Um die Herausforderung der Dekarbonisierung zu bewältigen, spielen Wärmepumpen eine entscheidende Rolle. Sie entziehen natürlichen Energiequellen wie Luft, Wasser oder Erdreich und reduzieren gleichzeitig signifikant CO₂-Emissionen. Das macht sie zu einer der effektivsten Technologien für eine nachhaltige und energieeffiziente Zukunft. Durch ständige Fortschritte in Konstruktion, Kältemitteln und Betriebseffizienz wird ihr Anwendungsbereich immer umfangreicher – ein zentraler Eckpfeiler für kohlenstoffarme Energiesysteme.

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Kältemittel nach Typ

Im Laufe der Jahre wurden vielfältige Kältemittel entwickelt – jedes mit eigenen Eigenschaften und eigenem Umweltprofil. Die wichtigsten Kategorien auf dem Markt sind:

• Fluorkohlenwasserstoffe (HFCs)
  Häufige Beispiele: R-134a, R-410A
  → Weit verbreitet, aber relativ hohes Treibhauspotenzial (GWP).
• Hydrofluoreolefine (HFOs)
  Häufige Beispiele: R-1234ze, R-1234yf
  → Geringes GWP, umweltfreundlicheres Profil.
• Natürliche Kältemittel
  Häufige Beispiele: R-717 (Ammoniak), R-290 (Propan), R-744 (Kohlendioxid)
  → Exzellente thermodynamische Leistung, minimale Umweltbelastung, aber teils anspruchsvoller in Handhabung und Sicherheit.
• Mischkältemittel (Blends)
  Beispiele: R-513A (R-1234yf + R-134a), R-454C (R-1234yf + R-32), R-515B (R-1234ze + R-227ea)
  → Entwickelt, um Leistung, Sicherheit und Umweltaspekte auszubalancieren.

Die Wahl des Kältemittels hängt von verschiedenen Faktoren ab:
Anwendungsanforderungen, Systemdesign, Sicherheitsauflagen und gesetzlichen Vorgaben. Ziel ist der Trend zu niedrigerem GWP und Null Ozonabbaupotential (ODP), um Umweltstandards gerecht zu werden und künftigen Vorgaben zu entsprechen.

Bei Wärmepumpen ergibt sich durch die chemischen und physikalischen Eigenschaften eine direkte Beziehung zwischen Kältemittel und Kompressortyp – beides wird nie unabhängig voneinander entschieden.

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Marktentwicklung, Vorschriften & Daikin-Kältemitteloptionen

In Europa hat die Diskussion über fluorierte Treibhausgase (F-Gase) zu einer schrittweisen Ausphasung von R-134a und R-410A geführt. Laut der neuesten F-Gas-Verordnung sind beide ab 2027 in der EU verboten. Der Übergang hin zu alternativen Kältemitteln mit niedrigem GWP – wie R-32 und R-1234ze – läuft bereits auf Hochtouren.

Daikin deckt diesen Wandel vollständig ab: Bereits heute bietet Daikin Wärmepumpen mit niedrigen GWP-Kältemitteln an.

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Zusätzlich hat Daikin kürzlich eine neue Luft-Wasser-Wärmepumpe mit Propan-Kältemittel angekündigt – ein Beispiel für nachhaltige, innovative Technologien, die dem Marktbedarf entsprechen.

Technische Spezifikationen von Kältemitteln: ein Überblick 

Global Warming Potential

Das Treibhauspotenzial (Global Warming Potential, GWP) ist eine Messgröße, die verwendet wird, um die Wärmemenge zu quantifizieren, die ein Treibhausgas in der Atmosphäre über einen bestimmten Zeithorizont, typischerweise 20, 100 oder 500 Jahre, im Vergleich zu Kohlendioxid (CO₂), das ein Referenz-GWP von 1 hat, speichert. Dieses standardisierte Maß ermöglicht den Vergleich der Klimaauswirkungen verschiedener Gase. 

