Besonders energieeffiziente VRF-Klimaanlagen

VRF-Klimatechnik

Eine gute Alternative zu einer zentralen Klimaanlage ist ein VRF-Klimasystem. Moderne VRF-Klimaanlagen haben eine sehr gute Energieeffizienz und können je nach Bedarf Gebäudezonen heizen, kühlen, entfeuchten und Wärme rückgewinnen. VRF-Systeme benötigen erheblich weniger Platz als Zentralklimaanlagen. Zudem können sie einfach und schnell auch in Bestandsgebäude installiert und pro Raum oder Zone individuell vom Nutzer eingestellt werden. Nur einige von vielen Argumenten, die für die VRF-Klimatechnik sprechen.

Wie ist ein VRF-Klimasystem aufgebaut?

Bekannt ist die zentrale Klimatechnik. Dabei wird in einem großen raumlufttechnischen Gerät Außenluft angesaugt, gefiltert, gekühlt, erwärmt, be- oder entfeuchtet. Die Luft gelangt dann über ein weitverzweigtes Luftkanalsystem als Zuluft in die angeschlossenen Räume.

Die VRF-Klimatechnik hat einen völlig anderen Systemaufbau. Im Vergleich zu einer zentralen Klimaanlage besteht bei der VRF-Technik die „Zentrale" nur aus einem kompakten VRF-Modul mit einer Grundfläche von weniger als einem Quadratmeter, das an einer beliebigen Stelle außerhalb oder auch im Gebäude aufgestellt werden kann. Von dieser VRF-Zentrale aus, die bei Bedarf als Kältemaschine zum Kühlen oder als Wärmepumpe zum Heizen arbeitet, werden dünne isolierte Kupferrohre, durch die Kältemittel strömt, zu den in den Räumen installierten Raumklimageräten verlegt.

Dabei arbeitet das VRF-Modul, vereinfacht dargestellt, wie folgt mit den Raumklimageräten zusammen: Das von den Verdampfern in den Raumklimageräten kommende gasförmige Kältemittel strömt durch die Kupferrohre zum VRF-Außengerät. Dort komprimiert ein leistungsgeregelter Inverter-Verdichter den Kältemitteldampf, wobei durch die Verringerung des Volumens die Temperatur des gasförmigen Kältemittels steigt. Anschließend strömt der heiße verdichtete Kältemitteldampf durch den Verflüssiger im VRF-Gerät. Hier gibt er über einen Wärmetauscher Wärme an die angesaugte kühlere Außenluft ab und wird wieder flüssig. Anschließend erreicht er das Expansionsventil, wird auf einen geringeren Druck entspannt und strömt dann durch die Kupferrohre wieder zurück zu den Raumklimageräten.

In diesen befinden sich kleine, geräuscharme Ventilatoren, die warme Raumluft in das Gerät ansaugen. Die Luft wird gefiltert und wird über den Wärmeübertrager geleitet. Dabei kommt es zu zwei Effekten: Das Kältemittel, das den Wärmeübertrager durchströmt, entzieht der Raumluft die Wärme und verdampft dabei. Die Luft wird gekühlt und gibt auch Feuchtigkeit ab, die am Wärmeübertrager kondensiert.

Die kühle Luft wird anschließend zurück in den Raum geführt. Das nun dampfförmige Kältemittel strömt zum Verdichter im VRF-Außengerät und dort beginnt der Prozess von vorne.

Ähnlich arbeitet ein VRF-System auch für den Heizbetrieb als Wärmepumpe. Nur läuft der beschriebene Kreislauf genau umgekehrt: Der Außenluft wird am VRF-Außengerät Wärme entzogen und über das Kältemittel in das Gebäude transportiert und dort an die Raumluft abgegeben.

Welche Leistungen haben VRF-Klimasysteme?

Mit modernen VRF-Klimasysternen werden Heiz- und Kälteleistungen erreicht, die bei wenigen Kilowatt beginnen und bis in den Megawatt-Bereich gehen.

Wird ein kleines Bürogebäude (oder Zonen davon), eine Arzt- oder Anwaltspraxis neu oder nachträglich mit einer VRF-Anlage klimatisiert, reicht meist ein VRF-Modul aus. Solche Module werden mit Nenn-Leistungen von etwa 10 bis 150 angeboten und können zur Klimatisierung von bis zu etwa 40 Räumen eingesetzt werden. Für größere Projekte werden mehrere VRF-Module parallel zueinander betrieben oder miteinander gekoppelt, sodass dadurch sehr hohe Heiz- und Kühlleistungen erreicht werden.

Zum Einbringen der Heiz - oder Kühlleistungen in die angeschlossenen Räume steht bei einem VRF-System eine Vielzahl an Raumgeräte-Ausführungen und -Designs zur Verfügung. Hier können Architekten und Bauherren wählen zwischen Wandgeräten (Installation im oberen Wandbereich), Stand- und Truhengeräten (Installation auf dem Boden) oder Deckenkassettengeräten, die fast unsichtbar in abgehängte Decken eingebaut werden. Die flächenbezogenen Heiz- und Kühlleistungen von VRF-Systemen liegen bei Werten bis etwa 80 Watt pro m2. Durch den invertergeregelten Verdichter im VRF-Modul wird die zu erzeugende Heiz- oder Kühlleistung automatisch und stufenlos an den aktuellen Bedarf angepasst - das spart Energie und Betriebskosten.

