FAQs zu VRF-Systemen - Fragen und Antworten zu Anwendungsmöglichkeiten von Geräten mit variablem Kältemittelstrom

Welche Luftbehandlungsfunktionen können durch VRF-Systeme abgedeckt werden?
VRF-Systeme gehören zur Gruppe der Direktverdampfer. Zwischen Innen- und Außengerät werden je nach System Kältemittel oder Wasser für den Energietransport eingesetzt. Die Geräte können Räume im Umluftbetrieb kühlen, heizen und entfeuchten, sie bieten jedoch (noch) keine Möglichkeit zur Befeuchtung der Raumluft. Die meisten VRF-Innengeräte verfügen standardmäßig über einen Anschluss zur Frischluftzufuhr. Somit kann auch die Frischluftversorgung durch die Systeme erfolgen. Hierfür stehen dezentrale Lüftungsgeräte mit Wärmerückgewinnung zur Verfügung, die mit in die VRF-Systeme eingebunden werden können und mit diesen eine regelungstechnische Einheit bilden. Alternativ lassen sich die Wärmeregister von zentralen raumlufttechnischen Anlagen auch über die VRF-Technologie mit Wärme oder Kälte versorgen. Generell bieten VRF-Systeme die Möglichkeit, die erzeugte Energie auch für die Warmwasserbereitung zu nutzen. Dazu können Pufferspeicher geladen werden, die die erforderliche Wärme über ein Frischwassermodul im Durchlaufverfahren an das Trinkwasser abgeben.

4-, 3- oder 2-Leiter-System?
Während bei konventioneller, geteilter Anlagentechnik ein 4-Leiter-System zum Kühlen und Heizen (zwei Rohrleitungen zum Heizen/zwei Rohrleitungen zum Kühlen) benötigt wird, kommt bei VRF-Anlagen, die sowohl heizen als auch kühlen können, ein 3-Leiter-System zum Einsatz. In den drei Rohrleitungen wird flüssiges Kältemittel als Heißgas und als Sauggas transportiert. Damit lassen sich sowohl Heiz- als auch Kühlanwendungen abdecken.
2-Leiter-Systeme bieten in der Regel die Möglichkeit zum Heizen oder Kühlen. Bei dieser Lösung wird ein einheitlicher Betriebszustand – entweder heizen oder kühlen – für ein Gebäude bzw. eine Klimazone vorausgesetzt. Zudem ist es meist nicht möglich, kurzfristig vom Heiz- in den Kühlbetrieb bzw. vom Kühl- in den Heizbetrieb zu wechseln. Dafür muss die Anlage zunächst heruntergefahren und dann neu gestartet werden. Anders stellt sich dagegen ein 2-Leiter-System dar, mit dem gleichzeitig nicht nur geheizt und gekühlt, sondern zudem Wärmeenergie zurückgewonnen bzw. verschoben werden kann, wie es von dem Unternehmen Mitsubishi Electric angeboten wird. Um dies zu erreichen, wird zwischen Außeneinheit und Innengeräten ein Kältemittelverteiler („BC-Controler“) als zentrale Schaltstation eingesetzt. Dieser stellt den Innengeräten je nach Anforderung Heißgas für die Wärmeversorgung oder flüssiges Kältemittel für die Kühlung zur Verfügung. Dafür fließt in einer Rohrleitung sowohl flüssiges als auch gasförmiges Kältemittel.
2-Leiter-VRF-System mit Wasser: Dieses System wird darüber hinaus auch mit Wasser für den Kälte- und Wärmetransport angeboten. Als Hybrid-VRF-System fließt dabei das Kältemittel nur zwischen dem Außengerät und dem Verteiler („Hybrid-BC-Controller“), der die Energie des Kältemittels auf das Wasser überträgt. Im Gebäude und den Endgeräten fließt somit nur Wasser für den Energietransport. Der Standort des Gerätes ist beliebig, muss aber im Gebäudeinneren liegen, um den Einsatz von Glycol zu vermeiden. Hier bieten sich beispielsweise Technik- oder Lagerräume an.

