Gewerbekälte und Prozessklima: Mitsubishi Electric verzahnt R32-VRF der YXM-Serie mit R290-Großkaltwassersätzen

Kältetechnik im regulatorischen Wandel: Druck auf Gewerbe und Prozesskühlung

Die Novellierung der europäischen F-Gase-Verordnung verschärft die Phase-Down-Szenarien für teilfluorierte Kohlenwasserstoffe zusehends. Kälteanlagenbauer, Planer und Betreiber von Gewerbe- sowie Prozesskälteanlagen stehen vor der Herausforderung, Kälteleistungen im mittleren bis hohen Leistungsbereich bereitzustellen, ohne zukünftige Quotierungsengpässe oder Betriebsrisiken zu befürchten. Gefordert sind Konzepte, die ein niedriges Treibhauspotenzial (Global Warming Potential, GWP) mit thermodynamischer Exzellenz, hoher Betriebssicherheit und normenkonformer Auslegung nach DIN EN 378 sowie IEC 60335-2-40 vereinen.

Mitsubishi Electric adressiert dieses Spannungsfeld im Kälte- und Klimaanlagenbau mit einer zweigleisigen Technologieoffensive. Für direkte Verdampfungssysteme (DX-Klimatisierung und Server-/Gewerbekühlung) setzt das Unternehmen auf die neue City Multi VRF-Generation der YXM-Serie mit dem Kältemittel R32 (Sicherheitsgruppe A2L). Parallel dazu treibt der Hersteller den Einsatz von Propan (R290, A3) in der Kaltwassererzeugung und Großwärmepumpentechnik voran – namentlich mit der reversiblen Plattform MEHP-iB für die Außenaufstellung. Damit gelingt die funktionale Trennung von brennbaren Kohlenwasserstoffen im Außenbereich und optimierter Kältemittelfüllmenge im Gebäudeinneren.

Thermodynamische Grundlagen: Kältekreis und Wärmeübertragung im Detail

Der Wirkungsgrad einer Kompressionskältemaschine bemisst sich am theoretischen Carnot-Prozess. Der ideale Kälte-Leistungsfaktor (Carnot-COP bzw. $EER_{Carnot}$) definiert sich über das Temperaturniveau der Wärmesenke ($T_{sink}$) und der Wärmequelle ($T_{source}$):

$$EER_{Carnot} = \frac{T_{source}}{T_{sink} - T_{source}}$$

Um den realen Energy Efficiency Ratio (EER) an das thermodynamische Optimum heranzuführen, müssen die internen Irreversibilitäten im Kältekreislauf minimiert werden. Das betrifft vor allem:

1. Verdichterwirkungsgrad: Einsatz sauggasgekühlter Scroll-Inverter mit bürstenlosen Gleichstrommotoren (BLDC), die Teillastverluste drastisch reduzieren.
2. Druckverluste im Wärmeübertrager: Minimierung des saugseitigen Druckverlusts $\Delta p$, da jedes zusätzliche Zehntelbar Druckabfall die Verdampfungstemperatur absenkt und die spezifische Verdichterarbeit $\Delta h$ steigert.
3. Exergieverluste bei der Drosselung: Feinstufige elektronische Expansionsventile (EEV) stellen eine minimale, exakt geregelte Überhitzung am Verdampferaustritt sicher (typisch 3 bis 5 Kelvin), wodurch die Verdampferfläche maximal benetzt bleibt.

Vertical Flat Tube (VFT): Aluminium-Flachrohrtechnik gegen Exergieverluste

Eine signifikante Weiterentwicklung der YXM-Serie stellt der patentierte Vertical Flat Tube (VFT) Wärmeübertrager dar. Herkömmliche Kupferrohr-Aluminium-Lamellen-Kondensatoren erzeugen durch Verwirbelungen an den Rundrohren erhebliche luft- und kältemittelseitige Druckverluste. Die VFT-Technologie nutzt mikrostrukturierte Flachrohrprofile mit integrierter Doppelrohrverteilung. Dies bewirkt eine symmetrische Zweiphasenströmung des verdampfenden bzw. kondensierenden Kältemittels R32 über die gesamte Registerbreite.

