Großwärmepumpe Mitsubishi Electric CAHV R290 für Hallenheizung

Industrie-, Logistik- und Montagehallen stellen thermisch anspruchsvolle Nichtwohngebäude dar. Große Raumhöhen, periodisch geöffnete Ladezonen sowie schwankende innere Wärmelasten erfordern Heizsysteme mit dynamischer Regelung und adäquatem Temperaturhub. Bislang dominierten in vielen Bestandsbauten direktbefeuerte Dunkelstrahler oder erdgasbetriebene Warmlufterzeuger. Im Rahmen der F-Gase-Verordnung (EU) 2024/573, den Anforderungen des Gebäudeenergiegesetzes (GEG) und den BEG-Förderkriterien für Nichtwohngebäude treibt Mitsubishi Electric die Umstellung auf regenerative Wärmepumpentechnik voran. Mit der Einführung der Luft/Wasser-Großwärmepumpe CAHV auf Basis des natürlichen Kältemittels R290 (Propan) schließt der japanische Hersteller die Leistungslücke zwischen klassischen Ecodan-Gewerbekaskaden und industriellen Climaveneta-Systemen.

Thermodynamische Grundlagen der Hallenbeheizung per Wärmepumpe

Großvolumige Hallen verlangen nach Luftumwälzung und schneller Temperaturwiederherstellung. Beim Einsatz wassergeführter Industrie-Deckenlufterhitzer bestimmt das Temperaturniveau im Wärmeübertrager unmittelbar das notwendige Bauvolumen und den Luftdurchsatz:

$$\dot{Q} = \dot{m}L \cdot c_p \cdot \Delta T_L = U \cdot A \cdot \Delta T{\ln}$$

Befinden sich in der Halle installierte Lufterhitzer im Bestand, wurden diese typischerweise für Vorlauf- und Rücklauftemperaturen von 70/50 °C oder gar 80/60 °C ausgelegt. Sinkt die Vorlauftemperatur ohne Austausch der Register auf 45 °C, schrumpft die logarithmische Temperaturdifferenz $\Delta T_{\ln}$ massiv. Die Heizleistung $\dot{Q}$ fällt stark ab, was entweder einen teuren Komplettumbau der Wärmeverteilung oder drastisch erhöhte Luftgeschwindigkeiten mit störender Zugluftbildung zur Folge hätte.

Genau an dieser Schnittstelle greift die CAHV-P400: Als Monoblock mit Kältemittel R290 erreicht sie Vorlauftemperaturen von bis zu 75 °C – und hält selbst bei tiefen Auslegungstemperaturen von -15 °C Außentemperatur noch uneingeschränkt 70 °C bereit. Dadurch lassen sich hydraulisch angebundene Warmlufterhitzer und Deckenstrahlplatten im Hallenbestand 1:1 weiterbetreiben.

Kältekreistechnik und Carnot-Wirkungsgrad mit R290

Das thermodynamische Fundament der CAHV bildet ein geschlossener Kältekreisprozess mit Propan (GWP = 0,02 nach neuester IPCC-Bewertung). Propan zeichnet sich durch vorteilhafte thermodynamische Stoffwerte aus:

• Hohe spezifische Verdampfungsenthalpie, wodurch im Vergleich zu fluorieren Kältemitteln ein reduzierter Kältemittelmassenstrom erforderlich ist.
• Niedrige Druckverluste im Lamellenrohr-Wärmeübertrager.
• Günstige kritische Temperatur ($T_c \approx 96,7,^\circ\mathrm{C}$), was Kondensationstemperaturen von 75 °C im überkritischen oder knappen unterkritischen Zustand ohne unzulässigen Effizienzabfall gestattet.

Der theoretische Carnot-Gütegrad einer solchen Wärmepumpe errechnet sich über das Temperaturverhältnis:

$$\mathrm{COP}{\mathrm{Carnot}} = \frac{T{\mathrm{kond}}}{T_{\mathrm{kond}} - T_{\mathrm{verd}}}$$

Bei einer Quellentemperatur von -7 °C (266,15 K) und einer Nutzwärmeabgabe bei 55 °C Vorlauf (Kondensation bei ca. 58 °C bzw. 331,15 K) liegt der Carnot-COP bei rund 5,1. Die invertergesteuerten Scroll-Verdichter von Mitsubishi Electric erreichen mit Economizer-Einspritzung (Flash-Gas-Injektion) einen Gütegrad von $\eta_C \approx 0,55$ bis 0,60, sodass bei diesen ungünstigen Außenbedingungen reale Leistungszahlen (COP nach EN 14511) um 2,8 bis 3,1 erzielt werden. In Teillast und bei typischen Übergangstemperaturen von +7 °C steigt der COP auf Werte über 4,2.

| Betriebspunkt (nach EN 14511) | Vorlauftemperatur | Heizleistung (kW) | Leistungszahl (COP) | Typische Anwendung | | :--- | :--- | :--- | :--- | :--- | | A7 / W35 | 35 °C | 42,5 | 4,35 | Industrie-Fußbodenheizung / Niedertemperatur | | A2 / W50 | 50 °C | 40,2 | 3,45 | Neu dimensionierte Deckenlufterhitzer | | A-7 / W65 | 65 °C | 38,1 | 2,82 | Bestands-Warmlufterhitzer im Hochwinter | | A-15 / W70 | 70 °C | 35,4 | 2,30 | Extremfrost-Auslegung für Altbestand |

