SCOP-Werte über 5,0: Wärmepumpen für große Gebäude

Während Wärmepumpen für neu errichtete Ein- und Zweifamilienhäuser bereits das Heizsystem der Wahl sind, werden sie in Mehrfamilienhäusern und vielen Gewerbezweigen noch deutlich verhaltener eingesetzt. Aber der Technologiewechsel wird angesichts vieler Vorteile auch hier schnell kommen. Um der absehbar steigenden Nachfrage gerecht zu werden, hat M-TEC eine neue Wärmepumpenserie für den größeren Leistungsbedarf entwickelt und bietet sie neben der dreijährigen Standardgarantie optional mit Garantieverlängerung auf fünf oder zehn Jahre an.

Die Luft/Wasser-Wärmepumpen der Power-Serie sind mit Leistungen von 8 bis 31 kW erhältlich. Die Sole/Wasser- und Wasser/Wasser-Wärmepumpen stehen mit Heizleistungen zwischen 10 und 70 kW zur Verfügung. Bei allen Wärmepumpen der Power-Serie sind Vorlauftemperaturen bis zu 62 °C möglich. Im Sommer können alle Wärmepumpen der Power-Serie zur Kühlung eingesetzt werden.

Einspritztechnik und Inverter

Wie bei den kleineren M-TEC-Modellen optimieren bei der Power-Serie eine vergrößerte Verdampferfläche, größere Ventilatoren sowie eine innovative Einspritztechnologie den Wirkungsgrad der Wärmepumpen. Letztere reagiert vorausschauend auf Drehzahländerungen: Da das System die kommenden Drehzahländerungen des Kompressors vorausplant, kann es gleichzeitig das Expansionsventil steuern. Dadurch bleibt die Überhitzung des Kältemittels konstant, was einen höheren Wirkungsgrad ermöglicht. Eine konstante Überhitzung garantiert zudem, dass keine Flüssigkeitstropfen in den Verdichter gelangen; mögliche Schädigungen werden so vermieden.

M-TEC verwendet für seine Wärmepumpen Scroll-Verdichter, da sie im Vergleich zu anderen Kompressoren einen höheren Wirkungsgrad liefern. Scroll-Verdichter bieten auch den Vorteil, dass sie sehr geräuscharm arbeiten. Die Schallemissionen der neuen Luft/Wasser-Wärmepumpen hat M-TEC unter 35 dB(A) bei 10 m Entfernung gesenkt. Das entspricht dem Geräusch eines sehr leisen Gesprächs. Wegen seines hohen Wirkungsgrads wird das Sicherheitskältemittel R410A eingesetzt.

SCOP-Werte über 5,0

Der ebenfalls neu entwickelte M-TEC Power-Inverter passt die Verdichterleistung an den tatsächlichen Wärmebedarf an. Neben dem höheren Wirkungsgrad im Teillastbereich reduziert die Leistungsregelung die Zahl der technisch und energetisch ungünstigen Einschaltzyklen und verlängert die Lebensdauer des Kompressors um rund 20 %.

Mit diesen Maßnahmen ist es gelungen, den Jahreswirkungsgrad der Luft/Wasser-Wärmepumpen auf einen SCOP-Wert von 5,2 (bei 35 °C, Klimazone Mitteleuropa) zu erhöhen. Bei marktüblichen Wärmepumpen liegt der SCOP-Wert unter 5. Der SCOP-Wert der Sole/Wasser-Wärmepumpe liegt bei 5,42, die Wasser/Wasser-Wärmepumpe erreicht aufgrund der ganzjährig günstigen Quellentemperatur des Grundwassers einen SCOP-Wert von 7,35.

Mit einem integrierten Quellen-Management können die Sole/Wasser-Wärmepumpen unterschiedliche Wärmequellen gleichzeitig nutzen. Erdreich, Solarmodule für die kombinierte Strom- und Wärmeerzeugung (PVT-Kollektoren) oder Sole/Verdampfer – das System misst die Eingangstemperatur der jeweiligen Solequelle, wählt stets die Quelle mit der aktuell höchsten Temperatur aus und maximiert dadurch den Ertrag. Kombiniert man die Wärmepumpenanlage mit einer Solarthermie-Anlage, ist auch eine Regeneration der Solequelle möglich.