Eignen sich VRF-Systeme für eine monovalente Betriebsweise?
Moderne VRF-Systeme eignen sich durch ihre Wärmepumpenfunktion grundsätzlich zur effizienten Beheizung von Gebäuden. Die Heizleistung sowie die Effizienz hängen jedoch in starkem Maße von der Temperaturdifferenz zwischen der Wärmequelle und dem Heizsystem ab. Das gilt insbesondere für Geräte, die ihre Energie aus der Außenluft beziehen. Das liegt daran, dass die Außenluft hohen Temperaturschwankungen unterworfen ist. Dies hat erheblichen Einfluss auf die Druckverhältnisse in einem Kältekreislauf und führt zu einem Absinken der Heizleis­tung bei niedrigen Temperaturen. Bei klassischen Luft-/Wasser-Geräten kann die Heizleistung dabei um bis zu 45% absinken.
Um die Einsatzbereiche und die Energieeffizienz zu optimieren, sind die Hersteller fortlaufend bemüht, neue technische Lösungen zu entwickeln. Bekannte Beispiele sind die Einführung der Scroll-Verdichter oder auch die Inverter-Technologie zur stufenlos modulierenden Betriebsweise solcher Systeme. Die Zwischeneinspritzung, bei der Kältemittel über einen Bypass in den Verdichterprozess geleitet wird, ist ein weiterer Fortschritt, um die Effizienz und die Einsatzbereiche speziell von Wärmepumpensystemen zu erweitern, die Luft als Wärmequelle nutzen.
Die VRF-Außengeräte des Herstellers Mitsubishi Electric zum Beispiel verfügen optional über die sogenannte „Zubadan“-Technologie, um den Heizbetrieb während kalter Außentemperaturen im monovalenten Betrieb von bis zu minus 25°C zu gewährleisten. Zudem sind alle Außengeräte als „High-COP“-Variante mit einem optimierten Wirkungsgrad erhältlich. Durch dessen Einsatz kann in den meis­ten Fällen auf ein zusätzliches Heizsys­tem verzichtet werden.

Wie sieht ein optimaler Abtauprozess aus?
Ein wichtiges Thema beim Betrieb von VRF-Anlagen, die zum Heizen genutzt werden, ist die Frage nach dem optimalen Abtauverhalten bei tiefen Außentemperaturen. Standardsysteme arbeiten mit einer Umkehrung des Kältemittelflusses. Während dieser Phase findet keine Energieabgabe an die Innengeräte statt und es besteht ein eklatantes Auskühlungsrisiko. Als Lösung stehen am Markt Systeme zur Verfügung, mit denen eine kontinuierliche Belieferung der Innengeräte mit Heizwärme erreicht werden kann.
Möglich wird dies durch eine Abtauung ohne Umkehrung, bei der bis zu 50% Kältemittelfluss bestehen und so der Heizkomfort erhalten bleibt. Voraussetzung hierfür ist ein in zwei Segmente eingeteilter Wärmetauscher im Außengerät, der dafür sorgt, dass dieser wechselseitig abgetaut wird und der Heizbetrieb gleichzeitig fortgeführt werden kann. Dieser in Segmente geteilte Wärmetauscher in VRF-Außengeräten ist eine unverzichtbare Voraussetzung, um den Heizkomfort auch während des Abtauprozesses zu gewährleisten.

Welche Einsparpotenziale ermöglichen VRF-Systeme?
Während konventionelle gebäudetechnische Anlagen immer mit getrennten Systemen zum Heizen und Kühlen arbeiten müssen, besteht einer der ganz gro­ßen Vorteile von VRF-Systemen darin, dass dieselbe Anlage im Wechselbetrieb grundsätzlich zum Heizen oder Kühlen eingesetzt werden kann. Hierin liegt ein enormes Einsparpotenzial, das überall dort verwendet werden kann, wo die Wärme- und Kältelastberechnungen einen eindeutigen Sommer-/Winterbetrieb ermöglichen. Interessant wird es, wenn in einem Gebäude ein gleichzeitiger Wärme- und Kältebedarf anliegt. Das ist in der Regel dann der Fall, wenn das Bauobjekt eine klare Nord-Süd-Achse aufweist und/oder über große Fensterflächen verfügt, wie es bei Büro- und Gewerbeimmobilien heutzutage üblich ist.
Moderne VRF-Systeme mit zusätzlicher Wärmerückgewinnungsfunktion sind in der Lage, simultan zu Heizen und zu Kühlen. Dabei kann die überschüssige Wärme aus einem Raum in einen anderen Raum zur Erwärmung geleitet werden. Diese Energieverschiebung trägt dazu bei, die Betriebskosten weiter zu senken.

