Klimaanlagen zum gleichzeitigen Kühlen und Heizen erfreuen sich wachsender Beliebtheit. Nicht nur, dass sie den Aufwand für Investitionen und Montage deutlich verringern, auch lassen sich Betriebskosten durch Energieeinsparungen und Wärmerückgewinnung in erheblichem Maße reduzieren. Doch wie werden bei solchen Anlagen die Kühl- und Heizlasten grundsätzlich berechnet? Und wie sind die Rohrleitungen zu dimensionieren? Der folgende Artikel gibt einen Überblick über die wichtigsten Faktoren der Auslegung.

Moderne Gebäude zeichnen sich durch einen ressourcenschonenden und niedrigen Energieverbrauch aus. Diesen bestimmen nicht nur die Eigenschaften der Gebäudehülle, sondern maßgeblich auch die technische Ausstattung. In einer Vielzahl von Gebäuden, ganz gleich ob für Wohn- oder Gewerbenutzung, kommen heute Systeme und Anlagen zum Kühlen, Heizen und Filtern der Raumluft zum Einsatz. Priorität haben in der Regel Funktionalität und niedrige Kosten sowie ein geringer Energieverbrauch. Dabei sollte bereits in der Entwurfs- und Planungsphase die Energieverschiebung in die Überlegungen einbezogen werden, um eine optimale Anlagenlösung zu erarbeiten.

Konventionelle gebäudetechnische Anlagen mit getrennten Systemen zum Heizen und Kühlen lassen sich aufgrund der verschärften Vorschriften oft nicht mehr umsetzen. Gebäudeenergetische Konzepte auf der Basis der VRF-Technologie können hingegen durch die Kombination von Heizen und Kühlen, Trinkwassererwärmung und die Anbindung von RLT-Geräten bis zu 70 Prozent des Energiebedarfs in Nichtwohngebäuden abdecken. Mit dem Inkrafttreten des Gebäudeenergiegesetzes (GEG) am 1. November 2020 ist der Einsatz für die VRF-Technologie jetzt spürbar einfacher geworden.

Wichtigste Änderung für den Einsatz der Wärmepumpentechnologie gegenüber den ehemaligen Anforderungen der EnEV und des EEWärmeG sind der Wegfall des Nachweises einer Mindestjahresarbeitszahl und des Wärmemengenzählers. Die energetische Bilanzierung reicht nun als alleiniger Nachweis aus, dass der geforderte Anteil von 50 Prozent Umweltwärme am Wärme- und Kälteenergiebedarf erbracht wird. Der Markt bietet hierfür eine Vielzahl von Lösungen mit Wärmerückgewinnung als zukunfts­fähige Alternative für die moderne Gebäudeklimatisierung.

Heizen und Kühlen im Simultanbetrieb

Als besonders wirtschaftlich und umweltfreundlich erweisen sich VRF-Systeme mit Wärmerückgewinnung. Durch die Wärmerück­gewinnung lassen sich je nach Aufteilung zwischen Kühl- und Heizbedarf Energiekosten eines Gebäudes um bis zu 50 Prozent einsparen. Immer häufiger setzen TGA-Fachplaner auf Lösungen zum simultanen Heizen und Kühlen eines Gebäudes auf Basis erneuerbarer Energieträger mit nur einem System, wie beispielsweise dem „City Multi VRF-R2“-Wärmepumpensystem von Mitsubishi Electric, das mit nur zwei Rohrleitungen zur Energieverschiebung im Gebäude auskommt.

Zentrales Bauteil eines 2-Leitersystems ist ein Kältemittelverteiler, der mit dem Außengerät eine kälte- und regelungstechnische Einheit bildet und so die Wärmerückgewinnung ermöglicht. Das „VRF-R2“-Wärmepumpensystem übernimmt das Kühlen und Heizen im Simultanbetrieb, indem den zu kühlenden Räumen Wärme entzogen und innerhalb des Gebäudes in den Raum verschoben wird, in dem ein aktueller Wärmebedarf besteht. Doch wie werden diese Systeme für eine monovalente Betriebsweise ausgelegt? Bei der Auslegung von Anlagen zum Kühlen und Heizen müssen grundsätzlich beide Betriebsmodi berücksichtigt werden. Dafür ist sowohl eine Kühl- als auch eine Heizlastberechnung anhand der aktuell geltenden Richtlinien zu erstellen.

Im Falle der Kühllastberechnung muss die maximale Kühlleistung mit Hilfe der Richtlinie VDI 2078:2015-06 (Berechnung der thermischen Lasten und Raumtemperaturen) für das Gebäude ermittelt werden. Ziel der Kühllastberechnung ist eine möglichst exakte Voraussage der zu erwartenden Spitzenlasten und der Lastverteilung, die nicht zu einer überhöhten berechneten Kühllast führt. Die angemessene Dimensionierung ist für einen effizienten und langlebigen Betrieb der Anlage sowie für eine positive Energiebilanz von großer Bedeutung. Mit dieser Berechnung können die Anlagen auf die maximale Last ausgelegt und während längerer Zeiten im oder nahe am optimalen energetischen Betriebspunkt gefahren werden. Dies reduziert Investitionen und sorgt für geringere Betriebskosten, da die Anlagen zur Kälteerzeugung kleiner dimensioniert werden können.

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