Eine für Alles – 40 Jahre VRV

Ein geschichtlicher Rückblick aus aktuellem Anlass

Die VRV Technologie feiert in diesem Jahr ihren 40. Geburtstag. Mit der Erfindung der VRV Technologie hat Daikin 1982 neue Maßstäbe bei der Gebäudeklimatisierung gesetzt und eine umweltfreundliche und energieeffiziente Alternative zu herkömmlichen Heizsystemen geschaffen. Den Impuls für die Entwicklung der VRV Technologie lieferte die zweite Ölkrise Anfang der 1980er Jahre. Auch heute ist der Ausstieg aus fossilen Energien wie Öl und Gas beim Heizen ein hochaktuelles Thema. Nach wie vor ist die moderne VRV Technologie eine optimale Lösung für das Heizen, Kühlen und Lüften von Gewerbegebäuden sowie von mittleren und großen Wohngebäuden. Der folgende Beitrag bietet einen Einblick in die Geschichte der VRV und einen Ausblick in die Zukunft der Wärmepumpe als Schlüsseltechnologie für die forcierte Wärmewende.

Mit der Erfindung der VRV Technologie in Japan läutete Daikin Anfang der 1980er Jahre eine neue Ära bei der Gebäudeklimatisierung ein. VRV steht für Variable Refrigerant Volume (= Variabler Kältemittel-Volumenstrom) und ist eine Marke von Daikin Industries Ltd. Alle anderen Unternehmen, die diese Technologie nachempfinden, nennen diese deshalb „VRF“ (=Variable Refrigerant Flow). Bei der Regelung mit variablem Kältemitteldurchfluss handelt es sich um eine Technologie, bei der nur die Mindestmenge des für eine einzelne Heiz- oder Kühlphase benötigten Kältemittels zirkuliert. Dieser Mechanismus bietet Endanwendern1 die Möglichkeit, gleichzeitig mehrere Klimatisierungsbereiche unabhängig voneinander zu regeln.

Der Weg zur wirtschaftlichen Komplettlösung für Heizung, Kühlung und Lüftung

Als Geburtsstunde der VRV Technologie kann die zweite Ölkrise Anfang der 1980er Jahre angesehen werden. Damals veranlassten der steigende Energiebedarf in Japan und die fehlenden eigenen Energieressourcen die japanische Regierung dazu, von der Industrie neuartige, energieeffiziente Technologien zu fordern. Das Ergebnis nach zweieinhalb Jahren Forschung war die Daikin VRV Technologie, die 1982 in Produktion ging. Alle wichtigen Komponenten – von der Kältemitteltechnologie bis hin zu den Kompressoren, Wärmeübertragern und der elektronischen Steuerung – wurden vom japanischen Wärmepumpen- und Klimaanlagenhersteller Daikin selbst entwickelt und produziert, und das ist auch heute noch so.

Bereits 1983 wurde das erste große Projekt mit einer VRV Anlage realisiert, ein Hochhaus in Japan mit 32 Stockwerken. 1987 wurden die ersten VRV Systeme in Europa ausgeliefert. 1991 startete der Vertrieb der VRV Technologie in Deutschland. Kurz darauf, im Jahr 1993, begann die VRV Produktion CE-konform in Belgien. Das System hat sich vor allem in gewerblichen Anwendungen etabliert. Allein 2021 wurden in Deutschland über 12.000 VRV/VRF Außengeräte verkauft.

Von der „nur Kühlen“ Ausführung zum Total Solution System

Viele bestehende Gebäude verfügen über separate Systeme für Heizen und Kühlen. Dadurch wird eine große Menge an Energie verschwendet. Die VRV Technologie arbeitet in beiden Bereichen energieeffizient und hat sich von der Nischenanwendung zum flexiblen Total Solutions System entwickelt: Konnte die erste VRV 1982 „nur-Kühlen“ und hinsichtlich ihrer Kapazität mit einem Außengerät bis zu sechs Innengeräte versorgen, so ist die VRV mittlerweile eine wirtschaftliche Komplettlösung für Heizung, Kühlung und Lüftung aus einer Hand. Sie ist ein integriertes Komplettsystem, das gleichbleibenden Komfort und eine hohe Kosteneinsparung bietet und 70 % des Energiebedarfs eines Gebäudes abdeckt. Insgesamt können jetzt bis zu 64 VRV und/oder 32 Split/SkyAir-Innengeräte unterschiedlicher Typen und Leistungsgrößen sowie Türluftschleier, Hydrobox- und Lüftungsanlagen angeschlossen werden.

