Mitsubishi Electric MEHP-iB-G09 Chiller mit Propan R290

Die europäische Kältetechnik befindet sich infolge der novellierten F-Gase-Verordnung (EU) 2024/573 in einem tiefgreifenden technologischen Umbruch. Während herkömmliche fluorierte Kältemittel durch schrittweise Quotenverknappungen (Phase-down) verteuert und reguliert werden, rücken natürliche Kältemittel wie Propan (R290, GWP = 0,02 bzw. normativ 3) sowie A2L-Kältemittel verstärkt in den Mittelpunkt industrieller und gewerblicher Anlagenkonzepte. Mitsubishi Electric reagiert auf diese regulatorischen und ökologischen Rahmenbedingungen mit einer signifikanten Erweiterung seines Chiller-Portfolios: Die luftgekühlte, reversible Kaltwassersatz- und Wärmepumpenserie MEHP-iB-G09 setzt im Leistungssegment vollständig auf das natürliche Arbeitsmedium R290 und zielt auf den anspruchsvollen Einsatz in der Prozesskühlung, der industriellen Kältetechnik und hydraulischen Komfortnetzen ab.

Thermodynamische Grundlagen: Warum R290 in Kaltwassersätzen überzeugt

Im klassischen Kompressionskältekreis definiert der Carnot-Wirkungsgrad das theoretische Maximum der Energieumwandlung zwischen unterem Temperaturniveau (Verdampfung) und oberem Temperaturniveau (Verflüssigung). In der realen Kältemaschine wird die Leistungszahl im Kühlbetrieb durch den Energy Efficiency Ratio (EER) sowie den Seasonal Energy Efficiency Ratio (SEER nach EN 14825) beschrieben:

$$\text{EER} = \frac{\dot{Q}0}{P{\text{el}}}$$

Hierbei repräsentiert $\dot{Q}0$ den Kältestrom (kW) am Verdampfer und $P{\text{el}}$ die aufgenommene elektrische Wirkleistung des Gesamtsystems inklusive Verdichter und Verflüssigerventilatoren.

Propan weist als Reinstoff hervorragende thermophysikalische Eigenschaften auf. Seine hohe spezifische Verdampfungsenthalpie (rund 425 kJ/kg bei 0 °C im Vergleich zu ca. 200 kJ/kg bei R410A) führt dazu, dass pro Masseneinheit des zirkulierenden Kältemittels signifikant mehr Wärmeenergie aufgenommen werden kann. Invertergeregelte Scroll-Verdichter können daher mit kleineren Hubvolumina betrieben werden, was interne Drossel- und Druckverluste im Kältekreislauf minimiert. Darüber hinaus besitzt R290 eine günstige Drucklage und eine geringere Heißgastemperatur am Verdichteraustritt, was den thermischen Stress des Kältemaschinenöls reduziert und die Lebensdauer der internen Komponenten erhöht.

Bauteile im Fokus: Plattenwärmetauscher und elektronische Expansionsventile

Im MEHP-iB-G09 kommen gelötete Edelstahl-Plattenwärmetauscher zum Einsatz, die als Verdampfer fungieren. Durch optimierte Plattenprägungen wird eine stark turbulente Strömung erzeugt, wodurch hohe Wärmeübergangskoeffizienten bei minimaler Kältemittelfüllmenge realisiert werden. Die Regelung des Kältemittelmassenstroms übernimmt ein präzises elektronisches Expansionsventil (EEV). In Verbindung mit der Inverterdrehzahlregelung des Verdichters wird die Überhitzung am Verdampferaustritt auf wenige Kelvin stabilisiert. Dadurch wird ein Flüssigkeitsschlag im Verdichter sicher vermieden, während gleichzeitig der Verdampfungsdruck maximiert wird – ein direkter Hebel zur Steigerung des COP und EER.

