S-Klima DX-Lüftungstechnik: Effiziente Klimalösungen mit R32 und Kompaktlüftungsgeräten

S-Klima erweitert Klimatechnik-Lösungen um modulierende DX-Lüftungsgeräte

In modernen gewerblichen sowie anspruchsvollen wohnwirtschaftlichen Gebäudekonzepten gewinnt die direkte Verknüpfung von kontrollierter Raumlüftung und Kältekreisläufen massiv an Bedeutung. Die Bereitstellung von behaglicher Zuluft erfordert heute Systeme, die nicht nur lüftungstechnische Mindestvolumenströme garantieren, sondern gleichzeitig sensible und latente Kühllasten sowie Raumheizlasten im reversiblen Betrieb hochgradig energieeffizient abdecken.

S-Klima (der exklusive Vertriebspartner für Mitsubishi Heavy Industries in Deutschland) setzt hierbei auf eine Systemkopplung aus Kompaktlüftungsgeräten und drehzahlgeregelten Direktverdampfungs-Außeneinheiten (DX-Systeme). Mit den Baureihen LXH und LRH deckt das Unternehmen sechs standardisierte Baugrößen für Luftfördermengen von 450 bis 5.300 m³/h ab. Das Herzstück der Systemintegration bildet das werkseitig vorbereitete Regelungsmodul AHU-KIT-SP2, das die kältetechnische Leistungsmodulation des Inverters nahtlos mit den ventilations- und raumlufttechnischen Parametern verzahnt.

Kältetechnischer Kreisprozess und Enthalpiebilanz in der Direktverdampfung

Im Vergleich zu klassischen Kaltwassersystemen, die auf einen Zwischenkreislauf über Wasser-Glykol-Gemische angewiesen sind, nutzen DX-Kompaktlüftungsgeräte den Phasenwechsel des Kältemittels R32 (Difluormethan) direkt im Luftstrom des Lüftungsgerätes. Dies vermeidet die thermodynamische Exergievernichtung zweier aufeinanderfolgender Wärmeübertrager.

Der Kältekreisprozess folgt dem klassischen Carnot-Vergleichsprozess mit irreversiblen Verlusten: Im Verdampfer nimmt das Kältemittel bei konstantem Sättigungsdruck Wärme aus dem Zuluftstrom auf. Dabei sinkt die Enthalpie der Luft entsprechend der Gleichung: $$\dot{Q}K = \dot{m}{Luft} \cdot (h_{L,ein} - h_{L,aus})$$ wobei $\dot{m}{Luft}$ den Luftmassenstrom darstellt und $h{L}$ die spezifische Enthalpie der feuchten Luft auf Basis des Mollier-h,x-Diagramms beschreibt. Unterschreitet die Oberflächentemperatur des Wärmeübertragers den Taupunkt der Außen- bzw. Mischluft, kommt es zur Taupunktsunterschreitung und damit zur Entfeuchtung, was die Behaglichkeit im Raumklima gemäß DIN EN 16798 maßgeblich verbessert.

Durch den Wegfall der hydraulischen Übergabeverluste erreichen DX-verdampfende Systeme im Teillastbetrieb herausragende Kennzahlen. Das Kältemittel R32 weist im Vergleich zu Vorgängern wie R410A eine um rund 12 Prozent höhere volumetrische Kälteleistung sowie einen GWP von 675 auf. Dies erleichtert die Erfüllung der Vorgaben der europäischen F-Gase-Verordnung erheblich.

Thermodynamische Vergleichsdaten im Auslegungsfokus

| Kenngröße / Parameter | Konventionelles Kaltwassersystem | S-Klima LXH/LRH DX-System (R32) | | :--- | :--- | :--- | | Wärmeübertragungsmedium | Wasser / Glykol (hydraulisch) | Kältemittel R32 (Direktverdampfung) | | Verdampfungstemperatur ($t_0$) | typisch 5 bis 7 °C (Kaltwassersatz) | modulierend 6 bis 12 °C (Bedarfsanpassung) | | Mittlerer EER-Wert (Nennlast) | 3,10 – 3,60 | 4,20 – 4,80 | | Frostschutzgrenze ohne Vorerhitzer | ca. 0 bis +2 °C | bis zu -12 °C (spezielles Abtaukonzept) | | Enthalpie-Rückgewinnung | Platten-WT oder Rotations-WT | Integrierter Rotations-/Gegenstrom-WT | | Regelungsreaktionszeit | Träge (Hydraulikvolumen) | Sehr schnell (Inverter & EEV via AHU-KIT) |

Systemkomponenten und Steuerung: Das AHU-KIT-SP2

Die Präzision eines Direktverdampfungs-Lüftungssystems steht und fällt mit der Ansteuerung des Kältekreises. Das von S-Klima verwendete AHU-KIT-SP2 fungiert als kältetechnische und regelungstechnische Brücke zwischen dem R32-Außengerät von Mitsubishi Heavy Industries und dem Kompaktlüftungsgerät. Es umfasst im Wesentlichen:

• Ein mikroprozessorgesteuertes elektronisches Expansionsventil (EEV), das die Kältemitteleinspritzung über bis zu 480 Ventilschritte kontinuierlich regelt und somit die Überhitzung am Verdampferausgang exakt auf Zielwerten zwischen 3 und 5 Kelvin stabil hält.
• Analoge und digitale Schnittstellen für 0–10-V-Leistungsanforderungen, die von einer übergeordneten Gebäudeleittechnik (GLT) oder raumlufttechnischen Fühlern gespeist werden.
• Ein abgestimmtes Sensorenpaket zur Überwachung der Sauggastemperatur, der Verdampfungstemperatur sowie der Zuluft- und Ablufttemperaturen.