Ein Blick unter das Gehäuse

Da in Daikin VRV Systemen zu jeder Zeit nur der benötigte Kältemittelvolumenstrom zur Verfügung gestellt wird (daher der Name „Variabler Kältemittel-Volumenstrom“), können in den verschiedenen zu klimatisierenden Bereichen eines Gebäudes unterschiedliche Einstellungen für die Klimatisierung vorgenommen werden. Die Verwendung eines Kältemittels anstelle von Wasser erlaubt sehr viel kleinere Rohrleitungen. In der Regel handelt es sich um verlötete Kupferrohre, die eine hohe Flexibilität in der Anpassungsfähigkeit gewährleisten. So sind alle angeschlossenen Geräte oder Räume für sich unabhängig von der Kälteerzeugung regelbar. Diese erfolgt über Drehzahl geregelte Kältemaschinen, die immer nur diejenige Kälte- bzw. Wärmeleistung erbringen, die in den einzelnen Räumen benötigt wird.

Gleichzeitig können Gebäude, die durch moderne VRV Systeme klimatisiert werden, mittels dieser Technologie auch effizient und klimaschonend beheizt werden. Die VRV Luft-Luft-Wärmepumpe spart Energie, indem sie konsequent erneuerbare Energien nutzt. Zudem verschafft sie große Planungsfreiheit und Sicherheit. Damit ist es möglich, ein Gebäude ganzjährig zu beheizen wie auch zu klimatisieren. Neben diesen VRV Anlagen sind keine weiteren Heizungseinrichtungen erforderlich.

Wärmepumpe – die Schlüsseltechnologie für den Klimaschutz

Durch die hohe Endenergieausnutzung sind Wärmepumpen wie die VRV Technologie als Komplettlösung für die intelligente Gebäudekonditionierung ein wesentlicher Baustein zur Umsetzung der Energiewende im Gebäudebereich. Nach Plänen des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz sollen bis 2030 bis zu sechs Millionen Wärmepumpen neu installiert werden. Dieser verstärkte Rollout von Wärmepumpen ist ein wichtiger Baustein für das Erreichen der Klimaneutralität in Deutschland.

Hinzu kommt, dass angesichts des Krieges in der Ukraine die Bundesregierung einen noch schnelleren Ausbau der erneuerbaren Stromversorgung plant. Damit hat die Politik die Richtung für den Ausstieg aus den fossilen Brennstoffen vorgegeben. Für Daikin ist die Wärmepumpentechnik die zentrale Technologie in dieser entscheidenden Transformationsphase, denn sie ist etabliert und ausgereift – wie gesagt, die VRV Technologie feiert in diesem Jahr ihren 40. Geburtstag. In den letzten vier Jahrzehnten hat sie sich kontinuierlich weiterentwickelt und an moderne Herausforderungen angepasst.

Urbanisierung und Nachverdichtung – Kompaktere Geräte und Innenaufstellung

Ein wichtiger Einflussfaktor beispielsweise auf das Gerätedesign ist die Urbanisierung. „Wohin mit den Außengeräten?“ – vor dieser Frage stehen Planer und Installateure häufig bei Projekten in Innenstadtlagen. Strenge Bauvorschriften, denkmalgeschützte Fassaden oder mit Technik bereits zugestellte Dächer machen die Außenaufstellung der Systeme meist unmöglich und erfordern eine unauffällige und kompakte Lösung. Daikin hat auf diese Herausforderung mit immer kompakteren Geräten reagiert. So reduzierte sich bei der Einführung der VRV II im Jahr 2003 die Aufstellfläche im Vergleich zu den Vorgängermodellen um 50 %. Auch das Außengerät der mittlerweile fünften VRV Generation in der Ausführung „Mini VRV 5“ ist dank kompakter Maße (870 x 1.100 x 460 mm) einfach zu transportieren und besonders flexibel einsetzbar.

Die Innenaufstellung der Geräte ist eine weitere Möglichkeit, den Beschränkungen bei der Außenaufstellung zu entgehen. Hierfür hat Daikin 2015 die erste VRV für die Innenaufstellung auf den Markt gebracht: Die sogenannte VRV-i besteht aus zwei getrennten Modulen, einer Verdichter- und einer Wärmeübertrager-Einheit. Beide sind für die Innenaufstellung konzipiert. Das Verdichtermodul ist kleiner als eine handelsübliche Waschmaschine. Der Wärmeübertrager ähnelt in der Form einem Kanalanschlussgerät. Der V-förmige Wärmeübertrager mit 40 cm Höhe kann so installiert werden, dass von außen lediglich die Ausblasgitter sichtbar sind, die dezent in die Fassade oder im Dach integriert werden können.

