S-Klima erweitert Portfolio: Luft-Wasser-Wärmepumpen mit R290 und DC-Inverter im technischen Fokus

Der Transformationsprozess im Heizungs- und Kühlungssektor verlangt von Fachplanern und Kälte-Klima-Fachbetrieben zunehmend Systeme, die hydronische Flexibilität mit zukunftssicheren Kältemitteln kombinieren. Während S-Klima im deutschen Markt vor allem als Exklusivpartner für Split- und VRF-Lösungen von Mitsubishi Heavy Industries bekannt ist, baut das Unternehmen sein herstellereigenes Portfolio im Bereich hydronischer Wärmepumpen und Kaltwassersätze signifikant aus. Im Mittelpunkt stehen reversible Luft-Wasser-Wärmepumpensysteme wie die Baureihen SAS und SAX, die mit dem natürlichen Kältemittel R290 (Propan) arbeiten und Vorlauftemperaturen von bis zu 75 °C bereitstellen.

Thermodynamische Grundlagen und der Carnot-Wirkungsgrad im Kältekreis

Das physikalische Fundament moderner Kompressionswärmepumpen beruht auf dem thermodynamischen Kreisprozess. Im linksdrehenden Kreisprozess nimmt das Kältemittel im Verdampfer auf niedrigem Temperaturniveau Wärme aus der Umgebungsluft auf und verdampft. Der motorbetriebene Verdichter hebt das Kältemittelgas durch Zufuhr mechanischer bzw. elektrischer Leistung auf ein höheres Druck- und Temperaturniveau an. Im nachgeschalteten Plattenwärmetauscher (Kondensator bzw. Verflüssiger) kondensiert das Kältemittel und gibt die Nutzwärme an das Heizungswasser ab. Anschließend entspannt das elektronische Expansionsventil (EEV) das verflüssigte Fluid auf den Ausgangsdruck, womit der Kreislauf geschlossen ist.

Die theoretische Obergrenze dieses Prozesses definiert der Carnot-Gütegrad. Der ideale Carnot-COP berechnet sich über die absoluten Temperaturen in Kelvin:

$$COP_{Carnot} = \frac{T_{Kondensation}}{T_{Kondensation} - T_{Verdampfung}}$$

Praktische Systeme erreichen infolge von Druckabfällen, Dissipation im Verdichter sowie Temperaturgräten an den Wärmeübertragern typischerweise 45 bis 55 Prozent des theoretischen Carnot-Wertes. Genau hier setzt die thermodynamische Optimierung moderner R290-Kältekreise an: Propan besitzt im Vergleich zu vielen fluorierten Kältemitteln eine hohe spezifische Verdampfungsenthalpie und ein günstigeres Druckverhältnis bei hohen Kondensationstemperaturen. Dies erlaubt es, Heizwassertemperaturen bis 75 °C ohne signifikanten Effizienzabsturz bereitzustellen.

Kennzahlen und Normen: COP, SCOP und JAZ nach EN 14511 und EN 14825

Für die energetische Bewertung und Auslegung im Rahmen des Gebäudeenergiegesetzes (GEG) und der Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) sind standardisierte Kenngrößen unverzichtbar:

• COP (Coefficient of Performance): Momentane Leistungszahl nach DIN EN 14511 bei fest definierten Prüfpunkten (beispielsweise A2/W35 oder A-7/W35). Er beschreibt das Verhältnis von abgegebener Wärmeleistung zu aufgenommener elektrischer Leistung.
• SCOP (Seasonal COP): Saisonale Leistungszahl nach DIN EN 14825, ermittelt über ein gewichtetes Klimaprofil mit verschiedenen Teillastzuständen.
• JAZ (Jahresarbeitszahl): Betriebliche Kennzahl über ein volles Betriebsjahr nach VDI 4650, welche auch Hilfsenergien (z. B. Umwälzpumpen, Frostschutz) erfasst.