Die GWP-Werte für Kältemittel werden vom Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) festgelegt, dem Gremium der Vereinten Nationen, das für die wissenschaftliche Bewertung des Klimawandels zuständig ist. Der IPCC veröffentlicht umfassende Bewertungsberichte, in denen die aktuellen wissenschaftlichen, technischen und sozioökonomischen Erkenntnisse zum Klimawandel zusammengefasst werden. 

Toxizität und Entflammbarkeit

Die ASHRAE-Norm 34 weist jedem Kältemittel eine eindeutige alphanumerische Bezeichnung zu, mit der es auf der Grundlage seiner Toxizität und Entflammbarkeit klassifiziert wird.

Der Großbuchstabe gibt die Toxizitätsklasse an, die auf den zulässigen Expositionsgrenzen basiert:

• Klasse A: Geringere Toxizität
• Klasse B: Höhere Toxizität
• Die Ziffer steht für die Entflammbarkeitsklasse:
• Klasse 1: Nicht entflammbar (keine Flammenausbreitung unter Testbedingungen)
• Klasse 2: Schwer entflammbar
• Klasse 3: Hoch entflammbar (z. B. Kohlenwasserstoffe wie Propan)

Darüber hinaus hat ASHRAE innerhalb der Klasse 2 eine Unterklasse 2L eingeführt, um Kältemittel zu kennzeichnen, die eine sehr geringe Brenngeschwindigkeit aufweisen, was ein differenzierteres Verständnis der Entflammbarkeitsrisiken ermöglicht.

Obwohl diese Klassifizierungen einen standardisierten Sicherheitsrahmen bieten, ist es wichtig zu beachten, dass extreme Umgebungsbedingungen in Kombination mit der chemischen Natur des Kältemittels immer noch zu erhöhten Toxizitäts- oder Entflammbarkeitsrisiken führen können.

Thermodynamic properties 

Refrigerants used in heat pumps must possess specific thermodynamic properties to ensure efficient and reliable heat transfer. The most important characteristics include: 

• Boiling Point: A low boiling point is essential to enable the refrigerant to evaporate at low temperatures, facilitating the phase change from liquid to gas during heat absorption. 

• Latent Heat of Vaporization: A high latent heat allows the refrigerant to absorb and release a significant amount of energy during phase transitions, improving the overall efficiency of the heat pump cycle. 

• Pressure–Temperature Relationship: An optimal balance between pressure and temperature ensures that the refrigerant operates effectively within the design limits of the heat pump system, maintaining performance and safety. 

The table below presents key thermodynamic parameters of some of the most used refrigerants in the HVAC industry, providing a basis for comparison and selection based on application needs. Whilst R-134a and R-410A have historically been mostly used on heat pump applications, technological and regulatory advancements in Europe have shift the attention on R-1234ze and R-32 mainly, and respectively for water-to-water and air-to-water heat pump technology. 

R-1234ze bietet eine bessere Leistung in der Verdichterdruckstufe und eignet sich daher besonders für Anwendungen, die hohe Verflüssigungstemperaturen erfordern. So arbeitet R-1234ze bei einer Verflüssigungstemperatur von +40 °C mit nur 7,7 bar und einer Austrittstemperatur von 56,2 °C, verglichen mit R-32, das 24,8 bar benötigt und eine Austrittstemperatur von 119,7 °C erreicht. Diese Eigenschaften machen R-1234ze ideal für Systeme, die hohe Vorlauftemperaturen liefern.

Allerdings hat R-1234ze einen relativ hohen Siedepunkt von -19 °C, verglichen mit -51,7 °C bei R-32. Dies schränkt seine Wirksamkeit bei Luft-Wasser-Wärmepumpenanwendungen in kälteren Klimazonen ein.

