapazität zu liefern. Es wurde ferner gezeigt, dass unter den gegebenen Rahmen-bedingungen die Vorteile der natürlichen Kältemittel jene der Synthetischen überwiegen, und es daher Sinn macht, sie zu verstärkt promoten. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, dass die Wahl des am besten geeigneten Kältemittels am Ende von der Wärmepumpenanwendung abhängt.
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Who Wants to Be a Millionfold Deployed Refrigerant
Schwerpunktartikel: Optimierung von Luft-Wärmepumpen für Wohn-gebäude die Kältemittel mit niedrigem Treibhauspotenzial einsetzen
Zhenning Li, Samuel F. Yana Motta, Bo Shen, Brian Fricke, USA
Die Autoren analysieren in der dem Artikel zugrundliegenden Studie fünf Kältemittel mit niedrigem THG Potential - R32, R454A, R454B, R454C und R455A - in Bezug auf indirekte CO2 Emissionen sowie Effizienz. Als Baseline wurde eine mit R410 betriebene reversible Luftwärmepumpe für den Einsatz in Wohngebäude genutzt. Den Analysen zugrunde liegt ein optimiertes Gesamtsystem, wobei in den Simulationen Rohrwärmetauscher mit kleinen Durchmessern und optimierte Kreisläufe verwendet wurden.
Die Optimierungsergebnisse mit 5-mm-Rohrwärmetauschern zeigten Effizienzsteigerungen von 12,4% bis 19,1% und eine Reduktion der CO2-Emissionen um 13% bis 33% abhängig von der Klimazone und dem eingesetztem Kältemittel. R455A und R454C zeigten das niedrigste THG Potenzial, sie weisen aber eine geringere volumetrische Kapazität auf und zeigen einen hohen Temperaturglide.
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Optimization of Residential Air Source Heat Pump using Low–Global Warming Potential Refrigerants
Reversible CO2 Wärmepumpen mit Ejektoren zum effizienten Heizen und Klimatisieren
Jonas Schönenberger, Frigo-Consulting AG, Schweiz
Im Rahmen der Modernisierung eines Schweizer Einkaufszentrum 2019/2020 wurde die bestehende fossile Heizungs- und Klimaanlage durch zwei reversible Luft/Wasser-CO2-Wärmepumpen mit Ejektoren ersetzt. Die beiden Wärme-pumpen decken eine Heizleistung von 1,1 MW und eine Klimatisierungsleistung von 1,3 MW ab. Höhere Investitions- und Lebenszykluskosten wurden in Kauf genommen, um nachhaltige, zukunftsweisende Technologien mit natürlichen Kältemitteln zu entwickeln. Der Betrieb der Wärmepumpen wurde mit Inbetrieb-nahme laufend gemonitort. So lag im Messzeitraum 10/2020 bis 09/2021 die Jahresarbeitszahl im Heizmodus bei 3,33; im Klimatisierungsmodus betrug sie 5,32 (jeweils ohne Berücksichtigung simultanen Heizens & Klimatisierens). Die Erkenntnisse aus dem Projekt konnten bereits in mehrere Folgeprojekte implementiert werden. Durch Änderungen im Systemdesign und im Betrieb konnte in einem dieser Projekte die Jahresarbeitszahl im Heizmodus von 3,33 auf 3,68 erhöht werden. Der Autor geht davon aus, dass weitere Effizienzsteigerungen möglich sind und dass reversible CO2 Wärmepumpen mit Ejektoren in Zukunft eine relevante Rolle in der Beheizung und Klimatisierung sanierter Gebäude spielen werden.
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Reversible CO2 Heat Pump with Ejectors for Efficient Heating and Air-Conditioning - HPT - Heat Pumping Technologies
Marktbericht: Großbritannien: Strategischer Marktausblick
Dr Matthew Aylott, Electrification of Heat Lead, UK Government
Der Autor berichtet, dass sich Großbritannien in ihrer im Oktober 2021 publizierten Wärme- und Gebäudestrategie (Beis, Heat and Building Strategy) ambitionierte Ziele in Bezug auf den Einsatz von Wärmepumpen in Wohngebäuden gesetzt hat. So soll am Ende der Dekade jedes sechste Haus eine Wärmepumpe nutzen. Das dafür notwendige Marktwachstum - aktuell repräsentieren Wärmepumpen nur 1% des britischen Wärmemarktes - soll durch verschiedene Maßnahmen forciert werden. Dazu zählen u.a. Implementierung neuer bzw. adaptierter Gebäudestandards, Änderung baurechtlicher Vorschriften, oder die Auflegung finanziellen Förderprogramme. Zudem ist ein Umdenken sowohl auf Seiten der Installationsbetriebe als auch der Konsumenten notwendig. Es braucht weiters neue innovative Technologien, wie z.B. Hochtemperaturwärmepumpen, um die bestehende Heizinfrastruktur nutzen zu können sowie eine verbesserte Dämmung des britischen Gebäudebestands. Beides wird im Rahmen von Förderprogrammen entsprechend unterstützt.
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United Kingdom: Strategic Market Outlook
Interessante Konferenzen 2022 -2023
- 21 - 23 March 2022 ACEEE Hot Water Forum
- 7 - 8 April 2022 European Energy Efficiency Conference 2022
- 8 - 10 April 2022 10th Asian Conference on Refrigeration and Air-Conditioning
- (ACRA 2022)
- 11 -13 April 2022 7th IIR Conference on Sustainability and the Cold Chain
- 11 - 12 May2022 Decarb Cities 2022 22–25 May CLIMA 2022
- 6 - 10 June 2022 eceee in-person 2022 Summer Study
- 13 -15 June 2022 15th IIR-Gustav Lorentzen Conference on Working Fluids
- 25 - 29 June 2022 ASHRAE Annual Conference
- 10 - 14 July 2022 Purdue: International Compressor Engineering, International Refrigeration & Air-Conditioning
- 15 - 18 May 2023 14th IEA Heat Pump Conference in Chicago (HPC2023)