Wird für die gleichzeitige Wärme- und Kälteversorgung ein 4-Leiter-System benötigt?
Generell lautet die Regel für die konventionelle Wärmeversorgung: eine Vor- und eine Rücklaufleitung. Das gilt natürlich auch für die Kälteversorgung. In der kombinierten Wärme- und Kälteversorgung mit VRF-Technologie kann auf eine Leitung verzichtet werden - es wird in der Regel ein 3-Leitersystem verwendet.
Auch 2-Leitersystem ist möglich
Weltweit einmalig ist ein 2-Leitersystem zum gleichzeitigen Heizen und Kühlen, das eine dritte Rohrleitung nicht benötigt. Möglich wird dies durch den "BC-Controller" (Kältemittelverteiler), der in der Lage ist, je nach Anforderung dem Innengerät Heißgas zur Verfügung zu stellen, wenn dieses Heizleistung benötigt oder aber flüssiges Kältemittel für den Kühlbetrieb.
Wie unterscheiden sich dazu 3-Leitersysteme?
Zum einen natürlich durch die dritte Kältemittel-Rohrleitung. Zum anderen benötigen diese Systeme für jede Klimazone Umschalteinheiten, die vor jedem einzelnen Innengerät oder zentral montiert werden müssen. Nach wie vor müssen aber drei Rohrleitungen und eine Umschalteinheit pro Innengerät geplant werden. Darüber hinaus ist es bei einer Umschaltung zwischen Heiz- und Kühlbetrieb erforderlich, die VRF-Anlage herunterzufahren, um erst dann mit einer zeitlichen Verzögerung die angeforderte Wärme oder Kälte bereitstellen zu können.
"Es liegt auf der Hand, dass ein 2-Leitersystem mit einem zentralen Kältemittelverteiler sowohl den Installations- als auch Wartungsaufwand deutlich vereinfacht", so Michael Lechte, Product Manager Mitsubishi Electric, Living Environment Systems. Über bis zu drei »BC-Controller« können maximal 50 Innengeräte mit einem gemeinsamen Außengerät über nur zwei Rohrleitungen verbunden werden.
Bereits im Vergleich eines einfachen Systems mit nur vier Innen- und einem Außengerät zeigen sich deutlich die Vorzüge des 2-Leitersystems: Während beim 2-Leitersystem mit dem zentral eingesetzten »BC-Controller« nur 20 kältetechnische Verbindungspunkte erforderlich sind, benötigen konventionelle 3-Leitersysteme mit den dann notwendigen vier Umschaltboxen bereits 58 Verbindungspunkte. Die Montage wird dadurch nicht nur deutlich schneller und kostengünstiger, sondern letztendlich aufgrund des reduzierten Leckagepotentials auch sicherer.
Dabei ist die Länge der Verbindungsleitungen vom Hersteller begrenzt - bietet aber im Alltagseinsatz nicht wirklich ein Limit: 950 m Gesamtleitungslänge können abgedeckt werden. Die Gesamtleistungen derartiger VRF-Anlagen sind neben Hotels, Shops, Büros auch für Großprojekte geeignet: Im Business Park Varna Bulgarien werden zum Beispiel 4,9 MW Kälteleistung und im Torre Agbar Bürotower in Barcelona rund 2,5 MW Kälteleistung von der VRF-Anlage erreicht.
Größere VRF-Anlagen lassen sich auch mit übergeordneten »Master-BC-Controllern« und ihnen folgenden »Slave-BC-Controllern« in Form von Erweiterungsbausteinen aufbauen. Dies unterstützt eine individuelle und objektspezifische Planung der Verschaltung und Versorgung der VRF-Anlage. Der »BC-Controller« bietet in jedem Fall auch die Möglichkeit, an zentraler Stelle in einem Technikraum platziert zu werden. Das vereinfacht die Wartungsarbeit nicht nur, sondern erlaubt auch eine Wartung bei laufendem Geschäfts-, Büro- oder Hotelbetrieb. Auch das ist nach Angaben des Unternehmens ein wichtiges Argument insbesondere für den Betreiber. Zwingend erforderlich ist ein Technikraum jedoch nicht - auch die Zwischendecken werden oft für die Installation der VRF-Anlage verwendet.
"Dazu kommt das energetisch sehr hohe Potential durch unser "R2"-System, bei dem mit nur zwei Rohrleitungen Wärme und Kälte innerhalb eines Gebäudes ausgetauscht, sprich verschoben werden können", so Lechte. "Wärme muss nicht mehr wie sonst in der Klimatisierung üblich abgeführt, sondern kann für die Warmwasserbereitung oder die Beheizung in anderen Gebäudeteilen verwendet werden. Diese Technik wurde ja speziell für die Ansprüche moderner Gebäudearchitektur und maximaler Effizienz im Umgang mit zur Verfügung stehender Kälte- und Wärmeenergie entwickelt. Unser Ziel ist es, zu verdeutlichen, wie sich mit unseren Produkten ganzheitliche, hocheffiziente Lösungen auf der Basis erneuerbarer Energieträger für die vollständige Wärme- und Kälteversorgung von Gebäuden aufbauen lassen."
Ist der Einsatz von Kältemitteln als Energieträger von den Außen- zu den Inneneinheiten im Gebäude hin unbedingt erforderlich?