Ein wesentlicher konstruktiver Vorteil der Baureihen LXH und LRH ist das Gehäusekonzept: Die Kompaktgeräte genügen der Dichtheitsklasse L1 gemäß DIN EN 1886. Dies minimiert ungewollte Leckagen über Gehäusefugen auf ein Minimum, senkt interne Druckverluste und verhindert das Eindringen ungefilterter Falschluft. Gleichzeitig erlaubt das spezielle Abtaumanagement den Fortfall elektrischer oder hydraulischer Frostschutz-Vorerhitzer bei Außenlufttemperaturen bis zu -12 °C, da die Enthalpierückgewinnung des Gegenstrom- bzw. Rotationswärmeübertragers intelligent mit der Kältekreisumkehr moduliert wird.

Sicherheitskonzepte für A2L-Kältemittel in geschlossenen Räumen

Da R32 als Sicherheitskältemittel der Klasse A2L (schwer entflammbar) eingestuft ist, müssen bei der Innenaufstellung von Lüftungsgeräten die Sicherheitsanforderungen nach DIN EN 378 eingehalten werden. S-Klima integriert in den LXH- und LRH-Geräten bereits ab Werk aufeinander abgestimmte Schutzmaßnahmen.

Während bei herkömmlichen Direktverdampfern das gesamte Kältemittelvolumen im Fall einer Leckage in das Kanalnetz entweichen könnte, sieht das System integrierte Leckagesensoren und automatische Absperr- sowie Abpumpszenarien vor. Das Belüftungskonzept sorgt dafür, dass selbst im seltenen Havariefall die untere Zündgrenze (LFL von 0,307 kg/m³) zu keinem Zeitpunkt im Aufstellungsraum oder im Zuluftkanal erreicht werden kann. Dadurch dürfen die Kompaktlüftungsgeräte auch in sehr kleinen Technikzentralen und Gebäudestrukturen ohne aufwendige bauliche Sondermaßnahmen montiert werden.

Beispielrechnung: Zuluftkonditionierung im sommerlichen Teillastfall

Betrachtet wird ein Bürokomplex, dessen Außenluftbedarf über ein S-Klima LRH-Kompaktlüftungsgerät mit einer Nennluftmenge von $V = 2.400\ \text{m}^3/\text{h}$ bereitgestellt wird.

• Gegebene Parameter:

  • Außenluftzustand: $t_{AU} = 32,^\circ\text{C}$, relative Feuchte $\varphi_{AU} = 45,%$ (Enthalpie $h_1 \approx 64,5\ \text{kJ/kg}$, Luftdichte $\rho \approx 1,20\ \text{kg/m}^3$).
  • Vorgeschalteter Rotationswärmeübertrager (Abluft $24,^\circ\text{C}$): kühlt die Außenluft vortemperiert auf $t_{nachWT} = 26,0,^\circ\text{C}$ ($h_2 \approx 55,0\ \text{kJ/kg}$).
  • Gewünschter Zuluftzustand nach dem R32-DX-Kühler: $t_{ZU} = 17,5,^\circ\text{C}$, $\varphi_{ZU} = 65,%$ ($h_3 \approx 40,5\ \text{kJ/kg}$).

• Berechnung des Luftmassenstroms: $$\dot{m}_{Luft} = \frac{2.400\ \text{m}^3/\text{h}}{3.600\ \text{s/h}} \cdot 1,20\ \text{kg/m}^3 = 0,80\ \text{kg/s}$$

• Erforderliche Kälteleistung am Direktverdampfer: $$\dot{Q}{K,DX} = \dot{m}{Luft} \cdot (h_2 - h_3) = 0,80\ \text{kg/s} \cdot (55,0 - 40,5)\ \text{kJ/kg} = 11,60\ \text{kW}$$

• Elektrische Leistungsaufnahme und EER: Das angeschlossene Inverter-Außengerät moduliert über das AHU-KIT exakt auf den Leistungsbedarf von 11,6 kW herunter. Im Teillastpunkt erzielt die Inverter-Maschine einen momentanen EER von ca. 4,45: $$P_{el} = \frac{\dot{Q}_{K,DX}}{\text{EER}} = \frac{11,60\ \text{kW}}{4,45} \approx 2,61\ \text{kW}$$

Diese exakte Anpassung verhindert das bei herkömmlichen On/Off-Kaltwassersätzen gefürchtete Takten, schont die Verdichtermechanik und sichert eine absolut stabile Zulufttemperatur ohne Temperaturschwingungen im Kanalnetz.

Fazit und Planungsempfehlung für die Praxis

Die Integration von Direktverdampfungstechnik in standardisierte Raumluftkonzepte über die S-Klima Serien LXH und LRH markiert einen spürbaren Technologiesprung in der modernen Klimatechnik. TGA-Fachplaner und Kälte-Klima-Fachbetriebe profitieren von einer werkseitig harmonisierten Schnittstelle (AHU-KIT-SP2), die aufwendige bauseitige Adaptionen überflüssig macht. Das Zusammenspiel aus hocheffizienter R32-Invertertechnik, Wärmerückgewinnung und durchdachtem A2L-Sicherheitskonzept erfüllt gleichzeitig die strengen Vorgaben des Gebäudeenergiegesetzes (GEG) und der Ökodesign-Richtlinie.

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