Durch die homogene Kältemittelverteilung sinkt der thermodynamische Grädigkeitswert (Unterschied zwischen Kältemittel-Kondensationstemperatur und Kühlluftaustritt) um bis zu 2 Kelvin. Gleichzeitig reduziert die glattflächige Lamellengeometrie Schmutzanhaftungen und beschleunigt im Wärmepumpenmodus den Wasserablauf bei Abtautakten, was energieintensive Abtauzeiten um bis zu 30 % verkürzt.

| Kenngröße / Parameter | City Multi YXM (R32) | Konventionelle VRF (R410A) | MEHP-iB Chiller (R290) | | :--- | :--- | :--- | :--- | | Kältemittel / Sicherheitsklasse | R32 (A2L) | R410A (A1) | R290 / Propan (A3) | | GWP-Wert (AR6) | 675 | 2.088 | 0,02 | | Leistungsbereich (Kühlen) | 22,4 – 112 kW | 22,4 – 100 kW | 50 – 220 kW | | Max. Gesamtrohrlänge | 1.000 m | 500 – 1.000 m | Kaltwassernetz (offen) | | Höhendifferenz Außengerät/Innen | bis 113 m | bis 90 m | hydraulisch gebunden | | Saisonale Kühleffizienz (SEER) | bis > 7,2 | ca. 5,8 – 6,4 | bis > 5,1 (Kaltwasser 7/12 °C) |

Sicherheitsarchitektur nach DIN EN 378 und IEC 60335-2-40 für A2L-Kältemittel

Da R32 als Kältemittel der Sicherheitsgruppe A2L (schwer entflammbar, untere Zündgrenze LFL ca. $0,307 \text{ kg/m}^3$) eingestuft ist, verlangt der Kälteanlagenbau zwingend die Einhaltung praxisgerechter Schutzmaßnahmen. Gemäß DIN EN 378 bemisst sich die maximal zulässige Kältemittelfüllmenge ohne Zusatzmaßnahmen am Raumvolumen des kleinsten angeschlossenen Raumes:

$$m_{max} = 2,5 \times LFL^{5/4} \times h_0 \times A$$

Bei Unterschreitung des Mindestraumvolumens greift die Sicherheitsmatrix von Mitsubishi Electric in zwei strukturierten Ausführungen:

1. Modulares Sicherheitskonzept (Y-Serie / Wärmepumpensystem)

In der Y-Serie sind Kanaleinbaugeräte (z. B. Baureihe PEFY-MS) und Wandgeräte optional direkt mit integrierten Kältemittelsensoren ausgestattet. Spricht ein Sensor im Leckagefall an, wird ein lokales sowie zentrales Alarmsignal (akustisch/visuell, unter anderem via Fernbedienung PAR-41MAAB) ausgelöst. Externe motorische Absperrventile riegeln den betroffenen Strang ab, während der Rest der Kälteanlage ungestört weiterkühlt.

2. Vollintegriertes Konzept mit BC-Controllern (R2-Serie / Wärmerückgewinnung)

In der 2-Leiter-Wärmerückgewinnungsserie R2 sind Absperrventile direkt in den dezentralen Verteilern (BC-Controllern) verbaut. Im Störfall wird die Leckagestelle in Sekundenschnelle fluidisch isoliert. Die Kältemittelverlagerung wird begrenzt, und die verbleibenden Zonen können zeitgleich heizen und kühlen. Das System erfüllt damit die strengen Vorgaben der Produktnorm IEC 60335-2-40 (Anhang GG) vollständig ab Werk.