Umgekehrt ist R-32 aufgrund seines viel niedrigeren Siedepunkts besser für Luft-Wasser-Wärmepumpen geeignet, insbesondere in kalten Umgebungen. Es ermöglicht einen effizienten Betrieb auch bei niedrigen Umgebungstemperaturen und kann Vorlaufwassertemperaturen von bis zu 60 °C liefern. Während R-32 unter diesen Bedingungen hervorragend funktioniert, ist R-1234ze am besten für Wasser-Wasser-Wärmepumpen geeignet, bei denen die Wärmequelle - z. B. Grundwasser oder ein geschlossener Wasserkreislauf - stabile, positive Temperaturen aufrechterhält. Unter diesen Bedingungen ermöglicht der niedrigere Druck und die höhere kritische Temperatur von R-1234ze einen effizienten Betrieb.

Im Einklang mit den Markttrends bietet Daikin verschiedene Kältemitteloptionen für sein Wärmepumpensortiment an.

Werfen Sie einen Blick auf das Wärmepumpen-Portfolio von Daikin, um mehr zu erfahren.

Betriebsgrenzen von Wärmepumpen

Die Betriebsgrenzen einer Wärmepumpe werden nicht nur durch die Eigenschaften des Kältemittels beeinflusst, sondern auch durch verschiedene Faktoren auf Systemebene, wie z. B. den Verdichtertyp, die Motorkonstruktion, das Schmieröl und die Konfiguration des Wärmetauschers.

Um die kombinierte Wirkung dieser Variablen zu veranschaulichen, können wir uns auf einen allgemeinen Betriebsbereich für eine Luft/Wasser-Wärmepumpe beziehen. Dieser Bereich hilft, die praktischen Grenzen zu definieren, innerhalb derer das System zuverlässig und effizient arbeiten kann, wobei sowohl die Eigenschaften des Kältemittels als auch die Einschränkungen auf Systemebene berücksichtigt werden. 

• Mindestdruckverhältnis: Ein angemessener Druckunterschied zwischen Ansaug- und Auslassdruck ist erforderlich, um die Ölzirkulation zu gewährleisten, die den Verdichter schmiert, abdichtet und kühlt.
• Maximaler Motorstrom: Höhere Ansaug- und Auslassdrücke erhöhen das Drehmoment und den Motorstrom, was zu einer Wärmeentwicklung führt, die den Motor beschädigen kann, wenn sie nicht kontrolliert wird.
• Maximaler Betriebsdruck: Begrenzt durch den kritischen Druck des Kältemittels und die Nennwerte der Komponenten, die den Sicherheitsvorschriften und Konstruktionsstandards entsprechen müssen.
• Maximale Ausblastemperatur: Hohe Druckverhältnisse erhöhen die Austrittstemperaturen, was zu Schäden an den Materialien und Schmiermitteln des Verdichters führen kann; Kühlmethoden wie Ölkühler oder Kältemitteleinspritzung helfen dabei, dies zu kontrollieren.
• Minimaler Verdampfungsdruck: Bei niedrigen Umgebungstemperaturen sinkt der Ansaugdruck, was die Motorkühlung durch das Kältemittel beeinträchtigt; Entlastung und VFDs helfen, die Motorkühlung und Stabilität aufrechtzuerhalten.
  
  Die Betriebsgrenzen von Kältemitteln und Verdichtern sind ein Schlüsselfaktor bei der Entwicklung von Wärmepumpen. Dank seiner kontinuierlichen technologischen Innovation ist Daikin in der Lage, diese Grenzen zu überwinden, indem es leistungsstarke Lösungen anbietet, wie die EWYE-CZ, eine Luft/Wasser-Wärmepumpe, die selbst bei Umgebungstemperaturen von bis zu -15 °C Warmwasser bis zu 70 °C liefern kann, und die EWWH-VZ, eine Hochtemperatur-Wasser/Wasser-Serie, die Warmwasser bis zu 90 °C liefern kann.
  
  Klicken Sie hier, um mehr über die EWWH-VZ-Serie zu erfahren.

 Über den Einsatzbereich von Daikin-Wärmepumpen

Die technologischen Entwicklungsbemühungen von Daikin haben es ermöglicht, den Anwendungsbereich von Wärmepumpen zu erweitern, insbesondere mit den Wärmepumpen EWYE-CZ und EWWH-VZ.

