Daikin Multi-Split-Klimatechnik: Intelligente Lastanpassung und Kältekreisregelung mit R32

Moderne Raumklimasysteme stehen im Spannungsfeld zwischen anspruchsvollen Effizienzvorgaben der novellierten europäischen F-Gase-Verordnung, dem Gebäudeenergiegesetz (GEG) und dem Wunsch nach ganzjährig behaglicher Klimatisierung. Split- und Multi-Split-Klimaanlagen übernehmen in modernen Wohngebäuden, Arztpraxen, Kanzleien und Gewerbeeinheiten längst nicht mehr allein die sommerliche Raumkühlung, sondern fungieren als hocheffiziente Luft-Luft-Wärmepumpen für die Übergangs- und Heizperiode. Der japanische Hersteller Daikin treibt in seinen aktuellen Baureihen (wie MXM-Multi-Split-Außengeräten in Kombination mit Perfera-, Stylish- oder Emura-Inneneinheiten) die thermodynamische Optimierung des Kältekreislaufs konsequent voran. Entscheidend für den wirtschaftlichen Betrieb sind hierbei die feinstufige Inverter-Verdichterregelung sowie die präzise Einspritzung über elektronische Expansionsventile (EEV).

Thermodynamische Grundlagen des Kältekreisprozesses mit Kältemittel R32

Das thermodynamische Fundament jeder Kompressionskältemaschine basiert auf dem linkslaufenden Kreisprozess, der im lg-p,h-Diagramm (Druck-Enthalpie-Diagramm) dargestellt wird. Das Arbeitsmedium R32 (Difluormethan, CH2F2) zeichnet sich gegenüber älteren Gemischen wie R410A durch signifikante thermodynamische Vorteile aus. Als Einstoffkältemittel weist R32 keinen Temperaturglide während des Phasenwechsels im Verdampfer oder Verflüssiger auf, was Wärmeübertragungsprozesse vereinfacht und den Pinch-Point an den Platten- und Lamellenwärmetauschern minimiert.

Mit einem Global Warming Potential (GWP) von 675 liegt R32 um rund zwei Drittel unter dem Wert von R410A (GWP 2088). R32 besitzt eine um ca. 40 bis 50 % höhere volumetrische Kälteleistung sowie eine höhere spezifische Verdampfungsenthalpie. Dadurch sinkt der erforderliche Kältemittel-Massenstrom für die gleiche Kälteleistung, was Daikin die Reduzierung von Rohrdurchmessern und Kältemittelfüllmengen um bis zu 30 % ermöglicht. Gleichzeitig sinken die strömungsbedingten Druckverluste auf der Saug- und Heißgasseite, was sich unmittelbar positiv auf die Verdichterarbeit auswirkt.

Der theoretische Grenzwert des Prozesses wird durch den Carnot-Wirkungsgrad bestimmt. Für den Kühlbetrieb berechnet sich die maximale theoretische Leistungszahl über das Verhältnis von Verdampfungstemperatur zur Temperaturdifferenz zwischen Verflüssigung und Verdampfung: $$\mathrm{EER_{Carnot}} = \frac{T_{0}}{T_{c} - T_{0}}$$ In der Praxis reduzieren isentrope Verluste im Scroll- oder Swing-Verdichter, Druckabfälle in den Rohrleitungen sowie Überhitzungs- und Unterkühlungsstrecken den realen EER (Energy Efficiency Ratio) bzw. COP (Coefficient of Performance). Durch die hohe Druckgastemperatur von R32 ist eine präzise Überwachung der Heißgastemperatur am Verdichteraustritt unerlässlich, um Schmierstoffdegradationen zu verhindern.

Multi-Split-Verschaltung: Lastanpassung und Steuerung der Expansionsorgane

In Multi-Split-Systemen (beispielsweise Daikin MXM-Serie mit Anschlussmöglichkeiten für zwei bis fünf Innengeräte) stellt die simultane Versorgung unterschiedlicher thermischer Zonen hohe Anforderungen an die Kältekreisregelung. Während ein klassisches Single-Split-System auf einen geschlossenen Raum reagiert, summieren sich im Multi-Split-Betrieb dynamisch schwankende Teillasten. Daikin löst diese Aufgabe durch eine dezentrale Drosselung über separate elektronische Expansionsventile für jeden einzelnen Kältekreisabgang im Außengerät.

