Hohen Warmwasser-Bedarf mit Wärmepumpen abdecken
Die Wärmewende im Immobiliensektor ist eine der großen Herausforderungen der nächsten Jahre. Dabei geht es darum, den Ausstieg aus der Nutzung fossiler Energieträger zur Bereitstellung von Raumwärme und Warmwassererzeugung zu vollziehen. Wärmepumpen spielen hierbei eine zentrale Rolle. Für hohen und sehr hohen Trinkwarmwasserbedarf – etwa in den Bereichen Wohnungsbau, Hotel, Sportanlagen, Gewerbe oder im Gesundheitswesen – kann es sinnvoll sein, Wärmeerzeugung und Trinkwarmwassererwärmung voneinander zu trennen. Heißwasser-Wärmepumpen auf Basis des Kältemittels R744 (CO2) sind eine besonders effiziente Lösung.
Hohe Anforderungen an Wirtschaftlichkeit und Komfort, energetische Standards sowie die gesetzlichen Vorgaben haben Wärmepumpen zu einer optimalen Lösung und echten Alternative zu klassischen Wärmeerzeugern gemacht. Dabei bietet die Wärmeerzeugung mit einer Wärmepumpe viele Vorteile. Vor allem wenn als Energiequelle die Umgebungsluft genutzt wird. Denn im Gegensatz zu Sole/Wasser- oder Wasser/Wasser-Wärmepumpen entfallen bei der Luft/Wasser-Variante generell aufwendige und kostspielige Erdkollektoren oder Erdbohrungen – samt der damit verbundenen, notwendigen Genehmigungen.
Für Luft/Wasser-Wärmepumpen ist die Warmwasserbereitung neben der Raumwärme ein wichtiger Anwendungsfall. Die Herausforderung liegt hierbei im Temperatureinsatzfeld. Während Wärmepumpen den Warmwasserbedarf im Ein- und Zweifamilienhaus problemlos bedienen können, muss bei größeren Gebäuden eine Speicher-Solltemperatur von mindestens 60 °C bereitgestellt werden. Für Anwendungen mit besonders hohem Warmwasserbedarf – beispielsweise in Mehrfamilienhäusern, Hotels, Sportstätten, Schwimmbädern oder Senioren-Anlagen – steht deshalb eine Heißwasser-Wärmepumpe auf Basis des Kältemittels R744 (CO2) von Mitsubishi Electric für die effiziente Bereitstellung von Trinkwarmwasser zur Verfügung.
Warum CO2 als Kältemittel?
Doch warum wird überhaupt ein alternatives Kältemittel in der Wärmepumpe zur Warmwassererzeugung eingesetzt? Jedes Kältemittel bietet Vorteile, die je nach Anwendung genutzt werden können. Sind bei einer Wärmepumpen-Kaskade lange Rohrleitungen zu den Innenmodulen zu überwinden (>30m), ist das Kältemittel R32 am besten geeignet, diese Anwendung zu realisieren. Heißwasser-Wärmepumpen mit CO2 als natürlichem Kältemittel haben ein niedriges Treibhauspotenzial.
Besonders hohen Warmwasserbedarf abdecken
CO2-Heißwasser-Wärmepumpen sind eine besonders energieeffiziente Lösung für die Warmwassererzeugung. Das liegt daran, dass CO2 das für die Warmwasserbereitung erforderliche Temperatureinsatzfeld deutlich effizienter abbilden kann als herkömmliche Kältemittel. „Insbesondere als Ergänzung zu einer Wärmepumpen-Kaskade, oder einer Klimaanlage als VRF- oder Hybrid-VRF-System bietet die QAHV-Wärmepumpe eine deutliche Steigerung der Gesamt-System-Effizienz“, erklärt hierzu Michael Lechte, Manager Product Marketing bei Mitsubishi Electric, Living Environment Systems. „Gerade in Hotels ist das ein weitverbreitetes Anlagenkonzept. Oft ersetzen diese Anlagen die auf Basis fossiler Brennstoffe betriebene, veraltete Gerätetechnik“, so Lechte weiter.
Warmwasserbereitung mit CO₂-Heißwasser-Wärmepumpe
Die Bereitstellung des Warmwasserbedarfs mit der QAHV-CO2-Wärmepumpe lässt sich deutlich effizienter gestalten als mit einer Wärmeerzeugung über Heiz-Wärmepumpen. Aber warum ist das so? Hier kann der Hersteller eindeutig seinen jahrzehntelangen Wissensvorsprung in der Entwicklung von Kältemittelverdichtern und ihre Abstimmung auf das jeweils eingesetzte Kältemittel nutzen. Bei der Heißwasser-Wärmepumpe QAHV kommt dementsprechend eine speziell für den Einsatz von CO2 als Kältemittel entwickelte Verdichter-Technologie zur Maximierung der Effizienz zum Einsatz. Für hohe Warmwasserleistungen bei bestmöglicher Effizienz ist das 40 kW-Monoblock-Gerät mit der neuesten Generation eines invertergeregelten Scroll-Verdichters für R744 mit Flash-Injection ausgestattet.
