Kühlen und Heizen mit einem System
Dezentrale Lösungen mit VRF-Technologie
Mit VRF-Systemen lässt sich die Raumluft im Umluftbetrieb kühlen, heizen und entfeuchten. Die meisten VRF-Innengeräte verfügen standardmäßig über einen Anschluss zur Frischluftzufuhr.
Durch eine Inverter-Regelung wird nur so viel Leistung bereitgestellt, wie durch die Innengeräte abgenommen wird. Die Leistungsabgabe erfolgt kontinuierlich an den aktuellen Bedarf angepasst.
Das zeitgleiche Kühlen und Heizen ist auch mit einem 2-Leiter-System möglich.
Das gleichzeitige Kühlen und Heizen ist eine Anforderung, die insbesondere in größeren gewerblichen Gebäuden, Büros, Läden und dem Objektbau oft zum Tragen kommt. Im Trend der technischen Lösungen liegt hier mitunter die VRF-Technologie, die vom kleinen bis in den großen Leistungsbereich eingesetzt werden kann.
Der heutige Haustechnik-Standard im größeren Gewerbebau besteht oft aus getrennten Anlagen zur Wärmeerzeugung, Lüftung und Kühlung. Gerade die moderne Bauweise mit großen Glasfronten, deutlich verschärften Vorschriften zur Gebäudedämmung und interne Wärmelasten wie PCs oder Serverräume haben dazu geführt, dass diese Anlagen gegeneinander arbeiten können. Sprich: In einem Gebäudeteil muss Wärme abgeführt werden, während in einem anderen Bereich geheizt oder Warmwasser benötigt wird. Ein technisch machbarer Tausch der jeweils benötigten bzw. überflüssigen Energie ist aufgrund der getrennten Anlagenkomponenten allerdings oft nicht möglich.
VRF-Geräte
Eine Verbindung beider Aufgaben bietet die VRF-Technologie. VRF steht für „Variable Refrigerant Flow“ und bedeutet „variabler Kältemittelstrom“. Die Geräte gehören zur Gruppe der Direktverdampfer. Zwischen Innen- und Außengerät werden je nach System Kältemittel oder Wasser für den Energietransport eingesetzt. Mit VRF-Systemen lässt sich die Raumluft im Umluftbetrieb kühlen, heizen und entfeuchten. Die meisten VRF-Innengeräte verfügen standardmäßig über einen Anschluss zur Frischluftzufuhr. Somit kann auch die Frischluftversorgung durch das System erfolgen. Sofern eine Wärmerückgewinnungsfunktion vorhanden ist, sind sie zudem in der Lage, im Simultanbetrieb zu heizen und zu kühlen. Dabei wird die überschüssige Wärme aus einem Raum über die Klimatechnik einem anderen Raum zur Erwärmung zugeführt.
In den jeweiligen Räumen bzw. Klimazonen werden Bedienelemente zur individuellen Beeinflussung der Klimaparameter benötigt. Zur Informationsübertragung und Regelung des Kältemittelstroms findet ein ständiger Datenaustausch zwischen Außen- und Inneneinheiten statt. Daraufhin wird in kürzesten Zeitabständen der jeweils energieeffizienteste Betriebspunkt der Anlage ermittelt und umgesetzt. Die Leistungen von VRF-Anlagen sind weitreichend. Im Business Park Varna in Bulgarien werden z. B. alleine 4,9 MW Kälteleistung und im Torre Agbar Bürotower in Barcelona rund 2,5 MW Kälteleistung erzielt. Dabei ermöglichen leistungsgeregelte Verdichter in Kombination mit elektronischen Expansionsventilen in den Innengeräten eine individuelle Leistungsabgabe in jeden Raum. Grundsätzlich wird dabei durch die Inverter-Regelung nur so viel Leistung bereitgestellt, wie durch die Innengeräte abgenommen wird. Die Leistungsabgabe wird kontinuierlich dem aktuellen Bedarf angepasst.
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. In dem Controller stellen invertergeregelte Pumpen den angeschlossenen Endgeräten die benötigte Energiemenge zur Verfügung.
Bilder: Mitsubishi Electric
