Gewerbekälte und Technikraumkühlung: S-Klima FDS-Simultansplit im Kältekreis-Check

Dauerlast und Prozesskälte: Anforderungen an moderne Gewerbeklimatisierung

In Technikräumen, Serverräumen, Verteilerzentralen und gewerblichen Verkaufsflächen gelten für Kälteanlagen vollkommen andere thermodynamische Randbedingungen als im klassischen Komfortbereich. Während bei Bürogebäuden der Heiz- und Kühlbedarf stark mit der Außentemperatur und den solaren Gewinnen korreliert, fordern technische Infrastrukturen eine ganzjährige, unterbrechungsfreie Wärmeabfuhr. Interne Wärmelasten durch Server-Racks, unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV), Frequenzumformer oder industrielle Antriebstechnik fallen an 365 Tagen im Jahr kontinuierlich an.

Fällt die Kälteerzeugung in solchen Objekten aus, steigen die Temperaturen innerhalb weniger Minuten in kritische Bereiche. Dies führt unweigerlich zu thermischen Notabschaltungen empfindlicher Elektronik. S-Klima begegnet dieser Herausforderung mit den FDS-Split- und Simultan-Multisplit-Systemen von Mitsubishi Heavy Industries (MHI). Diese sind gezielt auf den Ganzjahres-Kühlbetrieb ausgelegt und stellen selbst bei extremen Außenbedingungen bis -15 °C die volle Kälteleistung bereit. Im Zusammenspiel mit durchdachter Redundanzschaltung und präziser Kältekreisregelung erfüllen die Anlagen die hohen Anforderungen des modernen Kälteanlagenbaus.

Thermodynamischer Kältekreis: Verdichtung, Inverter-Regelung und Expansion

Das thermodynamische Fundament der FDS-Baureihe basiert auf einem geschlossenen Kompressionskältekreislauf, der mit dem Kältemittel R32 (Difluormethan) betrieben wird. Im Vergleich zum ehemals dominierenden R410A weist R32 nicht nur ein um rund 67 Prozent reduziertes Treibhauspotenzial (Global Warming Potential, GWP von 675 gegenüber 2088) auf, sondern besitzt auch günstigere thermodynamische Stoffwerte. Insbesondere die höhere volumetrische Kälteleistung und die verbesserte spezifische Verdampfungsenthalpie ermöglichen kleinere Rohrdurchmesser sowie eine spürbar reduzierte Kältemittelfüllmenge bei gleicher thermischer Nennleistung.

Verdichtertechnologie und Inverter-Führung

Herzstück der Außeneinheiten ist der hermetische Rollkolben- bzw. Twin-Rotary-Verdichter mit bürstenlosem Gleichstrommotor (BLDC). Während ungeregelte Kältemaschinen durch Takten (Start-Stopp-Betrieb) erhebliche Exergieverluste erleiden und durch hohe Anlaufströme die mechanischen Bauteile belasten, moduliert der Inverter die Verdichterdrehzahl stufenlos zwischen 15 und 120 Hertz. Dadurch wird der Massenstrom $\dot{m}$ des Kältemittels exakt an die augenblickliche thermische Last angepasst:

$$\dot{Q}_0 = \dot{m} \cdot \Delta h_0$$

Hierbei beschreibt $\dot{Q}_0$ die Kälteleistung am Verdampfer und $\Delta h_0$ die Enthalpiedifferenz zwischen Verdampfungseintritt und Verdampfungsaustritt. Durch das kontinuierliche Nachführen des Kältemittelmassenstroms bleibt der Saugdruck stabil, wodurch ein unzulässiges Absinken der Verdampfungstemperatur unter den Gefrierpunkt wirksam verhindert wird.

