Saubere Energie und Komfort für uns und zukünftige Generationen

Der Prozess der Dekarbonisierung, der in Europa im Gange ist, betrifft direkt den HLK-Sektor (Heizung, Lüftung und Klimatisierung) mit ehrgeizigen Zielen: Klimaneutralität bis 2050.
Um dieses Ziel rechtsverbindlich zu machen, hat die Kommission für den europäischen "Green Deal" Rechtsvorschriften in den Bereichen Klima, Energie, Verkehr und Steuern vorgeschlagen, mit denen die Netto-Treibhausgasemissionen bis 2030 um mindestens 55 % unter das Niveau von 1990 gesenkt werden sollen.
Das bedeutet, dass wir uns verpflichten, die Menge an Kohlendioxid (CO2) und anderen Treibhausgasen (THG) wie Methan (CH4), Distickstoffoxid (N2O) und fluorierten Gasen (F-Gase), die produziert und in die Atmosphäre abgegeben werden, zu reduzieren. Die Erwartung? Steigerung des Komforts und Verbesserung der Gesundheit der Bürger und künftiger Generationen.

Die Dekarbonisierung betrifft den HLK-Sektor aus drei Gründen in vollem Umfang:
- Das Heizen und Kühlen von Gebäuden und Rechenzentren verbraucht enorme Mengen an Energie.
- Klima- und Kälteanlagen werden traditionell mit fossilen Brennstoffen oder fluorierten Gasen (F-Gase) betrieben.
- Die Klima- und Kältetechnik betrifft alle Gebäude und Prozesse, insbesondere die industriellen und technologischen, denen wir in unserem täglichen Leben begegnen, von der Wohnung über den Arbeitsplatz, den Sport und die Gesundheitsfürsorge bis hin zu den Produkten, die wir verwenden, und den Lebensmitteln, die wir verzehren.

Das klimaneutrale Gebäude

Ziel ist es, immer mehr Fast-Null-Energie-Gebäude (Nzeb, Nearly Zero Energy Building) zu bauen, die ihren Energiebedarf fast vollständig selbst decken können. Ein NetZero-Gebäude, d.h. ein Null-Emissions-Gebäude, sollte auf Anpassungsfähigkeit, Rückbaubarkeit und Wiederverwendbarkeit mit recyclingfähigen Materialien ausgerichtet sein und während seines gesamten Lebenszyklus und aus allen Quellen - Gebäude, Energienetz und Wasserverbrauch - keine oder weniger Emissionen verursachen.

Welche Sektoren sind betroffen?

In erster Linie der leichte gewerbliche Sektor: Wohngebäude, Hotels, Krankenhäuser, öffentliche Einrichtungen und Industrie. Dabei handelt es sich sowohl um neue als auch um bestehende Anlagen, die durch die Verbesserung der Energieeffizienz und den Austausch des Verbrennungswärmeerzeugers modernisiert werden sollen.
Die kritischen Umstände im Zusammenhang mit den geopolitischen Ereignissen, die zu steigenden Erdgas- und Energiepreisen führen, sind ein weiterer Anreiz für den Austausch von Erdgas- und/oder Ölkesseln zugunsten erneuerbarer Optionen für Heizung und Kühlung.

Die Schlüsselrolle der Hochtemperatur-Wärmepumpe

Zunächst einmal: Wie ist "Hochtemperatur" definiert? Die technische Norm Uni En 14511-2: 2018 berücksichtigt Luft-Wasser- und Wasser-Wasser-Systeme mit einer Vorlauftemperatur von und/oder über 65 °C.
Um die Dekarbonisierung voranzutreiben, ist die Wärmepumpe ein strategischer Baustein auf dem Weg zur Klimaneutralität.

Die Wärmepumpe klimatisiert Räume auf effiziente Weise, indem sie Wärme an die Umgebung abgibt (beim Kühlen) oder ihr entzieht, um sie auf die gewünschte Temperatur zu bringen und sie unter Einsatz von Strom an das Heizsystem zu übertragen. Diese Technologie ist nachhaltig, da die Wärmepumpe an ein einheitliches Netz wie Windenergie oder natürliche Quellen wie Grundwasser oder Kraft-Wärme-Kopplung angeschlossen wird, um kohlenstoffneutrale Energie zu nutzen. Sie kann aber auch an lokale erneuerbare Energiequellen angeschlossen werden, z. B. an eine Photovoltaikanlage, oder an eine Mischung aus beiden, um Strom zu erzeugen.

