S-Klima R290 Wärmepumpe für Bestand: 75 °C Vorlauf erreichen

Die Umstellung der Wärmeversorgung in Ein- und Mehrfamilienhäusern stellt Fachplaner und Installationsbetriebe vor konkrete thermodynamische und hydraulische Herausforderungen. Während im Neubau moderne Flächenheizungen mit niedrigen Systemtemperaturen von 30 °C bis 35 °C arbeiten, fordern Bestandsbauten mit klassischen Rippen- oder Kompaktheizkörpern im tiefsten Winter oft 55 °C bis 65 °C, mitunter kurzzeitig sogar Spitzenwerte bis 70 °C. Vor diesem Hintergrund hat S-Klima, die Fachmarke der STULZ GmbH und deutscher Exklusivvertrieb für Mitsubishi Heavy Industries, die kompakte Monoblock-Wärmepumpenserie SAS mit dem natürlichen Arbeitsmedium Propan (R290) aufgestellt. Das System wurde gezielt auf die Anforderungen der thermischen Sanierung im europäischen Wohngebäudebestand hin optimiert.

Thermodynamischer Kältekreis mit Kältemittel R290

Das thermodynamische Herzstück der modulierenden Luft-Wasser-Wärmepumpenserie SAS basiert auf einem geschlossenen hermetischen Kompressionskältekreis mit R290 (GWP = 3). Im Vergleich zu fluorierten Kältemitteln wie R410A oder R32 bietet Propan herausragende thermodynamische Eigenschaften für hohe Heißgastemperaturen und hohe Drucklagen bei gleichzeitig moderaten Verdichtungs-Endtemperaturen.

Der Prozess läuft klassisch über vier Hauptzustandsänderungen im lg p,h-Diagramm ab:

1. Verdampfung: Das flüssige Kältemittel nimmt im großzügig dimensionierten Lamellenwärmetauscher Umweltwärme aus der Außenluft auf und verdampft bei niedrigem Druck.
2. Kompression: Der invertergesteuerte Twin-Rotary- bzw. Scroll-Verdichter komprimiert den Kältemitteldampf polytrop auf das obere Druckniveau. Durch die DC-Invertertechnologie passt die interne Regelung die Frequenz des Frequenzumrichters zwischen 30 und 90 Hz stufenlos dem variablen Wärmebedarf an. Die Arbeitszahl im Teillastbereich steigt dadurch sprunghaft an, da die Wärmeübertragerflächen im Verhältnis zum Massenstrom überdimensioniert wirken.
3. Kondensation / Enthitzung: Im asymmetrisch profilierten Edelstahl-Plattenwärmetauscher gibt das Heißgas seine Enthalpie an das Heizungswasser ab. Dank des thermodynamischen Verhaltens von R290 gelingt die Bereitstellung von bis zu 75 °C Vorlauftemperatur rein verdichtergeführt, ohne dass unwirtschaftliche elektrische Nacherwärmer zuschalten müssen.
4. Expansion: Das elektronische Expansionsventil (EEV) entspannt das Kältemittel zurück auf den Verdampfungsdruck. Dabei überwacht die Steuerung die Überhitzung (typisch zwischen 3 und 6 K), um Flüssigkeitsschläge in den Verdichter absolut auszuschließen.

Hydraulische Einbindung in bestehende Zweirohrnetze

Beim Kesseltausch in Bestandsgebäuden entscheidet die hydraulische Entkopplung und der Mindestvolumenstrom über Effizienz und Betriebssicherheit. Wärmepumpen erfordern im Vergleich zu trägen Gaskesseln deutlich höhere Durchflussmengen bei geringer Spreizung (typisch $\Delta T = 5,\mathrm{K}$ bei Auslegung, anstelle von 15 bis 20 K bei Altanlagen).

