Mitsubishi Ecodan R290 Monoblock für die Sanierung

Dekarbonisierung im Wohnbestand: Hohe Systemtemperaturen ohne fossilen Spitzenlastkessel

Die energetische Sanierung von Ein- und Mehrfamilienhäusern stellt Fachplaner und Handwerksbetriebe vor hydraulische und thermodynamische Herausforderungen. Während im Neubau Flächenheizungen mit niedrigen Systemtemperaturen von 30 bis 35 °C dominieren, verlangen ungedämmte oder teilsanierte Bestandsgebäude mit klassischen Glieder- oder Plattenheizkörpern bei tiefen Außentemperaturen häufig Vorlauftemperaturen zwischen 55 und 65 °C, im Extremfall bis zu 70 °C. Ein Austausch aller Wärmeübertrager ist im laufenden Wohnbetrieb oft wirtschaftlich oder organisatorisch nicht darstellbar.

Mitsubishi Electric adressiert diese Anforderung mit der Weiterentwicklung seiner Ecodan-Serie auf Basis des natürlichen Kältemittels R290 (Propan). Die Monoblock-Außengeräte der Baureihe PUZ-WZ erreichen selbst bei widrigen Umgebungsbedingungen von bis zu -15 °C rein kältetechnisch eine Vorlauftemperatur von bis zu 75 °C. Damit entfällt bei der Modernisierung die zwingende Notwendigkeit eines bivalent-parallelen Betriebs mit fossilen Gas- oder Ölkesseln zur Sicherstellung der Spitzenlast.

Thermodynamik des R290-Kältekreises und Carnot-Wirkungsgrad

Das Arbeitsmedium Propan (R290) zeichnet sich durch vorteilhafte thermophysikalische Stoffwerte aus. Mit einem extrem niedrigen Treibhauspotenzial (GWP von 0,02 nach neuester IPCC-Bewertung bzw. 3 nach Standardwerten) erfüllt es die strengen Quoten und Verbote der novellierten europäischen F-Gase-Verordnung (EU) 2024/573 dauerhaft. Thermodynamisch bietet R290 im Vergleich zu klassischen Kältemitteln wie R410A oder R32 eine signifikant steilere Dampfdruckkurve, eine hohe spezifische Verdampfungsenthalpie und ein günstiges Druckverhältnis am Verdichter.

Der theoretische Grenzwert des Kreisprozesses wird durch den Carnot-Gütegrad bestimmt:

$$\eta_C = \frac{T_{warm}}{T_{warm} - T_{kalt}}$$

Bei einer geforderten Vorlauftemperatur von 65 °C ($T_{warm} = 338,15,\text{K}$) und einer Auslegungstemperatur von -10 °C ($T_{kalt} = 263,15,\text{K}$) liegt der theoretische Carnot-COP bei rund 4,5. Reale Wärmepumpen erreichen hiervon unter Berücksichtigung von Druckverlusten in Leitungen, Enthalpieverlusten im Expansionsventil sowie isentropen und mechanischen Verdichterverlusten etwa 45 bis 55 Prozent. Dank des invertergesteuerten Scroll-Verdichters und präzise abgestimmter elektronischer Expansionsventile (EEV) realisiert die PUZ-WZ-Serie auch unter diesen anspruchsvollen Betriebsbedingungen im Teillastbetrieb nach EN 14825 hohe Jahresarbeitszahlen (JAZ).

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| Betriebspunkt nach EN 14511        | Vorlauftemperatur   | Typischer COP       |
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| A7 / W35 (Teillast Übergangszeit)  | 35 °C               | 4,85 – 5,10         |
| A2 / W35 (Norm-Auslegungspunkt)    | 35 °C               | 3,90 – 4,15         |
| A-7 / W35 (Volllast Winter)        | 35 °C               | 2,95 – 3,15         |
| A-7 / W55 (Sanierung Heizkörper)   | 55 °C               | 2,25 – 2,45         |
| A-15 / W65 (Extrempunkt Bestand)   | 65 °C               | 1,80 – 1,95         |
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Monoblock-Architektur und Sicherheitskonzepte im Außenbereich

Ein zentraler Vorteil der Monoblock-Bauform liegt in der hermetischen Kapselung des Kältekreislaufs im Außengerät. Der Plattenwärmetauscher (Verflüssiger) befindet sich direkt im wetterfesten Gehäuse der Außeneinheit. Die Schnittstelle zum Wohngebäude wird rein wassergeführt ausgeführt, wodurch Installationsbetriebe ohne kältetechnischen Sachkundenachweis nach ChemKlimaschutzV die Montage und hydraulische Anbindung übernehmen können.

