Überblick
Bei Split-Klimaanlagen wäre es sehr hilfreich, den aktuellen COP und die Wärmeleistung zu kennen. Über diese Parameter lassen sich viele Effizienzoptimierungen machen. Auch kann man darüber prüfen, ob die Anlage ordnungsgemäß arbeitet.
Leider bietet keine Split-Klima diese Werte direkt an. Split-Klimas messen weder die Wärmeleistung noch den COP.
Hier soll ein einfacher Weg beschrieben werden, wie man an diese Werte herankommt. Ich nenne ihn SimpleCOP.
Grundlegende Idee
Die Wärmeleistung ist eigentlich recht einfach zu ermitteln. Wir brauchen nur zu wissen, um wieviel Grad ein bestimmter Luftstrom erwärmt wird.
Beispiel: Ein typischer Volumenstrom einer Split-Klima liegt in der höchsten Lüfterstufe bei 600 m³/h. Nehmen wir an, wir saugen 20 Grad warme Luft an und die Anlage wirft 30 Grad warme Luft aus. Dann haben wir die Luft um 10 Grad erwärmt.
Über die Wärmekapazität der Luft kann man daraus berechnen, welche Leistung dafür nötig ist. Wir können es uns auch einfach machen und einen Onlinerechner wie https://www.endenergie.de nutzen.
Wir kommen bei diesen Werten auf 2017 Watt. Das wäre die Wärmeleistung.
Den COP berechnen wir dann ganz simpel mit P_thermisch / P_elektrisch. Nehmen wir an, die Anlage hat 400 Watt Strom aufgenommen, dann wäre hier im Beispiel:
COP = 2017 W / 400 W = 5,04
Jetzt die Frage, wie wir an diese Werte bei unserer Anlage kommen. Die Temperaturen sind recht einfach erfassbar. Einen Sensor positionieren wir im Auswurfkanal und einen Sensor an der Ansaugseite des Innengeräts.
Mit dem Volumenstrom ist es schwieriger. Hier vereinfachen wir die Situation, in dem wir die Anlage nur beim höchsten Volumenstrom vermessen. Damit sparen wir uns einen Drehzahlsensor und eine Volumenstrommessung für jede Drehzahl. Die meisten Anlagen können manuell auf die höchste Drehzahl gestellt werden.
Doch welchen Volumenstrom haben wir bei höchster Drehzahl? Mitunter findet man ihn im Datenblatt. Oft kommt man an solche Werte nicht heran und selbst wenn, ist dieser Wert oft wenig präzise.
Hier vereinfachen wir die Rechnung durch einen empirischen Ansatz. Wenn der Volumenstrom konstant ist, dann gilt folgende Formel:
P_thermisch = (T_Auswurf - T_Ansaug) * x
Man kann auch sagen, die thermische Leistung ist direkt proportional zur Lufterwärmung Delta T, die unsere Anlage schafft. Wir brauchen nur noch den Faktor x, der natürlich vom Volumenstrom abhängt, aber um den wir uns hier gar nicht kümmern.
Stattdessen ermitteln wir den Faktor x experimentell. Entweder wissen wir über einen Heizlüftertest recht genau, welche Wärmemenge ein Raum benötigt, um die Temperatur zu halten. Wenn man also einen aufgeheizten Raum mit einem 2000 W Heizlüfter genau auf Temperatur halten kann, dann kennt man die Heizleistung, die auch die Split-Klima in den Raum bringt, um diese Temperatur zu halten. Die sind dann natürlich auch 2000 W.
Darüber können wir den Faktor x recht genau bestimmen:
x = P_thermisch / (T_Auswurf - T_Ansaug)
Nehmen wir das obige Beispiel, dann hätten wir
x = 2017 Watt / (30-20 Grad) = 2017 / 10 = 201,7
Wenn man jetzt z.B. 5 Grad Temperaturdifferenz misst, kann man mit
P_thermisch = 5 * 201,7 = 1008,5 W
berechnen. Und wenn wir P_thermisch kennen, lässt sich direkt auch der COP errechnen.
Neben dem Heizlüftertest kann man auch mit Eurovent COP-Angaben vergleichen. Wenn also die Anlage mal in einem Arbeitspunkt ist, wofür es Eurovent-Daten gibt, weiß man auch den COP. Zumindest als grobe Orientierung lässt sich dieser Wert nutzen. Achtung: Nicht nur die Außentemperatur muss stimmen, sondern auch die Aufnahmeleistung der Anlage, die man bei Eurovent mit P_thermisch / COP berechnen kann.