Welche Energiekennzahlen gelten bei VRF-Systemen?
Bisher wurden Klimageräte mit der Energy Efficiency Ratio (EER) und dem COP bewertet. Der EER bewertete die Effizienz im Kühlbetrieb. Der COP definierte die Wirtschaftlichkeit – also das Verhältnis von eingesetzter und abgegebener Leis­tung – im Heizbetrieb. Bislang waren diese Werte ausschließlich auf einen einzigen Betriebspunkt hin ausgelegt. Das führte dazu, dass Hersteller teilweise ihre Geräte ausschließlich genau auf diesen Betriebs­punkt hin optimierten und so von der Gesamtleistung des Produktes her in eine hohe Effizienzklasse gelangen konnten. Die Einteilung in die einzelnen Energieeffizienzklassen innerhalb der ErP-Richtlinien wurde neu geordnet.
Bei der Beurteilung der Energieeffizienz von Klimageräten im Kühl- und Heizbetrieb wird nach der ErP-Richtlinie der Seasonal EER-Wert bzw. der Seasonal COP-Wert als Maßzahl betrachtet. Derzeit gilt diese Betrachtungsweise für Klimageräte bis 12 kW. Die Leistungsmessung findet hier nicht nur bei einem einzigen Temperaturpunkt, sondern bei vier unterschiedlichen Temperaturpunkten statt. Diese unterscheiden sich für den Kühl- und den Heizbetrieb. So wird das Teillastverhalten eines Klimagerätes bzw. einer Wärmepumpe berücksichtigt. Darüber hinaus fließen auch Faktoren wie der Stand-by-Verbrauch und bei Klimageräten die verwendeten Innengeräte mit in die Berechnung ein. Es wird der Ganzjahresbetrieb berücksichtigt, um möglichst unter realistischen Bedingungen die Energieeffizienz des Gerätes, bzw. des Gesamtsystems abzubilden.

Welche Auswirkungen hat die neue F-Gas Verordnung?
Die Verwendung fluorierter Treibhausgase ist seit dem 1. Januar 2015 in der Verordnung (EU) Nr. 517/2014 über fluorierte Treibhausgase (neue F-Gas Verordnung) geregelt. Die Verordnung ist ein Beitrag, um die CO2-Emissionen des Industriesektors bis zum Jahr 2030 um 70% gegenüber 1990 zu verringern. Das Inverkehrbringen von VRF-Systemen mit dem Kältemittel R410A ist auch weiterhin unproblematisch, da das GWP (Global Warming Potential) für das Kältemittel R410A mit 2088 unter dem gesetzlich verankerten Grenzwert von 2500 liegt, der ab dem 1. Januar 2020 für Neuanlagen gilt. Auch Einschränkungen für Service und Wartung bestehen nicht, da Serviceverbote ebenfalls nur für Kältemittel mit einem GWP von 2500 oder höher gelten.
Die neue F-Gas Verordnung sieht ferner einen Phase Down vor, der die in Verkehr gebrachte Kältemittelmenge (Frischware) begrenzt, was unter Umständen zu höheren Preisen führten kann. Allerdings hat der Phase Down keine Auswirkungen auf aufbereitetes Kältemittel, welches sich im Markt befindet und wieder verwendet wird. Der Vorteil von VRF-Anlagen liegt in ihrer hohen Energieeffizienz und ihrem geringen Energieverbrauch, die so für indirekte geringe Treibhausemissionen sorgen.

Bilder: Mitsubishi Electric Europe B.V., Ratingen

Kontakt: www.mitsubishi-les.com