Mehrfamilienhäuser als Wärmewende-Baustelle: Propan-Wärmepumpen im Fokus der Forschung

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Freiburg – Der Umstieg auf Wärmepumpen kommt in Mehrfamilienhäusern nur schleppend voran. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) hat deshalb gemeinsam mit Industriepartnern Lösungskonzepte entwickelt, um Wärmepumpen mit dem natürlichen Kältemittel Propan (R290) im Gebäudebestand einfacher und sicherer einsetzen zu können.

Nach Angaben des Statistischen Bundesamts wurde 2025 nur gut jedes zweite neu errichtete Mehrfamilienhaus mit einer Wärmepumpe ausgestattet, während es bei Ein- und Zweifamilienhäusern rund drei von vier waren. Im Wohnungsbestand dominieren laut BDEW weiterhin Erdgas und Heizöl, sodass insbesondere bestehende Mehrfamilienhäuser als zentrale Herausforderung der Wärmewende gelten.

Neue Vorgaben rücken natürliche Kältemittel in den Fokus
Die überarbeitete EU-F-Gas-Verordnung sieht einen gestaffelten Ausstieg aus klimaschädlichen synthetischen Kältemitteln vor. Ab 2032 dürfen neue Monoblock-Wärmepumpen mit F-Gasen nicht mehr verkauft werden, für Split-Wärmepumpen gelten je nach Leistung Übergangsfristen bis 2035. Natürliche Kältemittel wie Propan (R290) sind von diesen Verboten ausgenommen, da ihr Treibhauspotenzial sehr gering ist. Aufgrund ihrer Brennbarkeit erfordern sie jedoch geeignete sicherheitstechnische Konzepte.

Zwanzig Partner entwickeln Lösungen für den Bestand
Im Forschungsprojekt „LC R290" hat das Fraunhofer ISE gemeinsam mit einem Konsortium aus zwanzig Unternehmen der Heizungsbranche und Wohnungswirtschaft untersucht, wie sich Propan-Wärmepumpen in Bestands-Mehrfamilienhäusern technisch umsetzen lassen. Grundlage waren Beispielgebäude aus dem Bestand der beteiligten Wohnungsbaugesellschaften mit Heizlasten zwischen 23 und 93 kW.

Die Beispielgebäude unterschieden sich sowohl bei den Heizsystemen – von Gasetagenheizungen bis zu Zentralheizungen – als auch bei den Platzverhältnissen und den verfügbaren Wärmequellen. So bieten Zeilenbebauungen häufig Platz für Luftwärmepumpen zwischen den Gebäuden. Bei anderen Gebäudestrukturen müssen dagegen andere Wärmequellen genutzt werden.

Eine Einheitslösung gibt es nach Angaben des Fraunhofer ISE nicht. Stattdessen müssen die Konzepte an Gebäudegröße, Platzangebot, Heizsystem, Warmwasserbedarf, Schallschutz und Sicherheitsanforderungen angepasst werden. „Wichtig ist dabei eine auf das Gebäude abgestimmte Systemplanung von Wärmepumpe, Speicher, hydraulischer Einbindung, Regelung und Wärmeverteilung", erklärt Projektkoordinator Björn Nienborg vom Fraunhofer ISE.

Demonstratoren für zentrale und dezentrale Lösungen
Für den Austausch zentraler Heizsysteme entwickelte das Forschungsteam einen funktionsfähigen Demonstrator für die Außenaufstellung, bei dem die Propan-Füllmenge (R290) gegenüber vergleichbaren Wärmepumpengeräten um 20 Prozent reduziert und die Effizienz gleichzeitig um 15 Prozent gesteigert wurde. Ergänzend entstand ein kompaktes Baumuster einer innenaufgestellten Sole-Wasser-Wärmepumpe mit 28 kW Heizleistung, bei der ebenfalls eine möglichst geringe Kältemittelfüllmenge im Mittelpunkt stand.

Unter bestimmten Bedingungen – etwa wenn Wohnungen mit Gasetagenheizungen unabhängig voneinander modernisiert werden sollen – können auch dezentrale Lösungen sinnvoll sein. Dafür entwickelten die Forschenden einen Demonstrator mit 4,9 kW Heizleistung und einer Propan-Füllmenge von lediglich 150 Gramm. Diese geringe Menge sei entscheidend, um das Gefahrenpotenzial des brennbaren Kältemittels zu minimieren und „den Einsatz der Wärmepumpe in Küchen bzw. Waschräumen, den typischen Einsatzorten, zu ermöglichen", so Timo Methler, Teamleiter Gebäude-Wärmepumpen beim Fraunhofer ISE.

Sicherheitskonzepte im Test
Da Propan brennbar ist, spielte die Sicherheit insbesondere bei innenaufgestellten Wärmepumpen eine zentrale Rolle. In Ausströmversuchen simulierte das Forschungsteam mögliche Leckagefälle und führte mehr als 100 Tests mit fünf unterschiedlichen Sicherheitskonzepten durch.

Die Messergebnisse bestätigten das in den Sicherheitsnormen EN 378 und IEC 60335-2-40 vorgesehene Konzept eines belüfteten Gehäuses. Darüber hinaus untersuchten die Forschenden ein Schornstein- und ein Drainagekonzept als weitere potenziell kostengünstigere Sicherheitslösungen, die in Folgeprojekten weiterentwickelt werden sollen. Die im Projekt gewonnenen Messdaten können Hersteller nutzen, um ihre Sicherheitskonzepte weiter zu verfeinern.

Transfer in die Praxis
Die im Projekt entwickelten Lösungsansätze fließen in das Nachfolgeprojekt „MAMMUT" ein. Dort soll ein Software-Tool zur Entscheidungsfindung und Auslegung von Wärmepumpensystemen für Mehrfamilienhäuser entstehen, das insbesondere SHK-Betriebe mit einer direkt angebundenen Angebotserstellung unterstützen soll.

Darüber hinaus will das Fraunhofer ISE den Einsatz der Wärmepumpensysteme mit einem detaillierten Monitoring begleiten, um die Qualitätssicherung in der Praxis weiter zu verbessern. Dabei greift das Institut auf seine langjährige Erfahrung beim Monitoring von Wärmepumpen in Einfamilienhäusern zurück.

Das Projekt „LC R290" wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) gefördert. Mit den entwickelten Konzepten will das Fraunhofer ISE dazu beitragen, den Austausch fossiler Heizungen in bestehenden Mehrfamilienhäusern zu erleichtern und die Dekarbonisierung des Gebäudebestands voranzubringen.

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