Elektronische Expansionsventile und Überhitzungsregelung

Ein wesentlicher Effizienzfaktor der HyperInverter-Technologie liegt in der hochdynamischen Ansteuerung des elektronischen Expansionsventils (EEV). Herkömmliche thermostatische Ventile reagieren träge auf Lastschwankungen und erfordern Sicherheitszuschläge bei der Sauggasüberhitzung, um Flüssigkeitsschläge am Verdichter auszuschließen. Das EEV der FDS-Systeme verarbeitet in Millisekunden Druck- und Temperaturmesswerte an Verdampferein- und -austritt. Hierdurch kann die Überhitzung stabil auf minimale Werte von 3 bis 5 Kelvin eingeregelt werden. Der Verdampfer wird somit optimal benetzt, die mittlere logarithmische Temperaturdifferenz steigt, und der Verdampfungsdruck kann angehoben werden. Dies führt unmittelbar zu einem geringeren Druckverhältnis über dem Kompressor und verbessert den Carnot-Gütegrad des Gesamtprozesses maßgeblich.

Simultansplit-Konfiguration: Strömungsmechanik und Kältemittelverteilung

In weitläufigen Technikräumen oder großflächigen Verkaufsflächen reicht ein einzelnes Innengerät oft nicht aus, um eine homogene Temperaturverteilung sicherzustellen. Lokale Wärmenester (Hot Spots) müssen vermieden werden, ohne dass dafür mehrere separate Außengeräte installiert werden müssen. Das FDS-System löst diese Bauaufgabe durch eine Simultan-Multisplit-Verschaltung (Duo-, Trio- oder Double-Twin-Anordnung).

                    +----------------------+
                    |     Außengerät       |
                    | (FDS HyperInverter)  |
                    +----------+-----------+
                               |
                  Sauggas- / Flüssigkeitsleitung
                               |
                     +---------+---------+
                     |  Kältemittel-     |
                     |  Verteilerstück   |
                     +----+---------+----+
                          |         |
                 +--------+         +--------+
                 |                           |
        +--------+--------+         +--------+--------+
        |  Innengerät 1   |         |  Innengerät 2   |
        | (Master/Slave)  |         | (Master/Slave)  |
        +-----------------+         +-----------------+

Hierbei versorgt ein einzelnes Außengerät bis zu vier baugleiche Inneneinheiten parallel innerhalb einer einzigen thermischen Zone. Die Steuerung erfolgt synchron über eine gemeinsame Raum- oder Ablufttemperatur-Erfassung. Kältetechnisch stellt die simultane Leitungsverzweigung hohe Anforderungen an die Strömungsmechanik: Druckverluste in den Kältemittelleitungen müssen streng symmetrisch austariert sein, um eine gleichmäßige Verteilung des zweiphasigen Kältemittelgemischs auf die einzelnen Verdampfer zu gewährleisten. Werden die Rohrlängen und Strömungswiderstände der Teilstrecken nicht exakt nach den Auslegungsrichtlinien von S-Klima berechnet, droht eine ungleiche Kältemittelbeaufschlagung sowie eine Fehlverteilung des im Kältekreis zirkulierenden Schmieröls.

Kältemittel und Normen: F-Gase-Verordnung und DIN EN 378

Im Kälteanlagenbau und der gewerblichen Klimatechnik bilden gesetzliche Vorgaben den Handlungsrahmen für jede Neuanlage. Die novellierte F-Gase-Verordnung forciert durch das Phasedown-Szenario den sukzessiven Ausstieg aus fluorierenden Treibhausgasen mit hohem GWP. Hier erweist sich der Einsatz von R32 in den FDS-Geräten als zukunftssichere Brückentechnologie gegenüber Altgeräten auf R410A-Basis:

• GWP-Reduktion: Das Treibhauspotenzial sinkt von 2088 auf 675, was die Quote der F-Gase-Vorgaben nachhaltig entlastet.
• Sicherheitsklassifizierung nach DIN EN 378 / ISO 817: R32 ist als Kältemittel der Sicherheitsgruppe A2L (schwer entflammbar, ungiftig) eingestuft.
• Raumbegrenzung und Füllmengen: Bei der Installation im gewerblichen Bereich muss das Mindestraumvolumen $V_{\text{min}}$ anhand der Grundfüllung $m_c$ und der praktischen Grenzkonzentration LFL (Lower Flammability Limit, bei R32 ca. 0,307 kg/m³) überprüft werden:

$$V_{\text{min}} = \frac{m_c}{\text{LFL} \cdot 0,25}$$

Dank der hohen Leitungslängenkapazität der HyperInverter-Modelle von bis zu 100 Metern und einer zulässigen Höhendifferenz von bis zu 30 Metern können die Außengeräte flexibel auf Dächern oder im geschützten Außenbereich platziert werden. Dies vereinfacht die Aufstellung im Sinne des Brandschutzes und der Schallschutzvorgaben nach TA Lärm erheblich.