Kältemittel – von R-407C bis R-32

Gesetzliche Regelungen wie die EU F-Gase-Verordnung, höhere Anforderungen an die Energieeffizienz und Klimaverträglichkeit der Systeme haben dazu geführt, dass sich der Markt hin zu Kältemitteln mit vergleichsweise niedrigem Treibhauspotential (GWP = Global Warming Potential) entwickelt hat. So wurde die erste VRV Generation mit dem Kältemittel R-407C ausgeliefert. 2003 führte Daikin die VRV II ein, das weltweit erste System, das mit variablem R-410A Kältemittel-Volumenstrom arbeitete. Das VRV II System war sowohl in Wärmepumpen-Ausführung als auch in Wärmerückgewinnungs-Ausführung erhältlich. Der Vorteil von R-410A ist, dass es im Vergleich zu R-407C eine höhere volumetrische Kälteleistung aufweist und somit eine Reduzierung der Kältemittelfüllmenge ermöglicht.

Mit der Einführung des Kreislaufwirtschafts-Programms „L∞P by Daikin“ im Jahr 2019, leistete Daikin als erstes Unternehmen in der Branche einen wichtigen Beitrag zur Reduktion fluorierter Treibhausgase. Im darauffolgenden Jahr wurde das Programm „L∞P by Daikin“ aufgrund seines Erfolges auf alle VRV Systeme mit dem Kältemittel R-410A ausgeweitet, die seit November 2020 in Europa2 hergestellt und verkauft werden. Dadurch kann jährlich die Neuproduktion von 250.000 kg Kältemittel eingespart werden. Ein weiterer Schritt ist die Entwicklung von Anlagen mit low-GWP Kältemitteln. Dank der Zusammenarbeit mit den Tochterunternehmen Zanotti und Tewis hat Daikin auch Kälteanlagen mit CO2 (GWP 1) und Propan (GWP 3) im Portfolio und bringt die Technik – wo sie die Anforderungen des jeweiligen Anwendungsbereichs sinnvoll erfüllt – zum Einsatz.

Mit der Entwicklung der VRV 5 in den Ausführungen VRV 5 Mini – für das Heizen und Kühlen kleinerer gewerblicher Anwendungen und Raumgrößen ab 10 m2 – und ab Juli 2022 als VRV 5 Heat Recovery – für mittelgroße und große Nichtwohngebäude und Raumgrößen sogar bereits ab 7 m2 – brachte Daikin erstmals ein VRV System mit dem klimaschonenderen Kältemittel R-32 auf den Markt. R-32 liegt mit einem GWP von 675 und einer geringeren Füllmenge bei nur einem Drittel des marktüblichen Kältemittels R-410A. Mit der VRV 5 Heat Recovery wird dadurch beispielsweise eine erhebliche Reduzierung des Treibhauseffekts um bis zu 71 % erreicht – ein wichtiger Beitrag, um die CO2-Bilanz von Gebäuden erheblich zu verbessern.

Die Reduzierung der Umweltauswirkungen der Produktion, des Energieverbrauchs der Systeme und der Kältemittel war schon immer eine Mission von Daikin, genauso wie die Entwicklung von Anlagen mit einer hohen saisonalen Energieeffizienz und die Verwendung von Kältemitteln mit einem niedrigeren Treibhauspotential (GWP). Langfristiges Ziel ist es, die gesamte Daikin VRV Produktpalette auf das Kältemittel R-32 umzustellen.

Ausblick

Das aktuelle Klimaschutzgesetz sieht vor, dass Deutschland in knapp 24 Jahren und damit fünf Jahre früher als ursprünglich geplant klimaneutral sein soll. Ab diesem Zeitpunkt will Deutschland nur noch so viel Treibhausgas ausstoßen, wie von der Natur wieder aufgenommen werden kann. Vor dem Hintergrund der Dekarbonisierungsziele und der seit dem Ukraine-Konflikt verstärkt geforderten und nötigen Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen kommt dem Einsatz regenerativer Systeme wie der Luft-Luft-Wärmepumpe – vor allem auch in Kombination mit Wärmerückgewinnungssystemen – bei der Umsetzung der Energiewende im Gebäudebereich eine wichtige Schlüsselrolle zu.

1 Es sind stets Personen jeden Geschlechts gemeint; aus Gründen der einfacheren Lesbarkeit wird im Folgenden nur die männliche Form verwendet.

2 EU Mitgliedsstaaten Großbritannien, Bosnien-Herzegowina, Serbien, Montenegro, Kosovo, Albanien, Nordmazedonien, Island, Norwegen, Schweiz.

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