Aufgrund der Brennbarkeitsklasse A3 von R290 greifen klare Sicherheitsvorgaben gemäß EN 378 und den Technischen Regeln der VDI 4646. Um das Außengerät ist ein definierter Schutzbereich einzuhalten. In diesem Bereich dürfen sich keine Öffnungen ins Gebäudeinnere (wie Kellerfenster, Lichtschächte oder Lüftungseinlässe), keine unverschlossenen Kanäle und keine Zündquellen (Lichtschalter, ungeschützte Steckdosen) befinden. Das Sicherheitskonzept von Mitsubishi Electric stellt durch minimierte Füllmengen und ein durchdachtes Belüftungsdesign sicher, dass selbst bei einem theoretischen Leckageereignis keine zündfähige Gemischkonzentration entstehen kann.

Hydraulische Einbindung und Entkopplung im Bestand

Im Bestandsbau treten hydraulische Diskrepanzen auf, die für den sicheren Betrieb einer modulierenden Wärmepumpe gelöst werden müssen:

1. Volumenstromanforderung: Bestandsrohrnetze und Thermostatventile drosseln bei Erreichen der Raumsolltemperatur den Durchfluss drastisch ab. Wärmepumpen verlangen jedoch zur einwandfreien Wärmeübertragung am Verflüssiger und zur Vermeidung von Hochdruckstörungen einen garantierten Mindestvolumenstrom.
2. Abtauenergie: Beim zyklischen Kreislaufumkehr-Abtauen der Außeneinheit (Verdampfervereisung bei Außentemperaturen zwischen -2 und +7 °C und hoher Luftfeuchtigkeit) muss dem Heizkreis kurzfristig innerhalb von 3 bis 5 Minuten thermische Energie mit ausreichender Flussrate entzogen werden, ohne dass Raumtemperaturen absinken oder die Wärmepumpe auf Niederdruckstörung schaltet.

Mitsubishi Electric empfiehlt daher für Bestandsanlagen den Einsatz eines Reihenspeichers im Rücklauf mit Überströmventil oder die Entkopplung über eine hydraulische Weiche bzw. einen Trennpufferspeicher. Ein Reihenspeicher im Rücklauf vergrößert das anlagenseitige Wasservolumen und sichert die erforderliche Abtauenergie, ohne die Vorlauftemperatur durch Mischverluste abzusenken.

Warmwasserbereitung und Legionellenprävention nach DIN EN 806

Für die Trinkwarmwasserbereitung (TWW) bieten hohe Vorlauftemperaturen fundamentale hygienische Vorteile. Während klassische Niedertemperatur-Wärmepumpen für thermische Desinfektionen oberhalb von 60 °C elektrische Heizstäbe zuschalten müssen, erreicht das R290-Aggregat diese Werte rein thermodynamisch über den Kältekreis. Dies senkt den Primärenergiebedarf und schont die Betriebskosten. Die Einbindung über spezielle Wärmepumpen-Speicher mit groß dimensionierten Glattrohrwärmetauschern oder über Frischwasserstationen verhindert zudem Strömungskurzschlüsse und sorgt für niedrige Rücklauftemperaturen zum Außengerät, was wiederum den Wirkungsgrad stabilisiert.

Förderrahmen und Wirtschaftlichkeit nach GEG und BEG

Das Gebäudeenergiegesetz (GEG) schreibt beim Heizungstausch vor, dass neu installierte Systeme zu mindestens 65 Prozent mit erneuerbaren Energien betrieben werden müssen. Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe erfüllt dieses Kriterium vollständig. Über die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) stellt die KfW attraktive Zuschüsse für den Heizungstausch im Wohngebäudebestand bereit.

Da die Ecodan PUZ-WZ auf das natürliche Kältemittel R290 setzt, qualifiziert sich das Aggregat für den zusätzlichen Effizienzbonus in Höhe von 5 Prozentpunkten. In Verbindung mit der Basisförderung und eventuellen Geschwindigkeits- oder Einkommensboni lassen sich erhebliche Anteile der förderfähigen Investitionskosten refinanzieren.

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Hersteller-Videos und Social Media

Passende Videos des Herstellers:

• Externe Wärmepumpen-Heizzentrale für Mehrfamilienhäuser | Mitsubishi Electric

Aktuelle Beiträge des Herstellers in den sozialen Medien:

• Facebook – Fachgerechte Montage und hydraulische Anbindung einer Mitsubishi Electric Ecodan Wärmepumpe auf der Baustelle.