Kältetechnik im Wandel: S-Klima setzt auf R32-Kompaktkälte und R290-Chiller

Kältetechnik und F-Gase-Verordnung: Neue Rahmenbedingungen für Kälteanlagenbauer

Die fortschreitende Verschärfung der europäischen F-Gase-Verordnung (EU 2024/573) stellt die gewerbliche Kältetechnik vor tiefgreifende Transformationsaufgaben. Der schrittweise Phase-Down teilfluorierter Kohlenwasserstoffe (HFKW) verknappt Kältemittel mit hohem Treibhauspotenzial (Global Warming Potential, GWP) spürbar. Für Kälteanlagenbauer, Fachplaner und Betreiber bedeutet dies, dass bei Kaltwassersätzen, industriellen Prozesskühlanlagen sowie Multisplit- und Direktverdampfungssystemen (DX) alternative Kältemittel zwingend in den Fokus rücken müssen.

S-Klima, der renommierte Vertriebs- und Lösungspartner für Klimatechnik von Mitsubishi Heavy Industries und eigene Systemlösungen der Stulz-Gruppe, reagiert auf diesen Wandel mit einer zweigleisigen Technologie-Strategie: Im Bereich der wassergeführten Kälte- und Chiller-Lösungen etabliert das Unternehmen reversible Monoblock-Kaltwassersätze mit dem natürlichen Kältemittel R290 (Propan, GWP 3). Parallel dazu treibt S-Klima bei Split-, Multisplit- und DX-Kompaktlüftungssystemen die Ausnutzung des Kältemittels R32 (GWP 675) voran, um im Teillast- und Komfortbereich höchste saisonale Effizienzwerte bei drastisch reduzierter Kältemittelfüllmenge zu erzielen.

Thermodynamische Grundlagen: Carnot-Prozess und Kältemittelverhalten

Jede Kompressionskältemaschine basiert auf dem linkslaufenden thermodynamischen Kreisprozess. Die theoretische Obergrenze des Wirkungsgrads wird durch den Carnot-Gütegrad bestimmt, welcher das Verhältnis der Nutztemperatur zur Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und Wärmesenke beschreibt:

$$\varepsilon_{\text{Carnot}} = \frac{T_{\text{Kalt}}}{T_{\text{Warm}} - T_{\text{Kalt}}}$$

In der Praxis weicht der reale Kältekreisprozess aufgrund von Druckverlusten in Rohrleitungen, isentropen Verdichterverlusten, Unterkühlung des flüssigen Kältemittels und Überhitzung des Sauggases vom idealen Carnot-Prozess ab. Hierbei zeigen moderne Kältemittel spezifische thermodynamische Vorteile:

• R290 (Propan): Zeichnet sich durch eine sehr hohe volumetrische Kälteleistung und eine ausgeprägte Verdampfungsenthalpie aus. Dadurch genügen geringere Massenströme im Kältekreislauf, was die Druckverluste minimiert und den isentropen Verdichterwirkungsgrad steigert. Gleichzeitig ermöglicht Propan selbst bei hohen Kondensationstemperaturen hervorragende Leistungszahlen.
• R32 (Difluormethan): Bietet gegenüber dem früheren Standard R410A eine um rund 20 % höhere Kälteleistung pro Volumeneinheit bei gleichzeitig niedrigerer Viskosität. Das gestattet kleinere Rohrdimensionen und reduziert die erforderliche Kältemittelfüllung im Gesamtsystem um bis zu 30 %.

Technische Auslegung von Kaltwassersätzen und DX-Systemen

Bei der Projektierung von Prozesskälteanlagen und Gewerbeklimatisierungen bildet die exakte Auslegung nach DIN EN 14511 (Prüfbedingungen für Kältemaschinen) sowie DIN EN 14825 (Berechnung des SEER- und SCOP-Werts) das normative Fundament. Ein entscheidender Faktor für die Betriebskosten ist das Teillastverhalten. Während klassische Kaltwassersätze früher häufig mit stufigen Hubkolbenverdichtern betrieben wurden, nutzen moderne S-Klima-Systeme drehzahlvariable DC-Inverter-Scrollverdichter.

