Wahl des Kältemittels
Wahl des Kältemittels

Die Wahl des Kältemittels hat Auswirkungen auf die Leistung und das Verhalten jedes Wärmepumpensystems.
Die interessantesten Kältemittel für Wärmepumpen sind derzeit R-410A und R-407C.

Beim Vergleich von Verdichtern für R-410A und R-407C im Bezug auf ihre jeweiligen Leistungszahlen scheint R-410A nicht die ideale Lösung zu sein.

Wird die Analyse jedoch auf das gesamte Wärmepumpensystem ausgeweitet, zeigen sich schnell deutliche Vorteile.

Wie das Temperaturdiagramm zeigt, fällt bei Betrachtung des zur Warmwasserbereitung dienenden Verflüssigers auf, dass der Taupunkt von R-410A im Schnitt 2 K unter dem von R-407C liegt, da das Kältemittel nahezu keinen Temperaturglide aufweist. Dies führt zu einer höheren Systemeffizienz.

Niedrige Verflüssigungstemperaturen für eine gegebene Wassertemperatur sind von Vorteil. Da R-410A keinen Temperaturglide aufweist, ist es einfacher, eine geringere Verflüssigungstemperatur zu erreichen. Bei R-407C empfiehlt es sich, aufgrund seines Temperaturglides einen Flüssigkeitssammler zu verwenden, um die Verflüssigungstemperatur so niedrig wie möglich zu halten. Der Unterkühlungseffekt spielt hier eine wichtige Rolle. R-410A ohne Temperaturglide vermag eine konstante Unterkühlung von 3,5 K ohne Flüssigkeitssammler aufrechtzuerhalten. R-407C-Systeme benötigen einen Flüssigkeitssammler, um eine konstante Unterkühlung von 1,5 K sicherzustellen.

In der Kühlschlange wird bei R-410A und R-407C dieselbe Verdampfungstemperatur verwendet. Eine weitere Folge des fehlenden Temperaturglides besteht darin, dass die Anlage weniger Abtauzyklen benötigt. Dieser Aspekt wurde allerdings nicht berücksichtigt, da er stark von der Auslegung des Luftstroms und dem Lamellendesign abhängt.

In den nächsten Schritten zur Untersuchung weiterer Auswirkungen der verschiedenen Kältemittel auf das gesamte Wärmepumpensystem wurden fünf verschiedene Verdichter zum Vergleich verwendet. Das Ergebnis waren verschiedene Leistungszahlen bei unterschiedlichen Bedingungen.

  • ZP42KSE – Klimaverdichter für R-410A
  • ZH12K1P – Neuer Wärmepumpenverdichter, optimiert für R-410A
  • ZHI11K1P – Neuer Wärmepumpenverdichter, optimiert für R-410A, mit Dampfeinspritzung
  • ZH38K4E – Wärmepumpenverdichter, optimiert für R-407C
  • ZH13KVE – Wärmepumpenverdichter, optimiert für R-407C, mit Dampfeinspritzung

Es ist festzuhalten, dass nur Modelle mit Dampfeinspritzung aufgrund ihres großen Einsatzbereiches Lufttemperaturen von ‑7°C und Wassertemperaturen von +55°C erreichen können. Der Typ ZP42 (ein gängiger Klimaverdichter) ist offenkundig nicht für den allgemeinen Einsatz bei hohen Temperaturen geeignet, wurde aber zur Vergleichszwecken in die Analyse einbezogen. Das Ergebnis zeigt, dass er sich gut für niedrigere Wassertemperaturen eignet.

Die Berechnung der Jahresarbeitszahlen (Seasonal Coefficient of Performance, SCOP) und der jährlichen Betriebskosten erfolgt auf der Grundlage der Norm prEN 14825. Diese Norm teilt Europa in drei Klimazonen ein: warm, gemäßigt, kalt.

Die Erwärmung von Brauchwasser wurde mit einem Anteil von 20% am jährlichen Gesamtheizbedarf veranschlagt.

Aus dem Vergleich ergeben sich die folgenden Vorteile von R-410A:

  • Höhere Systemeffizienz unter allen Klimabedingungen
  • Niedrigere Systemkosten
  • Beträchtliche Stromkosteneinsparungen für den Endverbraucher

Die Copeland Scroll™ ZH-Wärmepumpenverdichter für R-407C und R-410A haben entscheidende Vorteile bei kaltem und gemäßigtem Klima. Das gilt für Fußbodenheizung, Heizkörper und die Erwärmung von Brauchwasser. Dampfeinspritzung erhöht die Effizienz und weitet den Einsatzbereich aus. Sie ist deshalb insbesondere bei kaltem Klima und für Wärmepumpen mit hoher Wassertemperatur zu empfehlen.

Standard-Klimaverdichter können unter Umständen bei warmem Klima und niedrigeren Wassertemperaturen von Interesse sein. Sie unterliegen allerdings stärkeren Einschränkungen der Umgebungsbedingungen, was zu einer übermäßigen Nutzung der elektrischen Heizung führen kann.

Die gesamte Studie können Sie hier nachlesen.