Für welche Gebäude eignen sich VRF-Klimasysteme?

Grundsätzlich können VRF-Systeme in allen Gebäuden eingesetzt werden, die energieeffizient gekühlt und/oder beheizt werden sollen: Bürogebäude, Hotels, Boutiquen, Shops, Praxen, Laboratorien und sogar in Wohngebäuden. Wie zuvor beschrieben gibt es im Hinblick auf die Heiz- oder Kühlleistungen keine Grenzen oder Beschränkungen.

Welche Vorteile haben VRF-Klimasysteme?

VRF-Klimasysteme benötigen eine nur geringe Aufstellfläche für das VRF-Modul und nur sehr wenig Platz zum Verlegen der Kältemittel-Kupferrohre vom VRF-Modul zu den Raumgeräten. Dadurch können VRF-Klimaanlagen ihre Stärken besonders bei Projekten ausspielen, in die nachträglich eine Klimatisierung eingebaut werden soll.

Bei VRF-Systemen können die Nutzer "ihr" Raumgerät über Fernbedienungen steuern und den gewünschten Luftvolumenstrom und die Zulufttemperatur individuell einstellen. VRF-Klimasysteme gibt es in drei Ausführungen: Nur KC1hlen, Kühlen und Heizen sowie Kühlen und Heizen mit integrierter Wärmeverschiebung und Wärmerückgewinnung.

  • >Im ersten Fall arbeitet das VRF-System nur als Kältemaschine und kühlt die Räume in den wärmeren Jahreszeiten. Ergänzend dazu müssen die Räume separat beheizt werden.
  • Im zweiten Fall kann das VRF-Modul je nach Jahreszeit und Bedarf als Kältemaschine oder als Wärmeerzeuger betrieben werden. Da die VRF-Anlage dabei in der Lage ist, als Wärmepumpe auch bei tiefen Außentemperaturen bis -15 Grad Celsius noch genügend Heizleistung zu erzeugen, kann dieses System einen klassischen Öl- oder Gas-Wärmeerzeuger ersetzen und als Ganzjahres-Temperieranlage betrieben werden. Hierbei ergeben sich Leistungszahlen von etwa 4 bis 5. Das bedeutet, dass aus 1 kW Strom 4 bis 5 kW Kälte oder Wärme erzeugt werden - eine hervorragende Energieeffizienz!

Noch effizienter arbeitet ein VRF-System mit Wärmerückgewinnung und Wärmeverschiebung. Durch die Integration weiterer Bauteile in die VRF-Systemarchitektur wird es nun möglich, dass die Anlage gleichzeitig zum Beispiel sonnenbeschienene Büros auf der Südseite eines Gebäudes kühlt und Büros auf der der Sonne abgewandten Nordseite erwärmt. Dabei wird die aus den warmen Büros entnommene Wärme in die zu beheizenden Büros transferiert, was zu einer weiteren Steigerung der Energieeffizienz führt.

Mit einem Bussystem, an das die VRF-Module und die Raumgeräte angeschlossen werden, können per PC alle Geräte zentral überwacht und gesteuert werden. Darüber hinaus ermöglicht dieses System eine exakte Abrechnung der Betriebskosten auf jedes einzelne Gerät. Dies ist besonders bei Immobilien, die von verschiedenen Mietparteien genutzt werden, ein großer Vorteil.

Typische Kosten für VRF-Systeme liegen - je nach Art, Ausführung und Größe der Anlage sowie der Frage Neubau oder nachträgliche Installation - zwischen etwa 120 und 300 € pro m2.

Welche Nachteile haben VRF-Klimasysteme?

Zur Sicherstellung ganzjährig komfortabler Raumzustände (Heizen, Kühlen, Entfeuchten) haben VRF-Systeme im Vergleich zu Nur-Luft- oder zu Luft-Wasser-Klimaanlagen (z.B. Kühldecke oder Betonkerntemperierung mit Lüftungsanlage) keinerlei Nachteile. Die thermischen Leistungen von VRF-Anlagen (Heizen/Kühlen) gehen bis etwa 80 W/m2 und sind somit für fast alle Anforderungen ausreichend. Allerdings arbeiten „klassische" VRF-Anlagen, im Gegensatz zu zentralen Klimaanlagen, mit Umluft Und das heißt: Die Kühlung oder Erwärmung eines Raum erfolgt ausschließlich durch Ansaugen von Raumluft und deren Kühlung im Raumklimagerät ohne Zumischung von Außenluft. Diese muss zum Beispiel über Fensteröffnung in den Raum eingebracht werden.

Das Kürzel VRF steht für die englische Bezeichnung „variable refrigerant flow“, auf deutsch „variabler Kältemittelmassenstrom“. Herstellerabhängig wird auch die Abkürzung VRV für „variable refrigerant volume“ verwendet, also „Variables Kältemittelvolumen“.

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Laut der der ergänzenden Verordnung (EG) Nr. 303/2008 ist die gewerblich ausgeführte Installation einer Kälteanlage nur durch zertifizierte Betriebe erlaubt. Dazu Informationen zur sog. "F-Gase-Verordnung" bei Wikipedia