Die Wärme­ver­sor­gung verlangt heute nach Konzepten, die auf erneu­er­bare Ener­gien setzen. Wärme­pumpen erfreuen sich deshalb sowohl bei Neubauten als auch bei Sanie­rungen immer größerer Beliebt­heit und werden in vielen Fällen mit Förde­rungen bezu­schusst. So entwi­ckeln sie sich zu einer wich­tigen Säule einer nach­hal­ti­geren Wärme­ge­win­nung. Heute werden mehr als die Hälfte neuer Baupro­jekte damit ausge­stattet. Luft-Wasser-Wärme­pumpen sind dabei aufgrund ihrer Effi­zienz und einfa­chen Aufstel­lung bzw. Instal­la­tion weit verbreitet. Sie nutzen die Wärme­en­ergie aus der Umge­bungs­luft und über­tragen diese über einen Zwischen­kreis mit Kälte­mittel auf den Heiz­was­ser­kreis­lauf (Bild 1).

Bild 1 | Luft-Wasser-Wärme­pumpen nutzen das Wärme­po­ten­tial aus der Umge­bungs­luft und über­tragen dies über einen Zwischen­kreis mit Kälte­mittel auf den Heiz­was­ser­kreis­lauf (Urheber: Bundes­ver­band Wärme­pumpe e.V.)

Welche Möglich­keiten gibt es für Venti­la­toren?

Der Stufen­plan der F-Gas-Verord­nung (Verord­nung (EU) Nr. 517/2014) regle­men­tiert jedoch den Einsatz von teil­ha­lo­ge­nierten Fluor­koh­len­was­ser­stoffen (HFKW) (Bild 2). An den natür­li­chen Alter­na­tiven führt deshalb lang­fristig kein Weg vorbei. Diese sind aller­dings in den meisten Fällen brennbar.

Der Grund dafür ist einfach zu verstehen: Ein nied­riger GWP-Wert bedingt nämlich eine schnelle Zerset­zung des Kälte­mit­tels beim Eintritt in die Atmo­sphäre. Dies kann nur gewähr­leistet werden, wenn es chemisch reaktiv ist. Eine hohe Reak­ti­vität bedeutet eben meist aber auch eine hohe Brenn­bar­keit. Hersteller müssen deshalb bei der Entwick­lung von Kälte- und Klima­an­lagen, Haus­halts­kühl­ge­räten sowie Wärme­pumpen darauf achten, dass sie darin ausschließ­lich Kompo­nenten verwenden, die die jeweils geltenden Normen für den Umgang mit brenn­baren Kälte­mit­teln erfüllen.

Für Venti­la­toren, die in Wärme­pumpen für den notwen­digen Luft­strom über den Verdampfer sorgen, bedeutet das: Auch bei einem Fehler darf ihre Elek­tronik nicht zur Zünd­quelle werden. Dies lässt sich prin­zi­piell auf unter­schied­liche Weise reali­sieren. Eine – aller­dings recht aufwen­dige – Methode sind schwa­den­si­chere Gehäuse, die verhin­dern, dass Elek­tronik und zünd­fä­hige Atmo­sphäre mitein­ander in Berüh­rung kommen. Eine weitere Möglich­keit ist der Einsatz eines zusätz­li­chen, klei­neren ATEX-Venti­la­tors, der für eine zuver­läs­sige Durch­lüf­tung des Geräts sorgt. Dieses Prinzip der stän­digen Belüf­tung kommt aber nur selten zur Anwen­dung, z.B. in Chil­lern. Die meisten Hersteller von Luft-Wasser-Wärme­pumpen bevor­zugen für den Einsatz mit brenn­baren Kälte­mit­teln zuge­las­sene Kompo­nenten.

Bild 2 | Der Stufen­plan der F-Gas-Verord­nung (Verord­nung (EU) Nr. 517/2014) regle­men­tiert den Einsatz von teil­ha­lo­ge­nierten Fluor­koh­len­was­ser­stoffen (HFKW). (Schau­bild | ebm-papst)

Antriebs­aus­le­gung gemäß EN 60335-2-40

Der Einsatz ATEX-zuge­las­sener Venti­la­tor­mo­toren ist zwar immer möglich, oft aber über­di­men­sio­niert und teuer. Der Motoren- und Venti­la­to­ren­spe­zia­list ebm-papst bietet deshalb eine speziell für den Einsatz in Luft-Wasser-Wärme­pumpen ausge­legte Alter­na­tive. Bei den Venti­la­tor­an­trieben der Baugröße 55, 74 und 84 wurden die Elek­tronik­schal­tungen so modi­fi­ziert, dass sie der EN 60335-2-40 für Wärme­pumpen mit brenn­baren Kälte­mit­teln entspre­chen, das heißt die maxi­male Ober­flä­chen­tem­pe­ratur muss im Fehler­fall mindes­tens 100 Kelvin unter der Zünd­tem­pe­ratur des einge­setzten Kälte­mit­tels liegen.