Modular erweiterbar bis 280 kW

Ob Luft/Wasser-, Sole/Wasser- oder Wasser/Wasser-Wärmepumpe: Bei allen Modellen der Power-Serie lassen sich bis zu vier Geräte kaskadieren, sodass sie mit großer Modulation einen Leistungsbereich von 8 bis 124 kW bzw. 8 bis 280 kW abdecken können. Die Kaskadierung erfolgt hydraulisch. M-TEC bietet dafür Verbindungsschläuche zur Schwingungsentkopplung an. Ein Frostschutz ist nur notwendig, wenn mit Stromausfällen über 24 h zu rechnen ist.

Abhängig von der Größe der Wohnungen, der benötigten Heizleistung und dem Energieverbrauch kann man so mit einer Kaskaden-Anlage bis zu 100 Wohnungen heizen und kühlen, da M-TEC seine Wärmepumpen standardmäßig mit einer Aktiv-Kühlen-Funktion mit Kältekreislauf-Umkehr ausstattet.

Integriertes Energiemanagementsystem

Fachplaner können die Wärmepumpen somit bei größeren Projekten einsetzen und auf Basis des integrierten Energiemanagements „erneuerbare Gesamtenergielösungen“ realisieren: Analog zu den Vorgängermodellen stattet M-TEC die Power-Serie standardmäßig mit dem integrierten und erweiterbaren Energiemanagementsystem E-Smart Basic aus.

Das System maximiert den Eigenverbrauch und steuert / regelt sämtliche Erzeuger und Verbraucher. Dazu können neben den Wärmepumpen auch Heizstäbe, Batteriespeicher, Ladestationen für Elektrofahrzeuge und Solarstromanlagen gehören. Weil sich die Drehzahlregelung der Wärmepumpen selbstständig an die erzeugte (bzw. überschüssige) Photovoltaik-Leistung anpasst, lässt sich eigener Solarstrom schon bei geringen Überschüssen kostenoptimal zum Heizen und Kühlen verwenden. In einem Mehrparteienhaus empfiehlt M-TEC eine dezentrale Trinkwassererwärmung, z. B. in Kombination mit einer Photovoltaik-Anlage.

Insgesamt sorgt E-Smart dafür, dass möglichst wenig Strom in das Netz eingespeist und in der Folge weniger Strom aus dem Netz bezogen werden muss. Weil das Energiemanagementsystem sowohl die Heizung, Kühlung und Trinkwassererwärmung in das Gesamtkonzept einbindet, kann man den Eigenverbrauch auf bis zu 80 % steigern und den Autarkiegrad auf 70 bis 80 % erhöhen.

Wärme und Strom speichern

Vorausschauend erzeugte Wärme aus Überschussstrom speichert entweder über die Flächenheizung die Estrichmasse oder ein Pufferspeicher. Zudem kann überschüssiger Solarstrom in einem stationären Stromspeicher oder in Elektrofahrzeugen gespeichert werden. Dafür lassen sich mehrere Ladestationen in das Gesamtsystem einbinden. Damit Mehrparteienhäuser und Unternehmen den Strom individuell abrechnen können, wurden OCCP-Schnittstellen in das System integriert. Da E-Smart auch über ein Lastmanagement verfügt, wird das Stromnetz vor Überlastungen geschützt. Je nach Bedarf und Netzauslegung begrenzt das System den Ladestrom für die Ladestationen.

E-Smart lässt sich über das integrierte Touchpad, per Smartphone, Tablet-PC oder PC konfigurieren und bedienen. Mit der zweiten, bereits integrierten Steuerungseinheit lassen sich weitere Verbraucher und Erzeuger auch zu einem späteren Zeitpunkt miteinander vernetzen.

Damit man stets den Überblick behält, macht das System alle Energieverläufe im Haus sichtbar und zeichnet sie auf. Über die Funktion „Internet inside“ lassen sich die Wärmepumpen aus der Ferne steuern und warten. Und sollten sie nicht optimal arbeiten, melden sie das Problem automatisch an den ausgewählten Fachbetrieb. Er kann dann in der Regel notwenige Anpassungen aus der Ferne vornehmen.

Dieser Artikel von Peter Huemer ist zuerst erschienen in TGA Ausgabe 10/2021. Peter Huemer ist Geschäftsführer der M-TEC GmbH, www.mtec-systems.com.

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