Ort: E.on Energy Research Center an der RWTH Aachen. Die Ingenieure von Vaillant, Fraunhofer ISE und E.on beobachten die Messreihen auf den Monitoren: Wie hoch steigt der COP, wenn die warme Abluft des simulierten Zweifamilienhauses der Außenluft einer Luft-Wasser-Wärmepumpe beigemischt wird?

Im Winter, so die Erkenntnis, kann die Zugabe von etwa zehn Prozent 20-grädiger Abluft die Außenluft von -5 °C um 2 oder 3 K anheben und damit den COP ebenfalls um zehn Prozent.

In den 1970er- und 80er-Jahren nach Ende der beiden Energiekrisen, dominierten im ersten zarten Aufschwung die Sole- und Wasser-Wasser-Varianten. Wenige Jahre nach dem Millennium änderte sich die Situation. Ein Grund dafür lag und liegt in den technischen Verbesserungen der Luft-Wasser- Wärmepumpe. Verlustquellen wie Vereisung und Biofilme auf den Wärmeübertragerflächen hatte man relativ rasch im Griff, aber der ganz entscheidende Schritt ließ noch auf sich warten: die Breite Einführung der invertergeregelten Verdichter, denn erst diese ermöglichen die stetige Anpassung der Heizleistung an die Heizlast.

Die Entwicklung steht natürlich nicht still. Neben neuerlichen Verbesserungen in COP, Kosten und Lebensdauer dürften dem Austauschgeschäft weitere Fortschritte bezüglich Lautstärke, höheren Vorlauftemperaturen und Montage zugute kommen.

Für Ventilatoren gehen die Hersteller zum Beispiel gegen den Schallpegel an, indem sie die Struktur der geräuschlosen Eulenflügel nutzen. Die Wissenschaft entdeckte: Samtige Daunenfedern an der Flügeloberseite ersticken das verräterische Summen des Flügelschlags, wie ein weicher Teppich den Trittschall schluckt. Entscheidend ist dabei die verzweigte Geometrie der einzelnen Daunenfasern. Tests, an rotierenden Körpern diesen Schallschutz-Effekt mit künstlichen Materialien nachzuahmen, waren erfolgreich.

In Zusammenhang mit der Temperaturherausforderung spielt außerdem Propan (R 290) mehrheitlich eine Rolle in der Entwicklung. Mit einem GWP von 3 drängt sich dieses Kältemittel mit seinen spezifischen Mitteltemperatureigenschaften speziell für den Bestand als generelle Lösung auf.

Der Altbau fährt in den Radiatoren mit Systemtemperaturen von etwa 55/40 °C. Für die Aufstellung in Innenräumen bestehen allerdings teure Sicherheitsauflagen wegen der Brennbarkeit. Klassisch gäben solche erlaubten Monoblocks gerade mal zwei Kilowatt Heizleistung her.

In den Angeboten dominiert deshalb aktuell die aufwändigere Split-Ausführung mit Außen- und Innenteil, wie etwa die Serie Zero von Glen Dimplex, Arotherm plus von Vaillant, Natural von Heliotherm, LWDV von Alpha Innotec, Thermo-Aura von Roth oder CHA von Wolf. Andere, wie Bartl, haben Propan-Maschinen im Feldversuch.

Bei dem Zweiteiler muss es jedoch nicht bleiben. Spätestens dann nicht, wenn sich ein Fraunhofer- Prototyp als serienfähig erweist. Das Institut ISE stellte 2020 erstmals mit dem Arbeitsnamen LC 150 eine Ausführung vor, die sich mit 150 Gramm Propan begnügt, trotzdem aber etwa acht Kilowatt in die Heizkreise einspeist.

Der Schritt gelang unteranderem mit einem verfeinerten, bionischen Wärmeüberträgersystem, das einem Baum mit Ästen und Zweigen ähnelt und äußerst sparsam mit dem Kältemittel umgeht. Die Effizienz könnte hier allerdings – je nach Einsatzbereich – stark schwanken.

Des weiteren muss es für die Innenaufstellung auch nicht unbedingt das brennbare Propan sein. Stiebel Eltron setzt mit R 454C mit einem GWP von unter 150 auf ein umweltschonendes Fluid, das einerseits in der Lage ist, ganzjährig hohe Temperaturen sicherzustellen und sich damit uneingeschränkt für Radiatorenheizungen eignet. Andererseits ist es unter Einhaltung der üblichen Auflagen unkompliziert in Mehrfamilienhäusern einsetzbar, weil es schwer entflammbar ist.