Gegenüberstellung: R290 im Vergleich zu klassischen Kältemitteln in Chillern

Die folgende Übersicht veranschaulicht die thermodynamischen und sicherheitsrelevanten Kenndaten relevanter Kältemittel im Segment der Kaltwassersätze:

| Parameter / Kennwert | R290 (Propan) | R32 | R410A (Referenz alt) | | :--- | :--- | :--- | :--- | | Sicherheitsklasse (ISO 817 / EN 378) | A3 (brennbar, ungiftig) | A2L (schwer entflammbar) | A1 (nicht brennbar) | | Treibhauspotenzial (GWP nach IPCC AR6) | 0,02 (GWP-Wert = 3) | 675 | 2.088 | | Spezifische Verdampfungsenthalpie (0 °C) | ca. 425 kJ/kg | ca. 310 kJ/kg | ca. 210 kJ/kg | | Gleit (Temperaturgleit) | 0 K (Reinstoff) | 0 K (Reinstoff) | < 0,2 K (quasi-azeotrop) | | Einsatzbereich Kaltwasser/Prozess | -10 °C bis +20 °C | +4 °C bis +20 °C | +4 °C bis +18 °C | | Maximale Vorlauftemperatur im Heizbetrieb | bis zu 75 °C | ca. 55 °C bis 60 °C | ca. 50 °C bis 55 °C |

Hydraulische Einbindung und Druckverlustberechnung im Kaltwassernetz

Kaltwassersätze und Chiller übertragen die Kälteleistung nicht direkt an den Raum, sondern über ein hydraulisches Sekundärnetz (Wasser oder Wasser-Glykol-Gemisch). Für den Kälteanlagenbauer ist die hydraulische Dimensionierung nach VDI 2073 und DIN EN 14511 elementar, um parasitäre Pumpenstromverbräuche zu vermeiden.

Die thermische Leistung eines Kaltwasserkreises errechnet sich aus dem Massenstrom $\dot{m}$, der spezifischen Wärmekapazität $c_p$ des Fluids (bei reinem Wasser ca. $4,18 ,\text{kJ}/(\text{kg}\cdot\text{K})$) und der Spreizung $\Delta T = T_{\text{Rücklauf}} - T_{\text{Vorlauf}}$:

$$\dot{Q}_0 = \dot{m} \cdot c_p \cdot \Delta T$$

Beispielrechnung: Kaltwasservolumenstrom für 80 kW Prozesskälteleistung

Soll eine Produktionsanlage mit einer Kälteleistung von $\dot{Q}_0 = 80,\text{kW}$ bei einer Kaltwassertemperatur von 7 °C im Vorlauf und 12 °C im Rücklauf gekühlt werden (Spreizung $\Delta T = 5,\text{K}$), ergibt sich folgender erforderlicher Massenstrom:

$$\dot{m} = \frac{\dot{Q}_0}{c_p \cdot \Delta T} = \frac{80,\text{kW}}{4,18,\text{kJ}/(\text{kg}\cdot\text{K}) \cdot 5,\text{K}} \approx 3,828,\text{kg/s} \approx 13,78,\text{m}^3/\text{h}$$

Bei einem angenommenen Rohrnetz-Druckverlust $\Delta p = 120,\text{kPa}$ (inklusive Plattenwärmetauscher, Regelarmaturen und Rohrleitungen) und einem Pumpen-Gesamtwirkungsgrad von $\eta_{\text{Pumpe}} = 0,65$ errechnet sich die hydraulische Antriebsleistung:

$$P_{\text{hyd}} = \frac{\dot{V} \cdot \Delta p}{\eta_{\text{Pumpe}}} = \frac{0,00383,\text{m}^3/\text{s} \cdot 120.000,\text{Pa}}{0,65} \approx 707,\text{W}$$

Die präzise Auslegung der internen und externen Druckverluste garantiert, dass die Umwälzpumpe im optimalen Betriebspunkt der Kennlinie arbeitet und die saisonale Gesamteffizienz des Kaltwassersystems nicht durch überdimensionierte Förderhöhen geschmälert wird.

