Split-Klima - Einfache Berechnung COP & Wärmeleistung (SimpleCOP)

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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Habt ihr Faktoren für eure Anlage? Dann gebt mir Bescheid, ich pflege es ein.

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Hier mal die Daten meiner Vivax R-Design (ACP-12CH35AERI+) Ich hoffe sie reichen dir um auch daraus einen Factor zu berechnen? Die letzten 2 Tage konnte ich mal mit Gas heizen und das Wetter war identisch zu den 2 Tagen zuvor mit Split.

Aussentemperatur 0-1°C
Innentemperatur 21°C
Gasverbrauch 24h = 79,03kwh
Split-Stromverbrauch 24h = 14,2kwh

Das wäre eine ganz andere Berechnung. Du kannst da lediglich sagen, dass der Faktor zwischen Gas und Split-Klima-Strom 79,03/14,2 = 5,6 ist. Das kann dir helfen für eine Entscheidung, ob du mit Split-Klima oder Gas heizt. Über die Effizienz der Split-Klima kannst damit aber kaum was sagen, weil es zahlreiche Faktoren gibt, die das Ergebnis beeinlussen:

  • Verluste der Gasheizung, die nur schwer einschätzbar sind.
  • Rohrverluste - Es werden so Bereich geheizt, die mit Split-Klima nicht beheizt werden.
  • Die Wärmeverteilung ist oft stark unterschiedlich zwischen Gas und Split-Klima. Selbst wenn es im Wohnzimmer also genauso warm ist, gibt es viele Bereiche im Haus, die ganz andere Temperaturwerte haben, je nachdem, ob mit Gas oder Split-Klima geheizt wird.
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Hier mal ein erster Versuch fuer Live-COP display in HomeAssistant (HA)

Die Allgemeinformel hierzu ist:
COP = (Auswurftemp-Ansaugtemp) * Luftstrom *0.34 / AufgenommeneLeistung

Es muessen Sensoren fuer Ansaug- und Auswurftemperatur und die Elektrische Leistungsaufnahme vorhanden sein. Damit der COP stimmt muessen die Innengeraete (IG) auf einer konstabten Luefterstufe laufen.
Meine Anlagen werden (konstant) in der hoechsten Luefterstufe des IG betrieben. Laut Datenblatt sind das bei bei meiner Mitsubishi 600Kubikmeter/h und bei der Daikin 690Kubikmeter/h .

Entsprechend lauten die Formel bei mir:

COP_mitsu = (Auswurftemp-Ansaugtemp) * 600 *0.34 / AufgenommeneLeistung
COP_daikin = (Auswurftemp-Ansaugtemp) * 690 *0.34 / AufgenommeneLeistung

Folgendes wurde im HA in config.yaml eingetragen:

template:

  - sensor:
      #calculate COP of Mitsubishi, assuming FANspeed=4 (max, with 600m3/s)
      - name: "my_sensor_COP_Mitsubishi"
        unique_id: "my_sensor_COP_Mitsubishi"
        state_class: "measurement"
        state: >
          {% set COP = (states('sensor.MitsubishiAuswurf_temperature') | float(0) - states('sensor.MitsubishiAnsaug_temperature') | float(0) ) * 0.34 *600 / states('sensor.shellyMitsubishiPower') | float(0)      %}
          {% if COP < 0 %} 0  
          {% elif COP > 10 %} 0  
          {% else %} {{COP}}
          {% endif %}

  - sensor:
      #calculate COP of Daikin, assuming FANspeed=5 (max, with 690m3/s)
      - name: "my_sensor_COP_Daikin"
        unique_id: "my_sensor_COP_Daikin"
        state_class: "measurement"
        state: >
          {% set COP = (states('sensor.sensor.DaikinAuswurf_temperature') | float(0) - states('sensor.DaikinAnsaug_temperature') | float(0) ) * 0.34 *690 / states('sensor.shellyDaikinPower') | float(0)      %}
          {% if COP < 0 %} 0  
          {% elif COP > 10 %} 0  
          {% else %} {{COP}}
          {% endif %}


Somit stehen zwei neue Sensoren "my_sensor_COP_Mitsubishi" und "my_sensor_COP_Daikin" in HA zur freien Verfuegung. Wenn die Klima-Anlagen anlaufen kommen natuerlich unsinnige Werte heraus. Es werden aber nur COP Werte zwischen 0 und 10 akzeptiert und angezeigt.