Die Luft/Wasser-Wärmepumpe EWYE-CZ verfügt über die fortschrittliche Inverter-Scroll-Verdichtertechnologie von Daikin und verwendet das umweltfreundliche Kältemittel R-454C. Diese Kombination gewährleistet sowohl hohe Effizienz als auch Nachhaltigkeit. Das Gerät kann Warmwasser mit einer Temperatur von bis zu 70 °C erzeugen und ist damit eine hervorragende Lösung für die Dekarbonisierung der Heizung in Wohngebäuden. Erhältlich in acht Größen von 16 kW bis 70 kW. Der Betriebsbereich ermöglicht Wasservorlauftemperaturen von 20 °C bis 70 °C, selbst unter extremen Bedingungen wie in strengen nordischen Wintern oder im Sommer, wenn Warmwasser benötigt wird. Das Gerät kann mit hohen Delta-T-Werten betrieben werden und ermöglicht die Warmwasserbereitstellung für mehrere Heizungsanwendungen innerhalb des Systems bei Umgebungstemperaturen zwischen -25 °C und 40 °C. Das Gerät verfügt über vier kompakte Versionen mit einem bis vier Inline-Ventilatoren, die für maximale Raumeffizienz und Leistung ausgelegt sind. Eine integrierte Inverter-Wasserpumpe vereinfacht die Installation weiter und optimiert die Raumnutzung. Trotz seiner Kapazität benötigt das EWYE-CZ nur eine minimale Stellfläche und ist daher ideal für Projekte mit begrenztem Platzangebot, wie z. B. Wohngebäude, Hotels und Krankenhäuser.

Für geräuschempfindliche Umgebungen ist auch eine geräuscharme Variante erhältlich. Sie bietet eine zuverlässige Heizung und Warmwasserbereitung und ist mit einer Anti-Legionellen-Kontrollfunktion für den externen Tank ausgestattet. Sie verfügt über einen oder zwei unabhängige Kältemittelkreisläufe mit dem Kältemittel R-454C, das nach den Normen ISO 817 und ASHRAE 34 als A2L eingestuft ist. Dank seiner geringen Toxizität und Entflammbarkeit erfordert R-454C keine zusätzlichen Sicherheitsmaßnahmen, was diese Baureihe zu einer der fortschrittlichsten und umfassendsten Dekarbonisierungslösungen auf dem Markt macht.

Das EWWH-VZ ist eine neue Hochtemperaturoption für die VZ-Serie, die mit dem Kältemittel R-1234ze ausgestattet ist und den Betriebsbereich der bestehenden Modelle erweitert. Dieses Upgrade ermöglicht es dem Gerät, Warmwasser bis zu 90 °C zu liefern, wodurch seine Eignung für verschiedene Anwendungen erweitert wird und Leistungen von 10 bis 2.400 kW abgedeckt werden.

Die Daikin-Wasserwärmepumpe EWWH-VZ verbindet außergewöhnliche Energieeffizienz mit einem geringen ökologischen Fußabdruck. Mit R-1234ze, einem Kältemittel mit sehr niedrigem Treibhauspotenzial (GWP), liefert sie Kühl- und Heizleistungen von 400 bis 1900 kW*. Ihr kompaktes Design und die Vollinvertertechnologie sorgen für optimale Leistung und Flexibilität, um verschiedene Betriebsanforderungen zu erfüllen.

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Frequently Asked Questions on Daikin Heat Pumps 

Wo werden die Wärmepumpen von Daikin hergestellt?

Daikin-Wärmepumpen werden in Italien hergestellt, am Hauptsitz und im Herzen von Daikin Applied Europe in Ariccia (Rom). Diese Fabrik widmet sich der Herstellung von hochwertigen HVAC-Geräten, einschließlich zwei Haupttypen von Wärmepumpen: Luft- und Wasserquelle. 

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