Sicherheitskonzepte nach DIN EN 378 für Propan-Kaltwassersätze

Da R290 in die Sicherheitsgruppe A3 eingestuft ist, verlangt der Kälteanlagenbau durchdachte Schutzmaßnahmen. Der entscheidende Vorteil von Systemen wie dem MEHP-iB-G09 liegt in der werkseitig geschlossenen Monoblock-Bauweise für die Außenaufstellung. Der brennbare Kältekreis verbleibt vollständig im Freien; in das Gebäudeinnere wird ausschließlich thermische Energie über Wasserleitungen transportiert.

Gemäß DIN EN 378 (Teil 1 bis 4) und den Vorgaben der DGUV Regel 113-001 (BGR 500) müssen bei der Außenaufstellung definierte Ex-Zonen (Schutzzonen) eingehalten werden. In unmittelbarer Umgebung von Sicherheitsventilen, Be- und Entlüftungsöffnungen sowie Kältemittelanschlüssen dürfen sich keine Zündquellen, Lichtschächte, Kanaleinläufe oder Fenster befinden, da Propan schwerer als Luft ist und sich in Vertiefungen ansammeln kann. Mitsubishi Electric integriert in die Chiller-Gehäuse permanente Zwangsbelüftungssysteme und ATEX-konforme Drucksensoren, die im Falle einer Leckage das System stromlos schalten und eine kontrollierte Gasverdünnung unterhalb der unteren Explosionsgrenze (UEG: 1,7 Vol.-% bzw. 38 g/m³) sicherstellen.

Reversibler Betrieb und Prozesswärmerückgewinnung

Ein wesentlicher Vorteil moderner Kaltwassersätze ist ihre reversible Betriebsweise als Hochtemperatur-Wärmepumpe. Durch die thermodynamischen Eigenschaften von R290 erreichen Chiller wie der MEHP-iB-G09 Vorlauftemperaturen von bis zu 75 °C. In gewerblichen Prozessen ermöglicht dies das Konzept der Wärmerückgewinnung: Die bei der Kaltwasserbereitung anfallende Kondensationswärme wird nicht ungenutzt über Axialventilatoren an die Umgebungsluft abgegeben, sondern über zusätzliche Desuperheater oder Umschaltkreise in Heizungs- oder Brauchwassernetze eingespeist. Damit sinkt der Primärenergiebedarf des Gesamtstandorts drastisch, was auch den Anforderungen des Gebäudeenergiegesetzes (GEG) und der VDI 4646 entspricht.

Praxis-Hinweis für Fachplaner und Kälteanlagenbauer

Bei der Umstellung bestehender Kaltwassernetze auf R290-Chiller muss neben der thermischen Lastberechnung nach VDI 2078 zwingend die Frostschutzabsicherung geprüft werden. Da das Kältemittel-Wasser-Verhältnis im Außenbereich liegt, erfordern ungeschützte Rohrleitungen Glykolmischungen oder hydraulische Entkopplungen mittels Systemtrennung (Zwischenwärmetauscher). Zu beachten ist hierbei der Viskositätsanstieg von Glykolgemischen, welcher den Wärmeübergangskoeffizienten senkt und den hydraulischen Druckverlust um 15 bis 25 % erhöhen kann.

Fachbetriebe und Ingenieurbüros, die maßgeschneiderte Kältekonzepte planen, finden fundierte Unterstützung und passende Systemtechnik auf www.klimacorner.de. Als spezialisierter Fachgroßhändler und Beratungspartner für moderne Klimatechnik, Wärmepumpen und Kaltwassersysteme steht Klimacorner Planern und Kälteanlagenbauern von der Lastanalyse bis zur Komponentenwahl zur Seite.

Hersteller-Videos und Social Media

Passende Videos des Herstellers:

• Mitsubishi Electric - Chillers and Heat Pumps Range
• Mitsubishi Electric Hydronics & IT Cooling Systems

Aktuelle Beiträge des Herstellers in den sozialen Medien:

• LinkedIn – Mitsubishi Electric Living Environment Systems präsentiert nachhaltige Kaltwassersatz-Lösungen und R290-Technologie für Industrie und Gewerbe.
• YouTube – Offizieller Kanal von Mitsubishi Electric Living Environment Systems mit Einblicken in Chiller- und Großwärmepumpentechnik.