Daikin Altherma 4 H und Hydrosplit-Architektur: R290-Invertertechnik und thermodynamische Auslegung im Detail

Kältewende im Wärmepumpen- und Klimasektor: Der Wandel zur vierten Generation

Die fortschreitende Verschärfung der europäischen F-Gase-Verordnung setzt klare Leitplanken für moderne Kälte- und Heizkreisläufe. Während bei Direktverdampfungs-Klimaanlagen wie Split- und Multi-Split-Systemen weiterhin Kältemittel der Sicherheitsklasse A2L wie R32 (Treibhauspotenzial GWP 675) die wirtschaftliche und energetische Hauptlast tragen, vollzieht sich im Segment der reversiblen Luft-Wasser-Wärmepumpen ein technologischer Paradigmenwechsel. Hersteller wie DAIKIN setzen bei Wärmeerzeugern für Heizung und aktive Kühlung nun konsequent auf das natürliche Arbeitsmedium Propan (R290, Sicherheitsgruppe A3) mit einem GWP von unter 3. Mit der Baureihe Daikin Altherma 4 H sowie den kompakten EPSKS-Klassen wird dieser technische Übergang im Jahr 2026 im Wohngebäudebestand greifbar.

Das primäre Ziel dieser Entwicklung besteht darin, hohe thermodynamische Kreisprozessgüten bei extremen Temperaturhüben sicherzustellen. Bestandsgebäude mit klassischen Plattenheizkörpern verlangen Vorlauftemperaturen von bis zu 70 oder gar 75 °C bei niedrigen Außenlufttemperaturen. Gleichzeitig fordern Bauherren in heißen Sommermonaten zunehmend eine aktive reversible Kühlfunktion, ohne dass Kältemittelleitungen mit brennbaren Stoffen der Klasse A3 in Wohnbereiche verlegt werden müssen. Hier setzt das ingenieurtechnische Konzept der Hydrosplit- und Monoblock-Bauweise an.

Thermodynamische Grundlagen: Carnot-Güte, Drucklagen und R290-Kreisprozess

Um die energetische Effizienz der Altherma 4 H Serie mit SCOP-Werten von bis zu 5,14 (gemäß EN 14825 bei W35) technisch fundiert einzuordnen, ist der Blick auf den theoretischen Vergleichsprozess unerlässlich. Der maximale theoretische Wirkungsgrad einer Wärmepumpe wird durch die Carnot-Leistungszahl (COP_Carnot) bestimmt:

COP_Carnot = T_warm / (T_warm - T_kalt)

Wobei die Temperaturen in Kelvin anzusetzen sind. Bei einer Normaußentemperatur von -10 °C (263,15 K) und einer geforderten Vorlauftemperatur von 55 °C (328,15 K) ergibt sich ein theoretischer Höchstwert von COP_Carnot = 328,15 / (328,15 - 263,15) = 5,05. Reale Kompressionskältemaschinen erreichen durch Druckverluste im Kältekreislauf, Motor- und Reibungsverluste des Verdichters sowie Wärmeübertragungsgrädigkeiten an den Wärmeübertragern einen Gütegrad von etwa 0,45 bis 0,60.

Propan (R290) weist im Vergleich zu klassischen Kältemitteln signifikante thermodynamische Vorteile auf:

• Verdichtungsendtemperatur: Durch den flacheren Verlauf der Isentropen im lg(p)-h-Diagramm bleibt die Heißgastemperatur am Verdichteraustritt moderat, was den Einsatzbereich bei hohen Druckverhältnissen bis zu Vorlauftemperaturen von 75 °C bei -15 °C Außenluft ermöglicht.
• Volumetrische Kälteleistung und Druckverlust: R290 besitzt eine hohe Verdampfungsenthalpie, wodurch der erforderliche Kältemittel-Massenstrom geringer ausfällt. Kleinere Rohrdurchmesser führen bei adäquater Strömungsführung zu reduzierten Druckverlusten im Plattenwärmetauscher und Verdampfer.
• Kritischer Punkt: Der kritische Punkt von R290 liegt bei 96,7 °C (im Vergleich zu 42,5 bar und 78,1 °C bei R410A), was stabile unterkritische Verflüssigungstemperaturen selbst im Hochtemperaturbetrieb erlaubt.