Um eine niedrige Rücklauftemperatur zu erreichen, ist das System hydraulisch, entsprechend den Herstellerangaben, auszulegen. Je geringer die Rücklauftemperatur ist, desto effizienter kann das System betrieben werden. Die QAHV-Heißwasser-Wärmepumpe ist in der Lage, selbst bei Außentemperaturen von - 3 °C, die volle Heizleistung zu erbringen. Darüber hinaus sind die Geräte bei Umgebungstemperaturen von bis zu - 25 °C funktionsfähig und in der Lage 90 °C heißes Wasser zu liefern, sodass ein weiterer Wärmeerzeuger auch bei sehr tiefen Außentemperaturen nicht erforderlich ist. Die monovalente Warmwasserbereitung ist mit diesem System zur Außenaufstellung also problemlos möglich. Zudem ist sie mit einem gemessenen Schalldruckpegel von 56 dB(A) in einem Abstand von 1 m vor dem Gerät und in 1,5 m Höhe äußerst leise.
Trinkwarmwasserspeicher muss sein
Der Einsatz eines Trinkwarmwasserspeichers ist bei diesem System obligatorisch. Je nach Anlagenarchitektur ist die Baugröße eines solchen Trinkwarmwasserspeichers individuell auszulegen und beginnt mit einem Fassungsvermögen von 500 Litern. Um den optimalen Betrieb des Hochleistungswärmetauschers (doppelwandiger Wärmetauscher) dauerhaft zu gewährleisten, lässt sich dies am besten mit einer Wasseraufbereitungsarmatur mit Entkalkungsfunktion realisieren. Mit einer QAHV-Heißwasser-Wärmepumpe kann beispielsweise ein Hotel mit höherem Warmwasser-Komfortbedarf und 90 Zimmern gut abgedeckt werden. Bei Mehrfamilienhäusern könnte der Bedarf von rund 80 Wohneinheiten mit einer QAHV-Kaakade abgedeckt werden. Auch ein wesentlich höherer Wärmebedarf, beispielsweise für ein Krankenhaus oder ein Wellness-/Spa-Bad, lässt sich mit der CO2-Wärmepumpe bedienen.
Kaskadierung bis 640 KW Heizleistung
Für einen besonders hohen Warmwasserbedarf besteht auch die Möglichkeit, die CO2-Wärmepumpe zu kaskadieren. Mit dem M-Net Kommunikations-BUS lassen sich – gegebenenfalls auch nachträglich – bis zu sechzehn CO2-Wärmepumpen zu einer Kaskade zusammenschließen. Regelungstechnisch kann die QAHV über eine Kabelfernbedienung vom Typ PAR-MAA-31 gesteuert werden. Möglich ist auch eine Anbindung an ein Zentralfernbedienungssystem vom Typ AE200. Eine Einbindung in eine übergeordnete GLT ist bei diesem System ebenfalls jederzeit ohne größeren Aufwand möglich.
In einer Anlagenarchitektur mit bis zu 640 kW Heizleistung muss die Großanlage mit einer Speicherbatterie hydraulisch abgeglichen werden. Bei der Kaskadierung werden die Geräte regelungstechnisch miteinander verbunden, so dass sie in den Heizbetrieb gehen, sobald ein Eingangssignal eingeht.
Da die Heißwasser-Wärmepumpe neunzig Grad warmes Wasser zur Verfügung stellt, wird die Mindesttemperatur für die normgerechte Trinkwarmwasserbereitung automatisch erfüllt. Um Projekten dieser Größenordnungen eine ausreichende Temperasturreserve zu gewährleisten, beträgt die empfohlene Speicher-Solltemperatur 65 °C. Damit können die Anforderungen an die Trinkwasserhygiene mühelos erfüllt werden.
Luft-Wasser-Wärmepumpen gehört zweifelsfrei die Zukunft, wenn es um moderne und emissionsarme Bereitstellung von Raumwärme und Warmwasser geht. Ihre einfache Installation und Bedienung sowie die Möglichkeit, den erforderlichen Antriebstrom vollständig aus regenerativen Energiequellen zu nutzen, macht diese Technologie so attraktiv. Für größere Leistungsanforderungen können mehrere Wärmepumpen als Kaskade verschaltet werden. Für hohen und sehr hohen Warmwasserbedarf – etwa in den Bereichen Hotel, Sportanlagen, Gewerbe oder im Gesundheitswesen – ist es sinnvoll, Wärmeerzeugung und Trinkwarmwassererwärmung voneinander zu trennen.
Für die separate Warmwasserbereitung ist das Kältemittel CO2 optimal geeignet, da es das für die Trinkwarmwasserbereitung erforderliche Temperatureinsatzfeld deutlich effizienter abbilden kann. Gleichzeitig ist CO2 ein natürliches Kältemittel, das keine Schädigung der Ozonschicht verursacht und ein niedriges Treibhauspotenzial besitzt.
Mit der QAHV-Heißwasser-Wärmepumpe steht ein Modell zur Verfügung, das mit 40 kW Heizleistung Warmwasser von bis zu 90 °C bei Außentemperaturen von bis zu - 25 °C erzeugen kann. Damit ist ein monovalenter Betrieb ohne zusätzlichen Warmwassererzeuger problemlos möglich. Bei höheren Leistungsanforderungen ist eine Kaskadierung von bis zu sechzehn Außengeräten realisierbar.
