Daikin Kaltwassersätze mit R-32 für Industriehallen kühlen

Große Industrie-, Montage- und Logistikhallen stellen Fachplaner und Kälteanlagenbauer vor komplexe thermodynamische Herausforderungen. Interne thermische Lasten durch Maschinenparks, Beleuchtung und logistischen Staplerverkehr treffen im Sommer auf hohe solare Wärmeeinträge über Dach- und Wandkonstruktionen. Gleichzeitig fordern die novellierte F-Gase-Verordnung (EU) 2024/573 sowie das Gebäudeenergiegesetz (GEG) drastisch sinkende Treibhauspotenziale (GWP) und maximale Energieeffizienz. DAIKIN adressiert diese Anforderungen in Gewerbeobjekten durch wassergeführte Kühlsysteme auf Basis des Kältemittels R-32, insbesondere mit den Kaltwassersatz-Serien EWAT~B und den kompakten EWYT-CZ-Invertersystemen.

Thermodynamische Grundlagen der Hallenkühlung

Die Auslegung von Hallenkühlsystemen unterscheidet sich grundlegend von büroähnlichen Zonen. Während im klassischen Komfortbereich Personen und Außenluftwechsel die primären Lastgrößen bilden, dominieren in Produktionshallen oft sensible Kühllasten ohne nennenswerte Feuchtequellen. Die Raumkühllast $Q_K$ berechnet sich gemäß VDI 2078 nach der instationären Wärmebilanz:

$$Q_K = Q_{tr} + Q_{str} + Q_{i} + Q_{L}$$

mit den Transmissionswärmegewinnen $Q_{tr}$, den Strahlungslasten über Dach- und Fensterflächen $Q_{str}$, internen Wärmequellen $Q_{i}$ und luftseitigen Wärmeeinträgen $Q_{L}$.

In Fertigungsbereichen erfordert der Arbeitsschutz (ASR A3.5) Raumlufttemperaturen von maximal 26 °C; bei Hitzewellen greifen abgestufte Schutzmaßnahmen bis 35 °C. Um Zugluft in der Aufenthaltszone zu unterbinden, ist eine strömungsgünstige Lufteinbringung essenziell. Die Luftführung erfolgt zumeist über Drallauslässe, Weitwurfdüsen oder textile Luftschläuche, die mit Vorlauftemperaturen von typischerweise 7/12 °C oder 12/18 °C betrieben werden. Höhere Systemtemperaturen (12/18 °C) sind bei rein sensibler Kühlung thermisch vorteilhaft, da sie eine Kondensatbildung vermeiden und den Carnotisierungsgrad der Kältemaschine deutlich steigern.

Kältekreis und Carnot-Wirkungsgrad im Inverter-Betrieb

Der Wirkungsgrad einer Kompressionskältemaschine orientiert sich theoretisch am idealen inversen Carnot-Prozess. Der thermodynamische Gütegrad ergibt sich aus dem Verhältnis der Kälteleistung zur aufgenommenen elektrischen Antriebsleistung:

$$\text{COP}{\text{Carnot}} = \frac{T{0}}{T_{c} - T_{0}}$$

wobei $T_0$ die Verdampfungstemperatur und $T_c$ die Verflüssigungstemperatur in Kelvin darstellt. Steigt die Verdampfungstemperatur um nur 1 Kelvin (etwa durch den Wechsel von 7 °C auf 12 °C Kaltwasservorlauf), sinkt der Kompressionshub des Verdichters. In der Praxis verbessert sich der Coefficient of Performance (COP) bzw. Energy Efficiency Ratio (EER) realer Kältemaschinen dabei um ca. 2,5 bis 3,5 Prozent je Kelvin.

