title: Simulative Fallstudie zur Systemeffizienz und Klimawirksamkeit von R32 und R290 in reversiblen Luft-Wasser-Wärmepumpen
Creators: name: Weigel, Lutz
Publisher: name: FH Vorarlberg (Fachhochschule Vorarlberg)
Year: 2022
Subjects: subject: 624 Ingenieurbau und Umwelttechnik

description: Wärmepumpen werden als vielversprechende Lösung zur Dekarbonisierung des Gebäudesektors angesehen. Konventionelle Kältemittel, die als direkte Emissionen aus Wärmepumpensystemen austreten, stellen insbesondere vor dem Hintergrund steigender Installationszahlen ein relevantes Treibhauspotenzial dar. Natürliche Kältemittel verfügen über ein geringes Treibhauspotenzial und können daher zur Substitution konventioneller Kältemittel verwendet werden. Dennoch werden sie bislang nicht im großen Maßstab eingesetzt. Es bedarf weiterer Studien und Anreize, um den Einsatz natürlicher Kältemittel voranzubringen. In dieser Fallstudie erfolgt anhand eines Referenzprojektes ein simulativer Vergleich zweier reversibler Luft-Wasser-Wärmepumpen. Im Referenzfall wird das konventionelle Kältemittel R32 verwendet, als Alternative dient das natürliche Kältemittel R290. Die beiden Systeme werden hinsichtlich ihrer Effizienz, Klimawirksamkeit und Wirtschaftlichkeit verglichen. Die notwendigen Berechnungen basieren auf einem kalibrierten Simulationsmodell des Gebäudes und der Anlage. Die Ergebnisse zeigen einen energetischen und ökologischen Vorteil für R290. Im Heizbetrieb, der den Hauptteil des thermischen Energiebedarfs im Referenzprojekt ausmacht, erreicht die Wärmepumpe mit R290 eine um 9% höhere Jahresarbeitszahl. Im Gegensatz dazu erzielt die R32-Wärmepumpe eine um 12% höhere Jahresarbeitszahl im Kühlbetrieb. Durch die höhere Effizienz im Heizbetrieb und das niedrigere Treibhauspotenzial des Kältemittels liegen die Emissionen durch den Betrieb der R290-Wärmepumpe um 17% unter denen der R32-Wärmepumpe. Der wirtschaftliche Vergleich der beiden Systeme fällt aufgrund höherer Investitionskosten zum Nachteil der R290-Wärmepumpe aus.
description: Heat pumps are seen as a promising solution for decarbonizing the building sector. Conventional refrigerants, which are emitted directly from heat pump systems, represent a relevant global warming potential, especially against the background of increasing installation numbers. Natural refrigerants have a lower global warming potential and can therefore be used as substitutes for conventional refrigerants. Nevertheless, they have not yet been used on a large scale. Further studies and incentives are needed to promote the use of natural refrigerants. In this case study, a simulative comparison of two reversible air-to-water heat pumps is made based on a reference project. In the reference case, the conventional refrigerant R32 is used, while the natural refrigerant R290 is used as an alternative. The two systems are compared in terms of their efficiency, climate effectiveness and cost-effectiveness. The necessary calculations are based on a calibrated simulation model of the building and the system. The results show an energetic and ecological advantage for R290. In the heating operation, which accounts for the main part of the thermal energy demand in the reference project, the heat pump with R290 achieves a 9% higher annual performance factor. In contrast, the R32 heat pump achieves a 12% higher annual performance factor in cooling mode. Due to the higher efficiency in heating mode and the lower global warming potential of the refrigerant, emissions from the operation of the R290 heat pump are 17% lower than those of the R32 heat pump. The economic comparison of the two systems is to the disadvantage of the R290 heat pump due to higher investment costs.