Mitsubishi Heavy Q-ton Hochtemperatur-Wärmepumpen: Technische Konzeption und CO2-Heißwassersysteme
Umfassende Produktbeschreibung des Mitsubishi Heavy Q-ton Luft-Wasser-Wärmepumpensystems mit natürlichem Kältemittel R744 (CO2) zur Trinkwarmwasserbereitung bis 90 °C.
Das Q-ton System: Industrielle Trinkwassererwärmung mit R744
Das Wärmepumpensystem Q-ton von Mitsubishi Heavy Industries ist ein wegweisendes Luft-Wasser-Hochtemperatur-Wärmepumpensystem, das speziell für die gewerbliche und industrielle Warmwasserbereitung entwickelt wurde. Unter Einsatz des natürlichen Kältemittels R744 (Kohlendioxid / CO2) mit einem Treibhauspotenzial (GWP) von 1 erzeugt das System Vorlauftemperaturen von bis zu 90 °C – selbst bei extremen Außentemperaturen von bis zu -25 °C, und dies ohne den Einsatz elektrischer Zusatzheizstäbe.
Das System eignet sich ideal für Hotels, Krankenhäuser, Seniorenresidenzen, Sportstätten und Mehrfamilienhäuser, in denen täglich große Mengen hygienisch einwandfreies Warmwasser zur Vermeidung von Legionellenbildung benötigt werden.
Schlüsseltechnologien: Zweistufiger Verdichter (Rotary & Scroll)
Das Herzstück der Q-ton Außeneinheit (ESA30-65) ist der von Mitsubishi Heavy Industries patentierte zweistufige Kombinationsverdichter:
- Niederdruckstufe: Rollkolben-Verdichterstufe (Rotary), die gasförmiges CO2 aus dem Luftwärmetauscher ansaugt und vorverdichtet.
- Hochdruckstufe: Scroll-Verdichterstufe, die das Heißgas auf überkritischen Druck (über 73,8 bar) komprimiert.
- Gaskühler (Wärmetauscher): Gegenstrom-Wasserwärmetauscher aus Edelstahl, der dem überkritischen CO2 Wärme entzieht und Kaltwasser (ab ca. 10 °C) in einem einzigen Durchlauf auf konstante 65 °C bis 90 °C erhitzt.
Technische Leistungsdaten im Überblick
| Parameter | Modell ESA30-65 | | :--- | :--- | | Kältemittel | R744 (CO2, Treibhauspotenzial GWP = 1) | | Nenn-Heizleistung | 30,0 kW pro Außeneinheit | | Warmwassertemperatur | 60 °C bis 90 °C (einstellbar) | | Einsatzbereich Lufttemperatur | -25 °C bis +43 °C | | COP bei Standard-Bedingungen (Luft 16 °C, Einlauf 17 °C, Auslauf 65 °C) | ca. 4,3 | | COP bei extremen Bedingungen (Luft -7 °C, Einlauf 15 °C, Auslauf 65 °C) | ca. 2,6 | | Kaskadierbarkeit | Bis zu 16 Einheiten (Gesamtleistung: 480 kW) |
Beispielrechnung: Tägliche Warmwassererzeugung und COP
Für ein Hotel mit 100 Zimmern wird ein täglicher Warmwasserbedarf von 6.000 Litern bei 65 °C benötigt. Das Zulaufwasser aus dem Stadtnetz hat eine Durchschnittstemperatur von 10 °C.
1. Benötigte thermische Energie
$$ Q = m \cdot c \cdot \Delta T $$
- $m = 6.000 \text{ kg}$
- $c = 1,163 \text{ Wh/(kg}\cdot\text{K)}$
- $\Delta T = 65^\circ\text{C} - 10^\circ\text{C} = 55 \text{ K}$ $$ Q = 6.000 \cdot 1,163 \cdot 55 = 383.790 \text{ Wh} = 383,8 \text{ kWh/Tag} $$
2. Elektrischer Energiebedarf und Laufzeit
- Bei einer durchschnittlichen Jahresarbeitszahl / Jahres-COP von 3,85: $$ E_{\text{elektrisch}} = \frac{383,8 \text{ kWh}}{3,85} \approx 99,69 \text{ kWh/Tag} $$
- Laufzeit bei einer 30 kW Q-ton Einheit: $$ t = \frac{383,8 \text{ kWh}}{30 \text{ kW}} \approx 12,8 \text{ Stunden/Tag} $$ Das System deckt diesen Bedarf problemlos über einen Standard-Pufferspeicher innerhalb von ca. 13 Stunden Laufzeit ab und spart im Vergleich zu einer fossil betriebenen Gastherme oder Elektroerhitzern bis zu 70 % der Betriebskosten.
Hydraulischer Systemaufbau
- Einstufige Beladung (Single-Pass-Prinzip): Kaltwasser tritt mit 10–15 °C am Boden des Speichers oder aus der Versorgungsleitung ein und wird in einem Durchgang durch das Q-ton Modul auf 65–90 °C erhitzt, bevor es in die oberste Schicht des Speichers geleitet wird.
- Rücklaufeinspeisung der Zirkulation: Zirkulationswasser darf nicht direkt in den Kältekreis der Wärmepumpe geführt werden, wenn es über 30 °C warm ist, da CO2-Gaskühler für einen optimalen thermodynamischen Wirkungsgrad tiefe Eintrittstemperaturen erfordern. Stattdessen wird die Zirkulation über einen separaten Plattenwärmetauscher oder Mittelspeicherbereich rückgeführt.
Hersteller-Videos und Social Media
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