Die nachfolgende Tabelle veranschaulicht typische thermodynamische und auslegungstechnische Kennwerte moderner S-Klima-Kältesysteme im Vergleich:

| Kennwert / Parameter | S-Klima R290 Kaltwassersatz (z. B. SAS300/EZY-Serie) | MHI / S-Klima R32 Multisplit-DX (SX- / ZT-Serie) | | :--- | :--- | :--- | | Kältemittel & Sicherheitsgruppe | R290 (Propan) / A3 (brennbar) | R32 (Difluormethan) / A2L (schwer entflammbar) | | GWP-Wert (AR4 / AR6) | 3 / 0,02 | 675 / 771 | | Verdichtertechnologie | Invertergesteuerter Hermetik-Scroll | Inverter-Twin-Rotary / Scroll | | Vorlauf- / Verdampfungstemperatur | Chilled Water 7 °C / 12 °C (bis -8 °C Sole) | Verdampfung Direct Expansion 4 °C bis 8 °C | | Kühlleistungsbereich | 5,0 bis 25,0 kW (kaskadierbar) | 2,0 bis 12,5 kW | | SEER-Bereich (nach EN 14825) | 4,8 bis 5,4 | Bis zu 8,5 (je nach Innengeräte-Mix) | | Aufstellungsbereich | Reine Außenaufstellung (Kaltwasserübergabe) | Außen- und Innenräume gem. DIN EN 378 |

Beispielrechnung: Druckverlust und hydraulische Auslegung eines Chillers

Für einen Kaltwassersatz mit einer Nutzkälteleistung von $\dot{Q}_0 = 12{,}0,\text{kW}$ zur Prozesskühlung bei einem Auslegungstemperaturpaar von 12 °C (Rücklauf) und 7 °C (Vorlauf) ergibt sich die Spreizung $\Delta T = 5,\text{K}$. Mit der spezifischen Wärmekapazität von Wasser ($c_p \approx 4{,}18,\text{kJ/(kg}\cdot\text{K)}$) berechnet sich der erforderliche Volumenstrom $\dot{V}$ wie folgt:

$$\dot{m} = \frac{\dot{Q}_0}{c_p \cdot \Delta T} = \frac{12{,}0,\text{kW}}{4{,}18,\text{kJ/(kg}\cdot\text{K)} \cdot 5,\text{K}} \approx 0{,}574,\text{kg/s} \approx 2{,}07,\text{m}^3\text{/h}$$

Bei der Auswahl der Rohrleitungsdimensionierung (beispielsweise DN 25 / Kupferrohr $28 \times 1{,}5,\text{mm}$ mit Innen-Durchmesser $d_i = 25,\text{mm}$) ergibt sich eine Strömungsgeschwindigkeit von:

$$v = \frac{4 \cdot \dot{V}}{\pi \cdot d_i^2} = \frac{4 \cdot (2{,}07 / 3600),\text{m}^3\text{/s}}{\pi \cdot (0{,}025,\text{m})^2} \approx 1{,}17,\text{m/s}$$

Dieser Geschwindigkeitsbereich hält die laminaren und turbulenten Rohrreibungsverluste gering, verhindert Erosionskorrosion und sorgt dafür, dass die integrierten Hocheffizienzpumpen im Chiller-Modul mit minimaler elektrischer Hilfsenergie auskommen.

Sicherheitsanforderungen nach DIN EN 378 und VDI 4646

Beim Einsatz der neuen Kältemittelgenerationen bildet die DIN EN 378 („Kälteanlagen und Wärmepumpen – Sicherheitstechnische und umweltrelevante Anforderungen“) den verbindlichen Leitfaden für Kälteanlagenbauer.