Werden die Heizkörperventile über Thermostatköpfe raumweise abgeregelt, droht ein Absinken des Volumenstroms unter den herstellerseitig geforderten Minimalwert. Für die SAS-Serie von S-Klima empfiehlt sich im Sanierungsfall daher die Einbindung über einen parallel geschalteten Trennspeicher (Pufferspeicher) oder ein differenzdruckarmes Überströmkonzept mit Reihenpuffer im Rücklauf. Ein Rücklaufpuffer stellt das erforderliche Mindest-Abtauvolumen bereit: Bei der Heißgas-Abtauung (Kreislaufumkehr) entzieht das Außengerät dem Heiznetz für wenige Minuten Energie, um den vereisten Außenluft-Verdampfer rasch abzutauen. Ein Pufferinhalt von circa 20 bis 25 Litern je Kilowatt Nennheizleistung verhindert hierbei ein merkliches Absinken der Raumheizkörper-Temperaturen.

Beispielrechnung: Hydraulischer Volumenstrom und Heizleistung

Betrachten wir ein typisches saniertes Einfamilienhaus (Baujahr 1982, $180,\mathrm{m}^2$ Wohnfläche) mit einer berechneten Norm-Heizlast nach DIN EN 12831 von $11{,}5,\mathrm{kW}$ bei $-12,^\circ\mathrm{C}$ Norm-Außentemperatur. Die Bestandsheizkörper wurden für eine Vorlauftemperatur von maximal $55,^\circ\mathrm{C}$ bei einer Rücklauftemperatur von $48,^\circ\mathrm{C}$ gerechnet ($\Delta T = 7,\mathrm{K}$).

Der erforderliche Auslegungs-Volumenstrom $\dot{V}$ im Heizkreis bestimmt sich nach der Grundgleichung der Wärmelehre: $$\dot{V} = \frac{\dot{Q}}{\rho \cdot c_p \cdot \Delta T}$$

Mit den physikalischen Kennwerten von Wasser (Dichte $\rho \approx 1000,\mathrm{kg/m^3}$, spezifische Wärmekapazität $c_p \approx 4{,}18,\mathrm{kJ/(kg\cdot K)} = 1{,}163,\mathrm{Wh/(kg\cdot K)}$): $$\dot{V} = \frac{11{,}500,\mathrm{W}}{1000,\mathrm{kg/m^3} \cdot 1{,}163,\mathrm{Wh/(kg\cdot K)} \cdot 7,\mathrm{K}} \approx 1{,}41,\mathrm{m^3/h} = 1410,\mathrm{l/h}$$

Für die Rohrdimensionierung im Zubringerkreis bedeutet dies: Um Strömungsgeräusche zu vermeiden und den Druckverlust unter $150,\mathrm{Pa/m}$ zu halten, muss mindestens eine Rohrdimension von DN 25 (1 Zoll bzw. $28\times 1{,}5,\mathrm{mm}$ Kupfer) installiert werden. Die integrierten Hocheffizienzpumpen der S-Klima SAS Baureihe liefern die nötige Restförderhöhe, um auch komplexere Bestandsleitungen sicher zu durchströmen.

Kennzahlen und Leistungsdaten im Überblick

Die SAS-Außengeräte decken mit Modellen von rund 4,7 kW bis 14 kW primär den Ein- und Zweifamilienhaussektor ab, lassen sich für kleine Mehrfamilienhäuser jedoch hydraulisch kaskadieren. Nachfolgend sind typische Betriebsdaten nach DIN EN 14511 dargestellt:

| Betriebspunkt / Kennwert | Messbedingung | Typischer Wert SAS (R290) | | :--- | :--- | :--- | | Heizleistung / COP | A7/W35 (Fußbodenheizung) | 10,2 kW / COP 4,85 | | Heizleistung / COP | A2/W35 (Teillast) | 8,9 kW / COP 3,90 | | Heizleistung / COP | A-7/W35 (Norm-Auslegung) | 8,1 kW / COP 2,95 | | Heizleistung / COP | A-7/W55 (Heizkörper-Bestand) | 7,6 kW / COP 2,25 | | Max. Vorlauftemperatur | Verdichtergeführt | bis zu +75 °C | | Kältemittel / Füllmenge | R290 (Propan) | Monoblock (werksseitig hermetisch gefüllt) | | Schallleistungspegel | EN 12102 im Silent Mode | ca. 54–57 dB(A) |