Hydraulische Einbindung in Industrie- und Logistikhallen

Um den Kältekreis hermetisch im Freien zu halten, ist die CAHV als reines Monoblock-Außengerät konzipiert. Das Sicherheitskonzept erfüllt die Kriterien der EN 378 für brennbare Kältemittel (Sicherheitsgruppe A3): Sämtliche Propan-Komponenten verbleiben außerhalb des Gebäudes auf dem Hallendach oder der Außenanlage. Die Wärmeübertragung an das Heizwasser erfolgt über einen internen, diffusionsdichten Edelstahl-Plattenwärmetauscher.

Hydraulik und Entkopplung im Hallenbetrieb

In der Praxis speisen bis zu sieben CAHV-Einheiten in einer Kaskade mit bis zu 280 kW Gesamtheizleistung auf einen zentralen Pufferspeicher. Dieser dient nicht nur als hydraulische Weiche zwischen dem primären Wärmepumpenvolumenstrom und den sekundären Heizkreisen der Lufterhitzer, sondern garantiert auch das notwendige Abtau-Energievolumen. Bei Invertierung des Kältekreislaufs zur Heißgasabtauung wird dem Puffer in Sekundenbruchteilen Wärme entzogen, ohne dass es in den Hallenzonen zu störenden Temperaturabfällen kommt.

Regelung gegen thermische Schichtung

In hohen Hallen (typisch 8 bis 14 Meter Nutzhöhe) droht physikalisch bedingt die Bildung warmer Luftpolster unter dem Hallendach. Mitsubishi Electric kombiniert die Kaskadenregelung mit Gebäudeleittechnik-Schnittstellen (Modbus, BACnet) und Ansteuerungen für induktive Deckenventilatoren (Destratifikatoren). Sobald Sensoren eine vertikale Temperaturdifferenz von mehr als 3 Kelvin detektieren, drücken die Ventilatoren die Stauwärme wieder gezielt in den Arbeits- und Aufenthaltsbereich der Beschäftigten hinab.

Auslegungsbeispiel: Sanierung einer 2.500 m² Lager- und Kommissionierhalle

Ein Praxisbeispiel verdeutlicht die Dimensionierung nach VDI 2067 und DIN EN 12831:

• Objekt: Hallenbaujahr 1998, $2.500,\mathrm{m}^2$ Grundfläche, $7{,}5,\mathrm{m}$ lichte Höhe, berechnete Norm-Heizlast bei Norm-Außentemperatur -10 °C: $115,\mathrm{kW}$.
• Bestandsnetz: 8 Warmwasser-Deckenlufterhitzer, ausgelegt auf $68/52,^\circ\mathrm{C}$.
• Systemlösung: Eine Kaskade aus drei CAHV-P400 Geräten mit zusammen 120 kW Nennleistung bei -10 °C.
• Pufferspeichervolumen: Gemäß Richtlinie mindestens 20 Liter je kW Wärmepumpenleistung $\rightarrow$ Dimensionierung mit $2.500,\mathrm{l}$ Schichtladespeicher.
• Jahresarbeitszahl (JAZ): Nach VDI 4650 Nichtwohngebäude erzielt die Anlage dank modulierender Scroll-Inverter eine berechnete Jahresarbeitszahl von $\mathrm{JAZ} = 3{,}48$ über die Heizperiode.

Im Vergleich zur bisherigen Gasbefeuerung mit einem Jahresnutzungsgrad von 84 % senkt dieses System den Primärenergiebedarf um über 60 % und eliminiert CO2-Kosten nach Brennstoffemissionshandelsgesetz (BEHG) vollständig.

Wirtschaftlichkeit und BEG-Förderung 2026

Für gewerbliche Bauherren rechnet sich die Investition über die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG). Da R290 als natürliches Kältemittel gilt, greift neben dem Basisfördersatz für den Kesseltausch ein zusätzlicher Effizienz- und Kältemittelbonus von 5 Prozentpunkten. Zusammen mit den steuerlichen Abschreibungsmöglichkeiten für energieeffiziente Nichtwohngebäude sinkt die Amortisationszeit der Kaskade auf unter sechs Betriebsjahre – insbesondere dann, wenn auf dem Hallendach installierte Photovoltaik-Anlagen zur Eigenstromdeckung herangezogen werden.

Für weiterführende Projektplanungen, individuelle hydraulische Schemata und die Auslegung passender Hallenklimasysteme bietet Klimacorner.de umfassende herstellerübergreifende Beratung sowie das passende Spektrum an Klimatechnik, Wärmepumpen und Zubehör für gewerbliche Vorhaben.

Hersteller-Videos und Social Media

Passende Videos des Herstellers:

• Mitsubishi Electric HALLE | Air conditioning via high-efficiency systems
• Produkt im Blickpunkt: Ecodan von Mitsubishi Electric

Aktuelle Beiträge des Herstellers in den sozialen Medien:

• LinkedIn – Mitsubishi Electric Präsentation moderner gewerblicher Heiz- und Klimalösungen