Kennwerte und Systemvergleich der Gerätegenerationen

| Parameter / Eigenschaft | DAIKIN Altherma 3 R (Split) | DAIKIN Altherma 4 H (Hydrosplit / Monoblock) | | :--- | :--- | :--- | | Kältemittel | R32 (Sicherheitsklasse A2L) | R290 Propan (Sicherheitsklasse A3) | | Treibhauspotenzial (GWP) | 675 | < 3 | | Max. Vorlauftemperatur | bis 65 °C | bis 75 °C (8–14 kW) / 70 °C (4–7 kW) | | SCOP (EN 14825, W35) | ~ 4,50 – 4,80 | bis zu 5,14 | | Schalldruckpegel (Nachtbetrieb, 3 m) | ~ 35 – 38 dB(A) | bis zu 28 dB(A) | | Verbindung Innen-/Außengerät | Kältemittelleitung (DX) | Wasserführende Leitungen (Hydrosplit) | | Notwendige Fachkunde | Kälteschein nach ChemKlimaschutzV | Sachkunde brennbare Kältemittel / SHK |

Komponentenarchitektur: Inverter-Scroll-Verdichter und asymmetrische Plattenwärmetauscher

Im Zentrum des Kältekreises der Daikin Altherma 4 H arbeitet ein hermetisch gekapselter DC-Inverter-Scrollverdichter, dessen Drehzahl über ein modernes Pulsweitenmodulations-Verfahren stufenlos an die Gebäudeheizlast angepasst wird. Ein elektronisches Expansionsventil (EEV) regelt präzise die Überhitzung am Verdampferausgang (typischer Zielbereich: 3 bis 5 Kelvin), um den Verdampfer maximal mit siedendem Kältemittel zu benetzen, ohne Flüssigkeitsschläge im Verdichter zu riskieren.

Als Verflüssiger kommt ein asymmetrisch gewellter Edelstahl-Plattenwärmetauscher zum Einsatz. Auf der Kältemittelseite sind die Strömungskanäle für geringes Innenvolumen optimiert, um die Kältemittelfüllmenge an Propan möglichst gering zu halten – ein wesentlicher Sicherheitsfaktor nach DIN EN 378. Auf der Wasserseite sorgt das Kanalprofil für hochturbulente Strömungen, wodurch selbst bei niedrigen Volumenströmen ein hoher Wärmeübergangskoeffizient erzielt wird.

Hydraulische Einbindung, Druckverlust und Schutz vor Vereisung

Da bei Hydrosplit- und Monoblock-Systemen wasserführende Rohre durch die Außenwand geführt werden, kommt der hydraulischen Dimensionierung eine doppelte Bedeutung zu. Zur Vermeidung von Strömungsgeräuschen und übermäßigem Pumpenstromverbrauch ist das Rohrnetz nach den anerkannten Regeln der Technik (unter anderem VDI 2073) auszulegen.

Beispielrechnung: Mindestvolumenstrom und Druckverlust

Ein saniertes Einfamilienhaus weist eine Normheizlast von Q_punkt = 10 kW auf. Bei einer Auslegung der Heizflächen auf eine Temperaturspreizung Delta T von 5 K (Vorlauf 55 °C, Rücklauf 50 °C) errechnet sich der erforderliche Auslegungsmassenstrom m_punkt über die kalorische Grundgleichung:

m_punkt = Q_punkt / (c_w * Delta T)

Mit der spezifischen Wärmekapazität von Wasser (c_w = 1,163 Wh/(kgK)): m_punkt = 10.000 W / (1,163 Wh/(kgK) * 5 K) = 1.720 kg/h (entspricht ca. 1,72 m³/h bzw. 28,7 l/min).

Bei Kupferrohr 28 x 1,5 mm (Innendurchmesser d_i = 25 mm) ergibt sich eine Strömungsgeschwindigkeit von: v = m_punkt / (rho * A) = (1.720 / 3600 m³/s) / (Pi/4 * 0,025² m²) = 0,97 m/s. Dieser Wert liegt im optimalen wirtschaftlichen Bereich für Steig- und Hauptleitungen (0,6 bis 1,0 m/s). Der rohrspezifische Druckverlust liegt bei rund 260 Pa/m. Bei 20 Metern Rohrleitungslänge summiert sich der reine Rohrreibungsdruckverlust auf rund 5,2 kPa, hinzu kommen Einzelwiderstände von Armaturen und dem internen Plattenwärmetauscher.