Trinkwarmwasserbereitung und Hygiene nach DVGW W 551

In Wohngebäuden ist die Warmwasserbereitung ein zentraler Aspekt der Gesamtenergiebilanz. Während Standard-Wärmepumpen bei der Speicherladung oft an ihre thermodynamischen Grenzen stoßen und auf den Heizstab angewiesen sind, erreicht die S-Klima SAS mit R290 Trinkwarmwassertemperaturen von über $60,^\circ\mathrm{C}$ im reinen Verdichterbetrieb.

Zur Einhaltung der Hygieneanforderungen nach DVGW-Arbeitsblatt W 551 (Legionellenprävention in Mehrfamilienhäusern) empfiehlt sich der Einsatz von Frischwasserstationen mit großflächigen Edelstahl-Plattenwärmetauschern anstelle großvolumiger Trinkwasserspeicher. Das Heizungswasser im Puffer dient dabei als reines Energiespeichermedium, während das Trinkwasser im Durchlaufprinzip just-in-time erwärmt wird. Dies reduziert die notwendigen Speichertemperaturen und hebt die Jahresarbeitszahl (JAZ) des Gesamtsystems gemäß VDI 4650 signifikant an.

Normativer Rahmen: GEG, F-Gase-Verordnung und BEG-Förderung

Die Sanierung von Wohngebäuden unterliegt klaren regulatorischen Leitplanken. Das Gebäudeenergiegesetz (GEG) schreibt vor, dass neu installierte Heizungsanlagen im Zuge des Heizungstauschs mindestens 65 % der Wärme aus erneuerbaren Energien bereitstellen müssen. Monoblock-Wärmepumpen mit Propan erfüllen diese Bedingung monovalent.

Parallel verschärft die europäische F-Gase-Verordnung (EU 2024/573) die Quoten für fluorierte Treibhausgase drastisch. R290 als natürlicher Kohlenwasserstoff ist von diesen Beschränkungen dauerhaft ausgenommen. Da die S-Klima SAS-Einheiten als reine Monoblöcke ausgeführt sind, zirkuliert zwischen Außenaufstellung und Haustechnikraum ausschließlich Wasser. Dies entlastet das SHK-Fachhandwerk: Für die Montage und den hydraulischen Anschluss ist kein Kälteschein (Sachkundenachweis nach ChemKlimaschutzV) erforderlich.

Im Förderrahmen der Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) über die KfW-Heizungsförderung punktet die SAS-Serie doppelt: Neben der 30 % Grundförderung und dem temporären Geschwindigkeitsbonus können Modernisierer den Effizienzbonus von zusätzlichen 5 % für Wärmepumpen mit natürlichen Kältemitteln geltend machen. Voraussetzung hierfür ist der rechnerische Nachweis eines hydraulischen Abgleichs nach Verfahren B (VdZ-Richtlinie), bei dem die Heizflächen auf die niedrigstmögliche Vorlauftemperatur eingeregelt werden.

Fazit und Praxishinweis

Mit der R290-Serie SAS liefert S-Klima eine thermodynamisch ausgereifte Lösung, um Bestandsbauten ohne radikalen Heizkörperaustausch auf regenerative Wärmepumpentechnik umzustellen. Die Kombination aus Inverter-Modulation, bis zu 75 °C Vorlauf und nativen Propaneigenschaften ermöglicht es dem Fachhandwerk, selbst anspruchsvolle Zweirohr-Installationen zukunftssicher zu ertüchtigen.

Fachbetriebe und Energieberater finden bei Fragen zu passenden Systemkomponenten, Auslegungen und Förderstandards Unterstützung bei Fachpartnern wie Klimacorner.de, die ein breites Portfolio an zukunftssicherer Klimatechnik, Wärmepumpen und hydraulischem Systemzubehör für Wohn- und Gewerbegebäude anbieten.

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