Schlussendlich kommt es bei vielen Betrachtungen auch nicht so sehr darauf an, ob unser errechneter COP absolut betrachtet genau ist. Viel wichtiger ist der Vergleich zwischen verschiedenen Arbeitspunkten der Anlage und in dieser Hinsicht ist unser ermittelter Wert recht genau, auch wenn der Faktor x nicht so ganz passt.
Auch interessant ist, dass ein einmal ermittelter Faktor x für alle baugleichen Anlagen verwendbar ist. Wenn wir hier also Faktoren für verschiedene Anlagen sammeln, können auch andere diese sofort verwenden, ohne aufwändige Tests zu machen. Auch lassen sich so Anlagen untereinander gut vergleichen und auch Probleme in der Effizienz erkennen.
Mess-Vorgaben
Um ein einheitliches Mess-Design und somit vergleichbare Werte zu haben, hier ein paar Vorgaben:
- Temperatursensoren für Auswurf- und Ansaugluft müssen kalbriert werden, also gleiche Temperaturwerte auf +/- 0,1 Grad genau anzeigen bzw. man muss den Offset ermitteln, den man in den Berechnungen berücksichtigt.
- Sensor für Auswurftemperatur wird von der Horizontalen betrachtet, mittig im Ansaugkanal positioniert. Im Kanal typisch an der Kanalwand Richtung Wand. Dort am besten mit Alutape ankleben, was thermisch gut anbindet.
- Sensor für Ansaugtemperatur typisch rechts vom Ansaugkanal positionieren, also dort, wo kein Wärmetauscher mehr ist, sondern die Elektronik sitzt. Und zwar deshalb, damit die Wärmestrahlung des Wärmetauschers nicht verfälscht. Sensor etwa 2-3 cm in der Luft über Gehäuse anbringen, damit die Gehäusetemperatur nicht verfälscht.
- Aufnahmeleistung mit einem Leistungsmessgerät messen, was hinreichend genau ist oder kalibriert wurde.
- Messwerte sind nur dann valide, wenn man einen eingeschwungenen Zustand hat. Hierfür muss die Anlage für 2 Minuten eine konstante Leistungsaufnahme gehabt haben. Auch die Thermometer beobachten, ob die eingeschwungen sind oder sich der Wert noch ändert.
- Außentemperaturerfassung benötigt man zwar nicht für die Berechnung von COP und Leistung, aber die Außentemperatur hat natürlich Einfluss auf den COP. Deshalb brauchen wir auch hier eine möglichst genaue Messung der Außentemperatur.
- Klappenstellung möglichst so, dass die Klappen die Luft nicht behindern, also typisch 70 Grad nach unten ausblasen und horizontale Klappen mittig.
- eingesetzte Filter müssen sauber sein
- keine zusätzlichen Filter oder Filterboxen, diese können den Volumenstrom stark beeinflussen
- Höchste Lüfterstufe und prüfen, ob die Anlage wirklich diese Lüfterstufe konstant hält.
Messwerterfassung
Hier eine Beispieltabelle für eine Messwerterfassung:
TA | TI | TAW | P | Thub | TAW-TI | PW | COP |
---|---|---|---|---|---|---|---|
17,0 | 19,3 | 32,3 | 190,0 | 15,3 | 13,0 | 1430 | 7,53 |
13,0 | 20,8 | 32,2 | 204,0 | 19,2 | 11,4 | 1254 | 6,15 |
10,0 | 20,1 | 30,3 | 201,0 | 20,3 | 10,2 | 1122 | 5,58 |
7,1 | 20,5 | 34,1 | 215,0 | 27,0 | 13,6 | 1496 | 6,96 |
1,5 | 15,8 | 28,4 | 278,0 | 26,9 | 12,6 | 1386 | 4,99 |
0,9 | 18,3 | 28,3 | 296,0 | 27,4 | 10,0 | 1100 | 3,72 |
TA = Temperatur außen, TI = Temperatur innen angesaugte Luft, TAW = Temperatur Auswurf, P = Aufnahmeleistung elektrisch, Thub = TAW - TA, also das hochgepumpte Delta, für Berechnung unwichtig, TAW-TI = Delta Auswurf- zu Ansaugtemperatur, PW = Wärmeleistung berechnet über Faktor x, COP = COP berechnet über PW / P.
Faktorensammlung
Faktoren bisher erfasster Anlagen:
- Mitsubishi Heavy SRK20ZS - Faktor 150
- Mitsubishi Heavy SRK25ZS - Faktor 180
- Daikin ATXF25E - Faktor 150 (noch recht ungenau)
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