Bei Propan, das sich wegen seiner guten Wärme­über­tra­gungs­leis­tung und seines nied­rigen GWP Wertes sehr gut bei Neubauten aber auch bei der Altbau­sa­nie­rung eignet, liegt die Zünd­tem­pe­ratur bei 470 °C. Die entspre­chend getestet und zerti­fi­zierten Elek­tronik­bau­gruppen garan­tieren dann, dass ihre maxi­male Ober­flä­chen­tem­pe­ratur auch im Falle einer Fehl­funk­tion immer unter 370 °C bleibt und sie somit nicht zur Zünd­quelle werden.

Die gemäß EN 60335-2-40 für den Einsatz bei A3-Kälte­mit­teln mit Maxi­mal­füll­mengen bis 1 kg bzw. 5 kg (je nach Aufstel­lungsort) zuge­las­senen Venti­la­toren stehen in vielen Axial- und Radi­al­va­ri­anten zur Verfü­gung und decken damit unter­schied­lichste Anwen­dungen für Luft-Wasser-Wärme­pumpen ab, bei Außen­auf­stel­lung ebenso wie bei Innen­auf­stel­lung.

Hohe Ener­gie­ef­fi­zienz und geringe Geräusch­emis­sion

Eben­falls wich­tige Punkte bei der Venti­la­to­ren­aus­wahl für Wärme­pumpen sind Ener­gie­ef­fi­zienz und Geräusch­ver­halten. Die trei­bende Kraft der Venti­la­toren sind moderne EC-Motoren. Von der Green­Tech EC-Tech­no­logie profi­tiert der Anwender gleich mehr­fach: Da ist zum einen ihre Ener­gie­ef­fi­zienz. Wärme­pumpen sollen für die Erzeu­gung der gewünschten Heiz­leis­tung möglichst wenig Primär­energie verbrau­chen. Zwar ist der Verdichter ein weitaus größerer elek­tri­scher Verbrau­cher als der Venti­lator. Dennoch macht es sich bezahlt, wenn der Venti­lator mit möglichst hohem Wirkungs­grad arbeitet. Auch deshalb ist die EC-Tech­no­logie hier ohne Alter­na­tive (Bild 3).

Bild 3 | Wärme­pumpen sollen für die Bereit­stel­lung der gewünschten Heiz­leis­tung möglichst wenig Primär­energie verbrau­chen. Es macht sich bezahlt, wenn der Venti­lator mit möglichst hohem Wirkungs­grad arbeitet (grüne Kenn­linie „RadiCal“ in Green­Tech EC-Tech­no­logie, rote Kenn­linie herkömm­li­cher Radi­al­ven­ti­lator in AC-Technik: P1=Aufnahmeleistung, Pfa=Luftleistungskennlinie) (Grafik | ebm-papst)

Ein weiterer Vorteil, das Geräusch­ver­halten der EC-Venti­la­toren, wird vor allem in den Nacht­stunden wichtig, wenn inner­halb, aber vor allem auch außer­halb der Gebäude die Grenz­werte der jeweils gültigen gesetz­li­chen Bestim­mungen zu beachten sind. Um die Geräusch­emis­sion niedrig zu halten, sollten große Venti­la­toren möglichst im nied­rigen Dreh­zahl­be­reich arbeiten.

Dabei bringt die einfache Regel­bar­keit der in den Venti­la­toren einge­setzten EC-Motoren natür­lich Vorteile, da sich die Dreh­zahl nachts problemlos noch weiter redu­zieren lässt. Ein Abschalten der Wärme­pumpe, um Ärger mit der Nach­bar­schaft zu vermeiden, ist so nicht notwendig. Wird die Dreh­zahl des Beispiel­ven­ti­la­tors um ledig­lich 100 min^-1 verrin­gert, kann eine Redu­zie­rung des Geräu­sches um mehr als die Hälfte erzielt werden (Bild 4).

Bild 4 | Abhän­gig­keit des Schall­drucks von der Dreh­zahl bei einem Radi­al­ven­ti­lator. Wird die Dreh­zahl des Beispiel­ven­ti­la­tors um ledig­lich 100 min-1 verrin­gert, kann eine Redu­zie­rung des Geräu­sches um mehr als die Hälfte erzielt werden. (Grafik | ebm-papst)

Eine weitere wich­tige Grund­lage für den leisen Venti­la­tor­be­trieb liefert das gute Zusam­men­spiel der Venti­la­tor­lauf­räder bzw. Flügel mit Motor und Elek­tronik. Die Geome­trie der Flügel und Lauf­räder hat ebm-papst so opti­miert, dass deut­liche Verbes­se­rungen hinsicht­lich aero­dy­na­mi­scher Effi­zienz und Geräusch­ver­halten erreicht werden. Berück­sich­tigt wurden dabei auch psycho­akus­ti­sche Aspekte, damit das Venti­la­to­ren­ge­räusch als möglichst ange­nehm empfunden wird. Für einen leisen Betrieb können die Venti­la­toren meist noch mit einem Vorleit­gitter kombi­niert werden.

Dieses soge­nannte Flow­Grid redu­ziert Geräu­sche, die erst durch die Einbau­si­tua­tion entstehen. So ist immer ein leiser Betrieb der Wärme­pumpen gewähr­leistet. Das Port­folio an Venti­la­toren, die die für brenn­bare Kälte­mittel geltenden Normen erfüllen, wird konti­nu­ier­lich erwei­tert, sodass sich für jede Leis­tungs­klasse eine geeig­nete Ausfüh­rung finden lässt.