Die Hochtemperatur-Wärmepumpe kann sowohl zum Heizen und Kühlen als auch für die Warmwasserbereitung eingesetzt werden. Sie kann auch bei Außentemperaturen von -20 °C betrieben werden und garantiert auch unter diesen Bedingungen Warmwasser mit hohen Temperaturen.
Darüber hinaus kann sie in bestehenden Gebäuden mit herkömmlichen Anschlüssen installiert werden, da die höhere Vorlauftemperatur des Innengerätes die Einbindung der bereits im Gebäude vorhandenen Heizkörper ermöglicht.

Hochtemperatur-Wärmepumpen mit natürlichen Kältemitteln und niedrigem GWP

Die Energiewende fördert die Einführung umweltfreundlicher Kältemittel, die das Treibhauspotenzial reduzieren. Die neuen Gase sind nachhaltig und ermöglichen zusammen mit der technologischen Entwicklung, die zu verbesserten thermodynamischen Eigenschaften führt, eine Erweiterung des Anwendungsbereichs von Wärmepumpen mit einem besonders interessanten Potenzial für den tertiären Sektor, die Industrie und Rechenzentren im Rahmen einer Smart-City-Logik.

Die europäische F-Gas-Verordnung sieht eine schrittweise Reduzierung der CO2 -Emissionen von Kältemitteln bis 2030 vor und legt fest, welche Kältemittel verwendet werden dürfen und welche fluorierten Treibhausgase aus dem Verkehr gezogen werden müssen.

(Richtlinie (EU) 2019/1937 und zur Aufhebung der Verordnung (EU) Nr. 517/2014)

Welche Kältemittelgase mit niedrigem GWP-Wert gibt es?

Wir spielen eine aktive Rolle bei der Energiewende, deshalb verwenden HiRef-Klimageräte und Wärmepumpen bereits umweltfreundliche Kältemittel.

Hydrofluorolefine (HFO) sind die Kältemittel der 4. Generation, die entwickelt wurden, um die strengen Richtlinien des Kyoto-Protokolls für Treibhausgasemissionen zu erfüllen. Darunter favorisiert HiRef:
- R-1234ze, ein Gas mit einem sehr niedrigen GWP-Wert von 7 und einem ODP-Wert von 0. In Hochtemperatur-Wärmepumpen für gewerbliche und industrielle Anwendungen bietet ein Schraubenverdichter mit R-1234ze(E) einen größeren Arbeitsbereich; die Temperatur des mit diesem Kältemittel erzeugten Wassers kann bis zu 90 °C betragen.
- R-515B ist die Alternative der Brennbarkeitsklasse A1 zu R-1234ze(E). Sein GWP-Wert beträgt 299.

Unter den Fluorkohlenwasserstoffen (FKW) verwenden wir:
- R-454B, mit einem ODP-Wert (Ozonabbaupotenzial) von 0 und einem niedrigen GWP-Wert von 466. Das sind 78 % weniger als das Kältemittel R-410A, das es ersetzt, bei noch besserer Kälteleistung und Effizienz.
- R-513A, eine Mischung aus Fluorkohlenwasserstoffen und Hydroolefinen (FKW + HFO). Sein GWP-Wert liegt bei 573 und damit etwa 56 % unter dem von R-134a, was es zu einem hervorragenden Ersatzstoff macht.

Unter den natürlichen Gasen verwenden wir CO² und Kohlenwasserstoffe (HC) R-290, R-600a.
- Das Propan-Kältemittel R-290 ist ein reiner, natürlich vorkommender Kohlenwasserstoff, der leicht entzündlich und explosiv ist und daher in die ASHRAE-Sicherheitskategorie A3 fällt. Es hat einen sehr niedrigen GWP-Wert von 3 und einen ODP-Wert von 0.
- Isobutan R-600a ist ebenfalls umweltfreundlich mit einem niedrigen GWP-Wert von 3, einem ODP-Wert von 0 und der Brennbarkeitsklasse A3. Es zeichnet sich durch einen geringen Energieverbrauch aus und kann Wassertemperaturen von bis zu 90 °C erzeugen.

Der Weg zu Ultrahochtemperatur-Wärmepumpen

Im Jahr 2023 entwickelte und testete die F&E von HiRef eine Wärmepumpe, die mit Schraubenverdichtern, Rohrbündeln und dem Kältemittel R-1233zd bis zu 120 °C heißes Wasser erzeugt.

Für das Jahr 2025 ist bereits ein Wärmepumpen-Prototyp mit dem Kältemittel R-601a mit Isopentan, einem Kohlenwasserstoff, in der Entwicklung, der Warmwasser bis 160 °C erzeugen kann. Diese neuen Produkte eröffnen Anwendungsmöglichkeiten in neuen Sektoren wie Zement, Pharmazeutika, Papier- und Stärkeverarbeitung, Trockner und Beschichtungen, mit erheblichen Vorteilen für das industrielle Prozessmanagement und den Raumkomfort.