Kaltwasser und Prozesskälte: Monoblock-Lösungen mit R290

Für industrielle Hallen, Rechenzentren und Prozesskühlkreisläufe, bei denen brennbare Kältemittel im Gebäudeinneren baurechtlich oder versicherungstechnisch ausgeschlossen sind, bildet die R290-Chillerplattform MEHP-iB die passende Ergänzung. Als hermetisch geschlossener Monoblock im Außenbereich aufgebaut, zirkuliert im Gebäude ausschließlich Wasser bzw. ein Wasser-Glykol-Gemisch.

Propan weist mit einer theoretischen Kälteleistungsdichte, die der von R22 ähnelt, exzellente Wärmeübertragungseigenschaften auf. Dank der geringen Viskosität und des hohen Verdampfungsenthalpiewertes fallen die Druckverluste in den Plattenwärmeübertragern gering aus. Durch EC-Ventilatoren und drehzahlgeregelte Inverter-Scroll-Verdichter erreicht das System selbst bei Teillast exzellente SEER-Werte über 5,0. Eine integrierte Leckageüberwachung mit explosionsgeschütztem Gehäuselüfter garantiert, dass im Ernstfall keine zündfähige Gemischbildung im Chillergehäuse entsteht.

Auslegungsbeispiel aus der Kältepraxis: Bürogebäude mit EDV-Kühlung

Zur Veranschaulichung der Systemvorteile dient die Planung einer Gewerbeeinheit mit 45 kW Gesamtkühllast, davon 8 kW sensible Dauerlast im Serverraum (Raumfläche: 18 m², lichte Höhe: 2,75 m, Raumvolumen $V = 49,5 \text{ m}^3$):

• Kritische Konzentration: Nach DIN EN 378 darf die praktische Grenze von R32 ($0,061 \text{ kg/m}^3$) im kleinsten Raum nicht überschritten werden:
  $$m_{zul} = 49,5 \text{ m}^3 \times 0,061 \text{ kg/m}^3 \approx 3,02 \text{ kg}$$
• Anlagendimension: Die VRF-Anlage benötigt inklusive 70 m Kältemittelleitung ca. 8,5 kg R32.
• Lösungsweg: Ohne Sicherheitsmaßnahmen wäre die Anlage normativ nicht zulässig. Durch Einsatz der YXM-Kanalgeräte mit Leckagesensorik und motorischen Strangabsperrventilen im Vorflur reduziert sich das wirksame Freisetzungsvolumen im Havariefall auf die Kältemittelmenge des Einzelgeräts (ca. 1,4 kg). Die praktische Grenze wird mit 46 % des Grenzwerts sicher eingehalten. Ein aufwendiges, ex-geschütztes Notlüftungssystem entfällt.

Fazit und Planungsempfehlung

Die Kältetechnikbranche befindet sich inmitten einer tiefgreifenden Transformation. Mitsubishi Electric beweist mit der flexiblen YXM-Baureihe bis 112 kW sowie den R290-Chillerlösungen MEHP-iB, dass die Einhaltung der F-Gase-Verordnung Hand in Hand mit thermodynamischer Effizienz und Normenkonformität geht. Für Fachhandwerker und Kälteanlagenbauer bieten die vergrößerten Leitungslängen (bis zu 113 m Höhendifferenz und 1.000 m Gesamtlänge) sowie die standardisierte Sicherheitsarchitektur entscheidende Freiräume in der Ausführung.

Für die präzise Auslegung, hydraulische Einbindung und Beschaffung moderner Klimalösungen und Kältesysteme bietet das Fachportal Klimacorner.de Fachhandwerkern und Betreibern eine verlässliche Anlaufstelle mit kompetenter Fachberatung und breitem Lieferprogramm namhafter Hersteller.

Hersteller-Videos und Social Media

Passende Videos des Herstellers:

• Mitsubishi Electric City Multi VRF Overview
• Mitsubishi Electric Living Environment Systems Innovation

Aktuelle Beiträge des Herstellers in den sozialen Medien:

• LinkedIn – Mitsubishi Electric präsentiert modernste Klimatechnik und zukunftsfähige VRF-Lösungen auf Basis von R32 und R290.