CO2-Wärmepumpen im Kaskadenbetrieb

Effiziente Warmwasserbereitung in der Hotellerie

Die Modernisierung der Hotellerie erfordert innovative Lösungen, um den hohen Bedarf an Warmwasser effizient und ökologisch zu decken. In zwei Projekten der Klaus Töpfer GmbH in Mittenwald und Lippstadt zeigt sich, wie durch den Einsatz von CO2-Heißwasserwärmepumpen und der frei programmierbaren Regelung UVR16x2 von Technische Alternative der komplette Verzicht auf fossile Brennstoffe gelingt.

Die Herausforderung: Hoher Warmwasserbedarf ohne Gasanschluss

In der Hotellerie ist die zuverlässige Bereitstellung von Warmwasser eine der kritischsten Aufgaben der Gebäudetechnik. Im B&B Hotel Mittenwald müssen beispielsweise 131 Gästezimmer, eine Betreiberwohnung sowie öffentliche Bereiche versorgt werden. Das Ziel war es, eine Lösung zu implementieren, die vollständig auf Gas und Öl verzichten kann.

Die Lösung: CO2-Wärmepumpen

Die Wahl fiel auf CO2-Heißwasserwärmepumpen von Mitsubishi Electric. Aufgrund des hohen Bedarfs kommen in Mittenwald drei Geräte zum Einsatz, während am Standort Lippstadt zwei Einheiten ausreichen. Diese Wärmepumpen sind speziell für hohe Vorlauftemperaturen ausgelegt.

Das Herzstück der Anlage bildet die universelle Regelung UVR16x2 in Kombination mit dem Kommunikationsmodul CMI. Die UVR übernimmt dabei die Rolle der Kaskadenregelung und die Freigabe der Wärmepumpen bei PV-Überschuss

• Intelligente Kaskadierung: Über die Funktion „Kesselkaskade“ regelt die UVR die Freigabe der einzelnen Wärmepumpen bedarfsabhängig basierend auf den aktuellen Speichertemperaturen.
• PV-Eigenverbrauch: Ein wesentlicher Fokus liegt auf der Sektorkopplung. Die Wärmepumpen werden in Abhängigkeit des Ertrags der vorhandenen PV-Anlage (ca. 70 kWp) freigegeben.

Anbindung an die Gebäudeleittechnik

Über das CMI-S sind die Anlagen per BACnet/IP an die übergeordnete GLT angebunden, als Gateway dient ein L-GATE951 von Loytec. Zwischen TA-Regelung und GLT werden rund 950 Datenpunkte ausgetauscht. Da die Kommunikation über das Gateway umgesetzt werden musste, erforderte die Aufschaltung zusätzlichen Programmieraufwand.

Parallel sind die Anlagen über das Webportal von Technische Alternative erreichbar: Anlagenzustände und Betriebsdaten lassen sich aus der Ferne einsehen, das Logging erfolgt sowohl im Webportal als auch in der GLT.

Planung und Umsetzung

Geplant wurde die Gebäudeautomation mit WSCAD nach VDI 3814, inklusive Automationsschemata und Funktionslisten. Da Veltum neben der Gebäudeautomation auch die Gewerke Heizung, Kälte und Lüftung ausführte, konnte die regelungstechnische Planung eng mit der technischen Ausführung abgestimmt werden; die Hydraulik wurde direkt mit dem Systemplaner abgestimmt. Alle geforderten Regelungs- und Steuerungsfunktionen ließen sich vollständig mit der eingesetzten Lösung umsetzen.

Fazit

Das Projekt zeigt, wie sich mit einer frei programmierbaren Regelung auch umfangreiche Anforderungen in einem Logistikgebäude abbilden lassen. Lüftungsanlagen, Heizkreise, Kühlung, Warmwasserbereitung und Einzelraumregelung laufen in einer gemeinsamen Struktur zusammen. Durch die Kombination aus lokaler Bedienung, GLT-Anbindung und TA-Webportal stehen alle relevanten Informationen für Betrieb und Überwachung zentral zur Verfügung.

Torben Kesting von der Firma Veltum, Planer und ausführender Betrieb des Projekts:

Erst das intelligente Zusammenspiel von Lüftung, Heizung, Kühlung und Einzelraumregelung ermöglicht einen energieeffizienten und bedarfsgerechten Gebäudebetrieb. Besonders stolz sind wir darauf, diese komplexen Anforderungen mit einer flexiblen Automatisierungslösung umgesetzt zu haben.

Technische Umsetzung: „SG-Ready“ via UVR

Für Fachhandwerker besonders interessant ist die einfache, aber effektive Einbindung des PV-Überschusses. Die Information über verfügbaren Strom gelangt über digitale Eingänge zum Regler. Sobald der Kontakt geschlossen wird, hebt die UVR die Solltemperatur an, was faktisch einer SG-Ready-Funktionalität entspricht.

Trotz der hohen Vorlauftemperaturen von 80 °C bei einem Rücklauf von ca. 50 °C erreichen die Anlagen in der Praxis eine Jahresarbeitszahl (JAZ) bzw. einen COP von etwa 2,0 bis 2,2. Dies sorgt im Vergleich zu fossilen Systemen für deutlich geringere Betriebskosten, insbesondere durch die hohe PV-Abdeckung.

Das Fazit des Experten

Holger Weitz von der Klaus Töpfer GmbH hat die Programmierung der Anlage im Eigenstudium selbst durchgeführt. Für ihn sprachen klare Gründe für die Technik von TA:

„Der Regler ist einfach zu programmieren, robust und natürlich fernüberwachbar. Und der Preis ist unschlagbar.“

Ausführendes Unternehmen:

Klaus Töpfer GmbH
Unter den Bergen 11
36433 Bad Salzungen
www.kaelte-toepfer.de