Um ein Einfrieren der außenliegenden Hydraulikrohre bei Netzausfall im Winter zu verhindern, verbaut DAIKIN thermomechanische Frostschutzventile, die bei Absinken der Wassertemperatur auf ca. 3 °C gezielt drucklos öffnen, oder empfiehlt den Einsatz von glykolfreien Trennsystemen mit Zwischenwärmetauschern, wenn baurechtliche Gründe dies erfordern.

Reversibler Kühlbetrieb: Enthalpie, Entfeuchtung und Taupunktüberwachung

Im reversiblen Betrieb wird der Kältekreis über ein 4-Wege-Umschaltventil umgekehrt: Der Plattenwärmetauscher im Außengerät fungiert nun als Verdampfer und kühlt das Heizungswasser auf typischerweise 18 bis 20 °C ab. Die Einbindung erfolgt idealerweise über Fußbodenheizflächen oder Gebläsekonvektoren.

Bei der Flächenkühlung ist die Taupunkt-Berechnung essenziell, um Bauschäden durch Kondensatausfall zu unterbinden. Aus dem Mollier-h-x-Diagramm lässt sich ablesen: Bei einer typischen Raumlufttemperatur von 26 °C und einer relativen Feuchte von 60 % beträgt der Taupunkt t_tau ca. 17,6 °C. Sinkt die Vorlauftemperatur unter diesen Wert, kondensiert der in der Luft enthaltene Wasserdampf (spezifische Feuchte x ca. 12,8 g Wasser/kg trockene Luft) an der Bodenoberfläche. Eine stetige Vorlauf-Taupunktüberwachung über Referenzfühler und die Daikin Onecta Regelungslogik ist daher zwingend vorgeschrieben.

Aufstellbedingungen und Sicherheitskonzepte nach DIN EN 378

Aufgrund der Brennbarkeit von R290 (Klasse A3) greift für die Außenaufstellung ein dezidierter Sicherheitsbereich. Daikin Altherma 4 H Außengeräte dürfen nicht in unmittelbarer Nähe von Lichtschächten, Kellereingängen, Fallrohren oder Fenstern aufgestellt werden, in die austretendes Propan – welches schwerer als Luft ist (Dichte ca. 2,0 kg/m³ bei Normalbedingungen) – absinken könnte. Der Mindestabstand zu Öffnungen und potenziellen Zündquellen (z. B. ungeschützten Steckdosen oder Wechselrichtern) beträgt typischerweise mindestens 1,0 Meter im definierten Halbmesser um das Gerät.

Im Geräteinneren verhindert ein hermetisch getrennter Kältekreislauf das Entweichen von Gas in den Wohnbereich. Sämtliche Elektronikplatinen sind in versiegelten Boxen untergebracht, und integrierte Lüftungspfade sorgen für eine rasche Verflüchtigung kleinster Leckagemengen weit unterhalb der unteren Explosionsgrenze (UEG ca. 2,1 Vol.-%).

Förderlandschaft und Normen: BEG-Kriterien und GEG-Konformität

Im Jahr 2026 orientiert sich die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) an strengen Vorgaben hinsichtlich Kältemittelwahl und Energieeffizienz. Luft-Wasser-Wärmepumpen mit natürlichen Kältemitteln erfüllen die verschärften gesetzlichen Vorgaben mit Blick auf den langfristigen Ausphasungsplan halogenierter Stoffe bereits vollständig. Für das Fachhandwerk bedeutet dies Investitionssicherheit bei der Heizungsmodernisierung von Ein- und Zweifamilienhäusern.

Bei der Dimensionierung und Produktauswahl von Wärmepumpen, Klimaanlagen und Zubehör unterstützt das Portal Klimacorner.de Fachhandwerker und Endkunden mit umfassendem Fachwissen, technischer Auslegungsberatung und sofort lieferbaren Markenkomponenten führender Hersteller.

Hersteller-Videos und Social Media

Passende Videos des Herstellers:

• The future is in the air: DAIKIN product portfolio 2026

Aktuelle Beiträge des Herstellers in den sozialen Medien:

• LinkedIn – Daikin Deutschland auf LinkedIn: Neueste Entwicklungen in Wärmepumpen- und Klimatechnik