Nein - mittlerweile steht hier auch ein System zur Verfügung, das die Vorzüge einer kältemittel- und einer wassergeführten Technologie verbindet, ohne dabei auf eine hohe Betriebssicherheit, ein Maximum an Komfort sowie die Energieeffizienz des "R2"-Systems zu verzichten. Das neue "Hybrid"-VRF-System nutzt auch weiterhin das Sicherheitskältemittel R 410A und bedient sich als Grundlage der bewährten "R2"-Technologie zum simultanen Kühlen und Heizen mit Wärmerückgewinnung. Die höhere Energieeffizienz durch Wärmerückgewinnung ermöglicht Energieeinsparungen von bis zu 40 Prozent im Vergleich zu einem Kaltwassererzeuger.
Im "HVRF"-System zirkuliert das Kältemittel vom Außengerät bis zu einem Verteiler, dem sogenannten "Hybrid-BC-Controller", der in einem Technik- oder Lagerraum untergebracht werden kann. Dort wird die Energie über spezielle Platten-Wärmeübertrager vom Kältemittel auf Wasser übertragen.
Im "Hybrid-BC-Controller" werden invertergeregelte Pumpen eingesetzt, die den angeschlossenen Endgeräten die benötigte Energiemenge zur Verfügung stellen. Im Unterschied zum klassischen "R2"-Wärmepumpensystem fließt das Kältemittel beim "Hybrid-R2"-System nur zwischen dem Außengerät und dem "H-BC-Controller". Ab dem "H-BC-Controller" wird konditioniertes Wasser zu den Innengeräten geführt, sodass im Gebäude - in den Fluren und Räumen - kein Kältemittel mehr im Rohrnetz und in den Klimageräten als Transportmedium erforderlich ist. Die Rohrleitungen selbst haben ähnlich kleine Rohrdurchmesser, wie man es von herkömmlichen VRF-Systemen her kennt. Diese können - da Wasser als Transportmedium verwendet wird - auch aus Werkstoffen, wie beispielsweise Kunststoff, bestehen. Das senkt die Materialkosten und lässt eine einfache Montage zu.
Der große Vorteil der Trennung von Kältemittel und Wasserkreislauf durch den Wärmeübertrager im "H-BC-Controller" besteht darin, dass flexibel auf Änderungen bezüglich neuer Kältemittel reagiert werden kann. Lediglich die kältemittelführenden Komponenten werden angepasst. Die Infrastruktur im Gebäude wird davon nicht berührt.
"Damit bietet dieses System beim Einsatz von Kältemitteln uneingeschränkte Planungssicherheit sowie einen besonders hohen Komfort sowohl in der Beheizung als auch der Kühlung von Gebäuden", erläutert Lechte die strategische Bedeutung dieser technologischen Neuentwicklung.
Die Planung und Ausführung des neuen "HVRF"-Systems gestaltet sich ausgesprochen einfach, da der Hersteller bereits alle hydraulischen Komponenten aufeinander abgestimmt hat. So sind beim "Hybrid City Multi"-System beispielsweise keine zusätzlichen Pumpen, Tanks oder Umschaltventile erforderlich. Der invertergeregelte Kompressor im Außengerät verfügt über eine nahezu stufenlose Leistungsregelung und stellt nur die tatsächlich im Gebäude benötigte Leistung zur Verfügung. Das gleiche gilt für die Pumpen im "H-BC"-Controller, die die umlaufende Wassermenge je nach Leistungsbedarf individuell anpassen und einen Betrieb ohne zusätzliches Vorhaltespeichersystem ermöglichen. Der Gesamtwirkungsgrad des "R2"-Systems ist durch den großen Anteil der Wärmerückgewinnung wesentlich höher als bei konventionellen Systemen und lässt sich durch die Realisierung einer Komplettklimatisierung sowie über eine optimierte Anlagen- und Regelungstechnik noch erheblich steigern.
Waren früher noch spezielle Außengeräte für diese Systeme erforderlich, können inzwischen auch bei dem "Hybrid"-VRF-System Standard-"R2"-Außengeräte eingesetzt werden. Aktuell stehen "Hybrid-BC-Controller" für den Anschluss von acht bzw. 16 Innengeräten zur Verfügung. Diese können dann als Kaskade verschaltet werden, sodass bis zu 50 Innengeräte in einem System miteinander verbunden und an einem Außengerät angeschlossen werden können. Bei einer solchen Kaskade übernimmt dann ein Controller die Masterfunktion und die anderen werden als Slave nachgeschaltet. Mit dieser Technologie lassen sich Komplettanlagen für die Beheizung und Kühlung auf Basis erneuerbarer Energieträger in einem System und bei Kälteleistungen von 22 bis 56 kW und Heizleistungen zwischen 25 und 63 kW abbilden. Jedes einzelne Innengerät kann unabhängig im Heiz- und Kühlbetrieb arbeiten. Wärme, die den zu kühlenden Räumen entzogen wird, wird nicht an die Außenluft abgegeben, sondern zum Beheizen der Räume mit Wärmebedarf verwendet.
Fazit
Die VRF-Technologie hat sich in den vergangenen Jahren gerade auch im Hinblick auf die geforderte, immer höhere Energieeffizienz in der Technischen Gebäudeausrüstung zu einem wichtigen **Wachstumsmarkt ** in der monovalenten Wärme-, Kälte- und Warmwasserversorgung entwickelt. Mit der VRF-"R2"- und der "HVRF"-Technologie existieren zudem neue Möglichkeiten, mit denen sich noch individuellere VRF-Anlagen planen und erstellen lassen.
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