Dimensionierungsbeispiel: Technikraumkühlung im Vergleich

Für einen Technikraum mit 60 m² Grundfläche und 3,0 m Raumhöhe errechnet sich bei einer IT-Dauerlast von 10 kW und Transmissions- sowie Lüftungslasten ein sommerlicher Gesamtkühlbedarf von 12,5 kW. Die Auslegung erfolgt auf eine Raumlufttemperatur von 24 °C bei 45 % relativer Feuchte (Trockenkugeltemperatur $t_{tr} = 24,^\circ\text{C}$, Feuchtkugeltemperatur $t_f \approx 16,^\circ\text{C}$).

| Parameter | Konventioneller Standard-Inverter | S-Klima FDS HyperInverter (FDC125) | | :--- | :--- | :--- | | Kältemittel | R410A (GWP 2088) | R32 (GWP 675) | | Kälteleistung Nenn ($35,^\circ\text{C}$ außen) | 12,5 kW | 12,5 kW | | Kälteleistung bei $-10,^\circ\text{C}$ außen | 8,8 kW (Leistungsabfall ca. 30 %) | 12,5 kW (100 % Nennleistung durch HyperInverter) | | Leistungszahl EER ($35,^\circ\text{C} / 27,^\circ\text{C}$) | 3,15 | 4,02 | | Saisonale Effizienz SEER | 5,80 | 7,10 | | Maximale Kältemittelleitungslänge | 50 m | Bis zu 100 m | | Winterregelung Kühlen | bis $-5,^\circ\text{C}$ Außentemperatur | bis $-15,^\circ\text{C}$ Außentemperatur garantiert |

Die Gegenüberstellung verdeutlicht, dass Standard-Inverter bei fallenden Außentemperaturen im Kühlbetrieb an Systemgrenzen stoßen. Der HyperInverter hingegen hält die Kälteleistung auch im strengen Winter ohne Notfallunterkühlung konstant aufrecht.

Kälteanlagenbau in der Praxis: Redundanz und Gebäudeleittechnik

Im anspruchsvollen Kälteanlagenbau ist der Schutz vor Komponentenausfällen oberstes Gebot. S-Klima bietet für die FDS-Serie spezielle CompTrol-Regelungssysteme sowie GLT-Schnittstellen (Modbus, BACnet, KNX) an. Zwei autarke Kältekreise werden dabei häufig als n+1-Redundanz geschaltet:

1. Automatischer Laufzeitausgleich: Die Steuerung wechselt den Führungs- und Folgebetrieb in festen Intervallen (z. B. alle 168 Betriebsstunden). Dadurch unterliegen Verdichter und Lüftermotoren beider Kältekreise einer homogenen Alterung.
2. Kaskadierung bei Spitzenlast: Übersteigt die Wärmelast im Raum einen festgelegten Grenzwert (z. B. $T_{\text{Raum}} > 27,^\circ\text{C}$), schaltet die Folgemaschine automatisch hinzu, um die Temperatur unverzüglich einzufangen.
3. Störmeldeweiterschaltung: Bei einem Hochdruck- oder Niederdruck-Pressostat-Alarm schaltet das redundante System verzögerungsfrei auf 100 % Leistung und alarmiert die GLT via potentialfreiem Kontakt oder Busprotokoll.

Zur Sicherung maximaler Effizienz und zur Vermeidung teurer Ausfallzeiten unterstützt das Team von Klimacorner.de Kälte-Klima-Fachbetriebe und Fachplaner bei der exakten hydraulischen und kältetechnischen Auslegung von Split- und Chiller-Systemen.

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