R290 im Kaltwassereinsatz: Hermetische Trennung außen

Da Propan in die Kältemittelsicherheitsgruppe A3 eingestuft ist, favorisiert S-Klima bei R290 geschlossene Monoblock-Kaltwassersätze zur Außenaufstellung. Das gesamte brennbare Kältemittel verbleibt im werkseitig hermetisch dichten Kältekreislauf des Außengeräts. Die Wärmeübertragung an das Gebäude oder den Produktionsprozess erfolgt ausschließlich über ein Wasser-Glykol-Gemisch. Dadurch entfallen aufwendige Gaswarnanlagen oder Raumvolumenberechnungen in Innenräumen vollständig, da kein Kältemittel die Gebäudehülle passiert.

R32 bei Direktverdampfung: Praxisgerechte Raumgrenzen

Für Split- und DX-Systeme mit R32 (Gruppe A2L) gilt: Dank der moderaten Brennbarkeit dürfen diese Systeme in Innenräumen installiert werden, sofern Mindestraumflächen gemäß DIN EN 378-1 nicht unterschritten werden. S-Klima stattet seine Systeme und Koppelmodule (wie das AHU-KIT-SP2 für Lüftungsregister) mit automatischen Drucküberwachungen, redundanten Fühlerkreisen und optionalen Kältemittelabsperrventilen aus. Dies ermöglicht die normkonforme Erschließung auch kompakter Büro- und Technikräume ohne bauliche Sondermaßnahmen.

Kälteanlagenbau & Instandhaltung: Praxis-Tipps für den Kältetechniker

Für das kältetechnische Fachhandwerk verändern die Inverter-Systeme von S-Klima und Mitsubishi Heavy Industries die Service- und Inbetriebnahmeroutinen maßgeblich:

1. Evakuierung und Feuchtigkeitskontrolle: Aufgrund der hygroskopischen Eigenschaften synthetischer POE-Öle (Polyolesteröle), die in R32- und R290-Scrollkompressoren verwendet werden, ist eine Tiefenevakuierung zwingend erforderlich. Ein Endvakuum von unter 2,0 mbar (besser < 1,0 mbar absolut) mit Standvakuumprüfung verhindert Feuchtigkeitseinschlüsse, die zur Säurebildung im Motorwicklungsbereich führen können.
2. Elektronische Expansionsventile (EEV): S-Klima-Systeme regeln die Überhitzung über feinfühlige Schrittmotor-Expansionsventile mit über 480 Regelschritten. Dies garantiert selbst bei extremen Lastwechseln im gewerblichen Bereich eine konstante Sauggasüberhitzung von 3 bis 5 K und verhindert Flüssigkeitsschläge am Verdichter zuverlässig.
3. Regelungsintegration via CompTrol: Die Vernetzung der Kältemaschinen über S-Klimas hauseigene CompTrol-Serie erlaubt die direkte Gebäudeanbindung über Modbus RTU/TCP oder BACnet mit Ende-zu-Ende-Verschlüsselung (TLS 1.2+). So können Betriebsdrücke, Heißgastemperaturen und Inverterfrequenzen kontinuierlich fernüberwacht und präventive Wartungsintervalle exakt geplant werden.

Fazit und Planungssicherheit für Fachbetriebe

Die Kombination aus propanbasierten Kaltwassersätzen für die hydraulische Kälteerzeugung und hocheffizienten R32-Invertersystemen für Direktverdampfungsanwendungen bietet Kältefachbetrieben und TGA-Planern maximale Zukunftssicherheit. Beide Pfade erfüllen sämtliche Anforderungen der novellierten F-Gase-Verordnung bis weit über das Jahr 2030 hinaus.

Für Fachfirmen, Anlagenbauer und Fachplaner, die Unterstützung bei der Auslegung, Komponentenwahl oder hydraulischen Einbindung von Kälteanlagen suchen, steht das Team von Klimacorner.de mit umfassender technischer Fachberatung, Projektierungsunterstützung und einem breiten Portfolio moderner Kälte- und Klimakomponenten zur Seite.

Hersteller-Videos und Social Media

Passende Videos des Herstellers:

• S-Klima Markenfilm: Klimatechnik neu gedacht

Aktuelle Beiträge des Herstellers in den sozialen Medien:

• LinkedIn – S-Klima präsentiert energieeffiziente Kälte- und Klimakonzepte sowie zukunftssichere Kältemittellösungen für Fachhandwerk und TGA-Planung.