Beispielhafte Gegenüberstellung der Betriebscharakteristik bei Teillast

Die Integration moderner DC-Inverter-Rollkolben- und Scroll-Verdichter verhindert ineffizientes Takten (Kurzzeitbetrieb) in der Übergangszeit und reduziert Druckverluste im hydraulischen System.

| Betriebspunkt (Luft/Wasser) | Verdichterdrehzahl (Modulation) | Thermische Leistung | Elektrische Leistungsaufnahme | COP (Momentanwert) | | :--- | :--- | :--- | :--- | :--- | | A7 / W35 | 35 % (Teillast) | 4,2 kW | 0,84 kW | 5,00 | | A2 / W35 | 60 % (Teillast) | 5,8 kW | 1,41 kW | 4,11 | | A-7 / W35 | 90 % (Volllast) | 8,1 kW | 2,89 kW | 2,80 | | A-7 / W55 | 100 % (Volllast) | 7,4 kW | 3,36 kW | 2,20 |

Technische Auslegung der Baureihen SAS und SAX von S-Klima

S-Klima adressiert mit der Serie SAS Leistungen von 4,7 bis 29,5 kW. Insbesondere die Varianten mit R290 decken den Bereich von 4,7 bis 14 kW Kühl- und Heizleistung ab, womit sie präzise auf Ein- und Mehrfamilienhäuser zugeschnitten sind. Da der gesamte Kältekreis hermetisch im Außengerät untergebracht ist (Monoblock-Architektur), bleibt das brennbare Kältemittel Propan (Sicherheitsklasse A3) vollständig außerhalb des Gebäudes. Der Übergang zum Heizsystem erfolgt rein wassergeführt über großzügig dimensionierte Plattenwärmetauscher aus Edelstahl, was die kältetechnische Anforderung im Innenraum eliminiert.

Für gewerbliche Liegenschaften, Nahwärmenetze oder hybride Gebäudekomplexe bietet die Großbaureihe SAX thermische Leistungen bis 85,1 kW je Einzelmodul. Bis zu 16 Einheiten lassen sich über eine standardisierte Bus-Kommunikation hydraulisch kaskadieren. Dadurch entsteht eine modulierbare Gesamtkühl- und Heizleistung von bis zu 1.360 kW. Bei Kaskadenbetrieb gewährleistet das elektronische Lastmanagement gleichmäßige Laufzeiten der Verdichter und optimiert die Enteisungszyklen, um Temperaturschwankungen im Vorlauf zu unterbinden.

Hydraulische Einbindung und Taupunktüberwachung im reversiblen Betrieb

Reversible Luft-Wasser-Wärmepumpen übernehmen neben dem winterlichen Heizen vermehrt die sommerliche Gebäudekühlung über Fan Coils oder Fußbodenheizungen. Bei der Kühlung über Flächensysteme ist die exakte Taupunktüberwachung obligatorisch: Unterschreitet die Vorlauftemperatur den raumklimatischen Taupunkt, kondensiert Luftfeuchtigkeit an Bauteiloberflächen.

Zur hydraulischen Entkopplung empfiehlt sich der Einsatz eines ausreichend dimensionierten Pufferspeichers oder einer hydraulischen Weiche, um Mindestvolumenströme während des Abtauprozesses sicherzustellen. Taut das Außengerät über Kreislaufumkehr ab, entzieht es dem Heizkreis kurzzeitig Wärmeenergie. Ein Puffer verhindert hierbei ein Absinken der Innenraumtemperatur und schützt den Plattenwärmetauscher vor thermischen Spannungen.

Fazit und Planungssicherheit

Die Integration von R290 in Kombination mit stufenloser Invertertechnik ermöglicht es S-Klima, im Heizungsbestand und im Gewerbeneubau hohe Vorlauftemperaturen mit niedrigen Betriebskosten zu verknüpfen. Durch die Erfüllung der Kriterien nach BEG und DIN EN 14825 erhalten Fachhandwerker und Bauherren maximale Planungssicherheit bei Förderungen und Effizienznachweisen.

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