Daikin setzt in seinen luftgekühlten Kaltwassersätzen der Baureihe EWAT~B und EWYT-CZ auf das Sicherheitskältemittel R-32 (Sicherheitsklasse A2L nach ISO 817). Gegenüber dem jahrzehntelangen Standard R-410A (GWP 2088) weist R-32 mit einem GWP von 675 einen um 68 Prozent geringeren Treibhauseffekt auf. Zudem verfügt R-32 über eine höhere volumetrische Kälteleistung und eine um circa 30 Prozent geringere Kältemittelfüllmenge bei gleicher Kälteleistung.

| Kenngröße | Konventionelles R-410A System | Daikin EWAT~B / EWYT-CZ (R-32) | Vorteil / Praxisrelevanz | | :--- | :--- | :--- | :--- | | GWP-Wert (AR4 / EU 2024/573) | 2.088 | 675 | -68 % Umweltbelastung, zukunftssicher | | Kältemittelfüllmenge (relativ) | 100 % | ca. 70 % | Geringere CO2-Äquivalente, leichtere F-Gase-Prüfpflichten | | Volllast-Effizienz (EER) | 2,70 – 2,95 | bis zu 3,20 | Reduzierte Anschlussleistung der Trafostation | | Teillast-Effizienz (SEER) | 4,10 – 4,40 | bis zu 5,41 (EWYT-CZ) | Drastische Senkung der Betriebsstromkosten | | Verdichtertechnik | Standard Scroll (on/off) | Daikin Inverter-Scroll / Monoschraube | Kontinuierliche Modulation, keine Anlaufstromspitzen |

Hydraulische Einbindung und Großraum-Umluftkühlung

In Hallenstrukturen scheidet eine Direktverdampfung (DX) bei sehr großen Kältemittelleitungslängen oft aus Sicherheitsgründen nach DIN EN 378 aus, da bei A2L-Kältemitteln die praktische Füllmengengrenze im Raumvolumen limitiert ist. Hier bietet der Kaltwassersatz die ideale Systemtrennung: Der gesamte Kältekreislauf befindet sich hermetisch im Außengerät auf dem Hallendach oder im Freigelände. Der Energietransport in die Halle erfolgt über ein geschlossenes, hydraulisches Wassernetz (wahlweise mit Wasser-Glykol-Gemisch oder primärseitiger Systemtrennung über Plattenwärmetauscher).

Zur Wärmeaufnahme im Hallenraum dienen wasserbeaufschlagte Umluftkühlgeräte, zentrale Lüftungsanlagen (RLT) oder Deckensegel. Die Kaltwasserregelung erfolgt über druckunabhängige Regelventile (PICV). Hierdurch werden Druckschwankungen im Rohrnetz selbsttätig ausgeregelt, was einen konstanten Durchfluss an den Kühlregistern sicherstellt und die Förderleistung der drehzahlgeregelten Umwälzpumpen minimiert.

Beispielrechnung: Kühllast und Kaltwasservolumenstrom

Für eine Produktionshalle mit einer Grundfläche von 2.500 m² und 8 m Deckenhöhe errechnet sich bei 65 W/m² spezifischer Kühllast ein Gesamt-Kühlbedarf von:

$$Q_{\text{Kühl}} = 2.500,\text{m}^2 \times 0,065,\text{kW/m}^2 = 162,5,\text{kW}$$

Bei Auslegung des hydraulischen Netzes auf eine Spreizung von $\Delta T = 5,\text{K}$ (Vorlauf $7,^\circ\text{C}$, Rücklauf $12,^\circ\text{C}$) und einer spezifischen Wärmekapazität von Wasser $c = 4,18,\text{kJ/(kg}\cdot\text{K)}$ bestimmt sich der erforderliche Massenstrom $\dot{m}$ wie folgt:

$$\dot{m} = \frac{Q_{\text{Kühl}}}{c \times \Delta T} = \frac{162,5,\text{kW}}{4,18,\text{kJ/(kg}\cdot\text{K)} \times 5,\text{K}} \approx 7,78,\text{kg/s} \approx 28,0,\text{m}^3\text{/h}$$

Dieser Leistungsbereich wird von einem Daikin Inverter-Kaltwassersatz der Serie EWAT~B (z. B. Modellgröße um 170 kW Kälteleistung) mit Microchannel-Verflüssigern und drehzahlgeregelten Scrollverdichtern passgenau abgedeckt.