Elektronische Expansionsventile (EEV) und Überhitzungsregelung

Jedes Innengerät sendet kontinuierlich thermische Rückmeldungen an den zentralen Mikroprozessor des Außengeräts. Das EEV fungiert als adaptives Drosselorgan mit Schrittmotorantrieb, das bis zu mehrere hundert Impulse präzise verfahren kann. Die zentrale Regelgröße im Kühlbetrieb ist die Verdampferüberhitzung am Austritt der Inneneinheit: $$\Delta T_{\mathrm{sh}} = T_{\mathrm{sauggas}} - T_{\mathrm{taupunkt}}$$ Ziel ist eine minimale, aber stabile Überhitzung (typischerweise zwischen 3 und 6 Kelvin). Eine zu geringe Überhitzung birgt die Gefahr von Kältemittelflüssigkeitsschlägen in den Verdichter, während eine zu große Überhitzung die aktive Verdampferfläche vermindert und die Kälteleistung drastisch reduziert. Über hochauflösende Drucksensoren und Temperatursensoren (NTC-Thermistoren) regelt das System die Öffnungsgrade der EEVs parallel zur Drehzahl des bürstenlosen Gleichstrommotors (BLDC) im Inverter-Verdichter.

Daikin Swing-Verdichtertechnik im Teillastbereich

Herzstück der Daikin Split-Außengeräte ist der eigens entwickelte Swing-Verdichter. Im Gegensatz zu herkömmlichen Rollkolbenverdichtern, bei denen Kolben und Trennschieber getrennte Bauteile bilden und durch Federn aneinander gepresst werden, sind Klinge und Rolle beim Daikin Swing-Verdichter fest miteinander verbunden. Dies eliminiert metallische Reibung und Spaltverluste fast vollständig. Das Resultat ist eine deutlich reduzierte Leckagerate des komprimierten Kältemittels zurück in die Saugkammer, was den isentropen Gütegrad insbesondere im unteren Teillastbereich (zwischen 15 % und 40 % der Nennleistung) signifikant anhebt.

Auslegungsverfahren nach EN 14825 und Kühllastberechnung nach VDI 2078

Die Auslegung einer Multi-Split-Anlage erfordert zunächst eine raumweise Kühllast- und Heizlastberechnung gemäß VDI 2078 bzw. DIN EN 12831. Für den reinen Kühlfall werden äußere Lasten (transmissive Wärmeeinträge durch Außenwände und Dächer, solare Strahlungstransmission durch transparente Bauteile) und innere Lasten (Personenwärme, Geräteabwärme, Beleuchtung) dynamisch über den Tagesverlauf erfasst.

Die energetische Effizienz wird planungsseitig nicht über Punktwerte (COP/EER nach EN 14511 bei Normbedingungen), sondern über die saisonalen Effizienzkennzahlen SEER (Seasonal Energy Efficiency Ratio) und SCOP (Seasonal Coefficient of Performance) nach DIN EN 14825 bewertet. Diese Norm definiert gewichtete Betriebsstunden in unterschiedlichen Temperatur-Bins (Kühlprofil: 20 °C, 25 °C, 30 °C, 35 °C Außenlufttemperatur).

| Teillast-Stufe | Außentemperatur (°C) | Anteil der Kühllast | Relative Gewichtung im SEER | | :--- | :--- | :--- | :--- | | A (100 %) | 35 | 100 % | ca. 3 % | | B (74 %) | 30 | 74 % | ca. 33 % | | C (47 %) | 25 | 47 % | ca. 41 % | | D (21 %) | 20 | 21 % | ca. 23 % |

Da Klimaanlagen in mitteleuropäischen Klimazonen mehr als 90 % der Betriebsstunden im Teillastbereich (Kategorien B, C und D) arbeiten, schlägt sich die modulierende Invertertechnik der Daikin Geräte in hervorragenden SEER-Werten von 8,5 bis teilweise über 9,0 nieder. Bei der Auslegung gilt es zudem, den Gleichzeitigkeitsfaktor zu berücksichtigen. Ein Multi-Split-Außengerät mit beispielsweise 6,8 kW Nennkälteleistung kann Innengeräte mit einer summierten Nennleistung von bis zu 11 kW bedienen (Anschlussleistungsverhältnis bis zu 160 %), da selten alle Räume zeitgleich ihre Spitzenkühllast abrufen (z. B. Schlafzimmer vs. Büro- oder Wohnzimmer).

Beispielrechnung: Kältemittelverrohrung und Druckverlustbewertung

Ein wesentlicher Aspekt bei der Planung von Split- und Multi-Split-Anlagen sind die Leitungslängen und geodätischen Höhenunterschiede zwischen Außen- und Inneneinheiten. Kältemittelleitungen erzeugen strömungsmechanische Druckverluste, die die Sättigungstemperatur des Kältemittels verschieben.