Gebäudeautomation und freie Kühlung optimieren Betriebskosten

Die Integration moderner Kaltwassersätze in übergeordnete Gebäudeleittechniken (GLT) über Schnittstellen wie BACnet MS/TP, BACnet/IP oder Modbus ist heute Standard. Daikin stattet die Kaltwassersätze mit intelligenten Schnittstellen aus, die eine gleitende Vorlauftemperaturführung ermöglichen. Sinkt die Außentemperatur, hebt die Automation den Sollwert des Kaltwasservorlaufs kontinuierlich an, wodurch der Verdichter in noch effizienteren Betriebspunkten arbeitet.

In Übergangsjahreszeiten und bei kühlen Außentemperaturen spielt die direkte oder indirekte Freikühlung (Free Cooling) ihr volles Einsparpotenzial aus. Liegt die Außenlufttemperatur mindestens 2 bis 3 K unter der Rücklauftemperatur des Kaltwassernetzes, übernimmt ein vorgeschalteter Freikühl-Wärmetauscher die Wärmeabfuhr an die Umgebungsluft. Die energieintensiven Kälteverdichter schalten stufenweise ab; lediglich die EC-Lüfter des Verflüssigers und die Umwälzpumpe verbleiben im Betrieb. Der Jahresnutzungsgrad (SEER nach EN 14825) steigt dadurch bei ganzjährig kühlbedürftigen Prozessen oft auf Werte über 7,0.

Normen, Dichtheitsprüfungen und F-Gase-Regulierung

Beim Einsatz von R-32-Kaltwassersätzen sind die Vorgaben der DIN EN 378 (Kälteanlagen und Wärmepumpen – Sicherheitstechnische und umweltrelevante Anforderungen) maßgebend. Da die Maschinen als Kompaktaggregate im Außenbereich installiert werden, entfallen aufwändige Gaswarn- und Notlüftungssysteme im Gebäudeinneren, wie sie bei Innenaufstellung größerer A2L-Füllmengen vorgeschrieben wären.

Gemäß der europäischen F-Gase-Verordnung bestimmt sich die Prüfpflicht für Dichtheitskontrollen nach den $\text{CO}_2$-Äquivalenten:

$$\text{CO}_2\text{-Äquivalent} = \text{Füllmenge (t)} \times \text{GWP}$$

Durch das niedrige GWP von R-32 (675) erreichen viele Kaltwassersatz-Modelle die 50-Tonnen-Grenze für automatische Leckageerkennungssysteme erst bei deutlich höheren Füllmengen als frühere R-410A-Systeme. Dies spart Erstinvestitions- und wiederkehrende Betriebsprüfkosten ein.

Fazit und Praxistipp

Die Kombination aus energieeffizienten Inverter-Kaltwassersätzen, dem Kältemittel R-32 und modular ansteuerbaren Hallen-Umluftkühlern stellt für gewerbliche Neubauten und Sanierungen ein zukunftssicheres Konzept dar. Durch kontinuierliche Leistungsmodulation, Freikühloptionen und bedarfsgerechte Luftverteilung lassen sich thermische Lasten stabil beherrschen, ohne dass die Betriebsstromkosten explodieren.

Für Fachbetriebe, Ingenieurbüros und Gewerbetreibende, die Unterstützung bei der Dimensionierung, hydraulischen Einbindung oder Produktauswahl von Kältemaschinen und Wärmepumpen benötigen, steht das Fachportal www.klimacorner.de mit fachkundiger technischer Beratung sowie einer breiten Palette an Klimatechnik und Zubehör zur Seite.

Hersteller-Videos und Social Media

Passende Videos des Herstellers:

• DAIKIN R-32 Chiller: smart, nachhaltig und effizient kühlen

Aktuelle Beiträge des Herstellers in den sozialen Medien:

• LinkedIn – Daikin Applied Europe informiert über neueste Entwicklungen bei wassergekühlten und luftgekühlten Inverter-Kaltwassersätzen mit R-32.