Für eine Daikin 3MXM52-Installation mit drei Wandgeräten Perfera (FTXM20 + FTXM25 + FTXM25) ergibt sich typischerweise folgende Konfiguration:

• Gesamtleitungslänge aller Kreise: 38 m
• Maximale Einzellänge zum entferntesten Gerät: 20 m
• Höhendifferenz Außengerät (Dach) zu Innengerät (Erdgeschoss): 7 m

Für das Kältemittel R32 in der Saugleitung (Gasphase, typischer Außendurchmesser 3/8 Zoll bzw. 9,52 mm) darf der Druckverlust nicht zu hoch ausfallen. Bei einem Massenstrom von $\dot{m} = 0{,}025\ \mathrm{kg/s}$ und einem bezogenen Druckverlust von ca. $0{,}35\ \mathrm{kPa/m}$ beträgt der reine Reibungsverlust über 20 m Saugleitung: $$\Delta p_{\mathrm{Reibung}} = 20\ \mathrm{m} \times 0{,}35\ \mathrm{kPa/m} = 7{,}0\ \mathrm{kPa}$$ Hinzu kommen Einzelwiderstände durch Bögen, Absperrventile und Bördelanschlüsse, die als äquivalente Rohrlänge (ca. 4 m) addiert werden: $$\Delta p_{\mathrm{Formteile}} = 4\ \mathrm{m} \times 0{,}35\ \mathrm{kPa/m} = 1{,}4\ \mathrm{kPa}$$ Der Gesamtdruckverlust auf der Saugseite liegt somit bei rund $8{,}4\ \mathrm{kPa}$. In R32 entspricht dies einer Absenkung der Verdampfungstemperatur um lediglich etwa 0,25 Kelvin. Die Sauggasdichte verringert sich nur minimal, wodurch der Inverter-Kompressor den Kälteleistungsabfall problemlos durch eine minimale Drehzahlerhöhung kompensiert. Daikin Außengeräte der MXM-Serie sind werksseitig für Gesamtrohrleitungslängen bis zu 30 bzw. 40 Metern vorgefüllt, sodass bei Standardinstallationen keine Kältemittelnachfüllung vor Ort erforderlich ist.

Sensorik, Raumluftqualität und smarte Einbindung in Energiemanagementsysteme

Über die reine Kältekreismechanik hinaus optimiert Daikin das Raumklima durch intelligente Sensorik. In Geräten wie Perfera oder Stylish kommt der sogenannte „Intelligent Thermal Sensor“ (Gitter-Infrarotsensor) zum Einsatz. Dieser erfasst nicht bloß punktuell die Lufttemperatur an der Ansaugblende, sondern scannt die Oberflächentemperatur des Fußbodens und der Umschließungsflächen in 64 Teilbereichen. Stellt der Sensor lokale Temperaturunterschiede fest, leitet das 3D-Luftstromsystem den gekühlten oder erwärmten Luftstrom gezielt an Personen vorbei oder verteilt ihn gleichmäßig im Raum, um Zugerscheinungen zu unterbinden.

Zudem gewinnen Kommunikationsschnittstellen für das smarte Heim- und Gebäudemanagement an Relevanz. Über integrierte WLAN-Module lassen sich Daikin Klimageräte über die Onecta App steuern und in moderne Gebäudeleitsysteme (Modbus, KNX) einbinden. Für Hausbesitzer mit Photovoltaikanlagen ermöglichen SG-Ready-Relaiskontakte oder API-Verknüpfungen das gezielte Vorkühlen von Gebäudemassen bei PV-Überschuss. Das System wandelt überschüssigen Solarstrom thermisch in Kälteenergie um, wodurch die Einschaltzeiten während der abendlichen Spitzenlaststunden reduziert werden.

Fazit und Praxishinweise für Fachhandwerker

Multi-Split-Klimaanlagen auf Basis von R32 stellen für anspruchsvolle Wohn- und Gewerbeprojekte eine energetisch hochentwickelte Gesamtlösung dar. Durch die Kombination aus Inverter-Swing-Verdichtern, feinfühligen elektronischen Expansionsventilen und intelligenter Raumsensorik erreichen Systeme von Daikin saisonale Effizienzwerte, die weit über den gesetzlichen Mindestanforderungen liegen.

Für Planer und Kälte-Klima-Fachbetriebe bedeutet die Umsetzung nach F-Gase-Verordnung und DIN EN 378, dass stets eine fachgerechte Dichtheitsprüfung mit Stickstoff (typisch 38–42 bar Prüfdruck) und eine Evakuierung der Leitungen auf unter 2 mbar (bzw. 200 Pa) zwingend einzuhalten sind. Bei der Dimensionierung und Komponentenauswahl für spezifische Projektanforderungen bietet der Fachhandel und Beratungsservice von Klimacorner.de eine ideale Unterstützung – von der Auswahl der passenden Multi-Split-Außengeräte über kompatible Deckenkassetten bis hin zum passenden kältetechnischen Zubehör.

Hersteller-Videos und Social Media

Passende Videos des Herstellers:

• Daikin VRV 5 S-series (R-32) - benefits and features explained
• Daikin VRV S High Seasonal Efficiency Series [DAIKIN]

Aktuelle Beiträge des Herstellers in den sozialen Medien:

• LinkedIn – Daikin Europe auf LinkedIn: Aktuelle Entwicklungen zu energieeffizienten R32-Klimasystemen und Wärmepumpen
• YouTube – Offizieller YouTube-Kanal von Daikin Europe mit technischen Erklärungen zu VRV- und Multi-Split-Lösungen