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Hast du schon reale Werte? Sind die halbwegs plausibel?

Ich zweifle noch etwas daran, dass die spezifizierten Volumenströme stimmen. Ich glaube, die sind oft zu hoch angegeben. Deshalb wäre es mal interessant, die COPs zu prüfen, die über diese Formel herauskommen, ob die stimmig sein können.

So ganz daneben scheint mir das ganze nicht zu sein. Anbei die Daten der Daikin (RXP35M / FTXP35M) von heute morgen. Durchgehend mit Luefterstufe 5 (auch im ECO mode). Es wurde einmal vom ECCO-mode zu NORMAL und wieder zurueck zu ECO-mode gewechselt. Solltemperatur war von 24 bis zu 28 Grad.

Volumenströme im Datenblatt muss man halt glauben. Wobei der Luftstrom der Daikin mit 690 m3/h sich viel staerker anfuehlt als der 600 m3/h Luftstrom der Mitsubishi.

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Ja, sieht plausibel aus.

Hallo Win

Ich will gerne die Daten der Hantech 12000 ermitteln und hier reinstellen. Muss aber erst langsam Anfangen und werde sicher einige Fragen haben. Bitte ehrlich sagen wenn es nervt.
Die Messverfahren werde ich erfüllen.

Die Hantech hat ein Volumenstrom von 560 m3.
Wenn sie eine Stunde konstant mit folgenden Werte läuft: Ansaug 21° Auswurf 31° und Energie 0,306 kwh müsste sich nach obiger Rechnung ergeben

COP=1882 W / 306 W = 6,15

Wo liegt mein Fehler. Die Werte sind nicht exakt gemessen, geht jetzt um das Verständnis, aber sicher nicht weit von der Realität.
Ein COP von 6,15 ist doch unmöglich.
Gruß

Ich hatte vor Jahren mal eine ähnliche Auswertung gemacht, wobei ich allerdings mir nicht die direkte Wärmeleistung an der Klimaanlage angesehen hatte, sondern die Veränderung im Gasverbrauch im Bezug zum Stromverbrauch der Klimaanlage.
Der ermittelt COP/SCOP (war schliesslich nur ein Monat in der ersten Heizperiode war so hoch (>5) das mich gefragt habe woher das kommt.
Mir wurde da ziemlich schnell klar, das der fast quadratische Zusammenhang zwischen der Temperaturdifferenz Außentemperatur und Innentemperatur da rein spielt. (Carnot für die Klimaanlage: linear, Wärmeübergang Haus: auch linear. Linear x Linear = quadratisch, so pi mal Flaschenbier).

Als mir der Zusammenhang klar war, habe ich mal simuliert, welche Arbeitszahl eine Wärmpumpe mit 35°C Vorlauf, also 10° mehr als ca. 25°C der Klimaanlage hätte: Aus 5,51 wurde da dann 3,71.

Die Werte scheinen mir sehr plausibel. Habe dann aufgehört, weiter zu "forschen". Die Zusammenhänge sind eindeutig, egal ob ich in der Klimaanlage jetzt 10° Delta T habe oder vielleicht weniger. Entscheidend ist immer die Außentemperatur. Je geringer die Außentemperatur, um so größer muß entweder der Temperaturhub im Innengerät sein oder die Luftmenge erhöht sich. Diese Details waren mir dann letztlich egal.

@Win: sehr gute Analyse. Chapeau

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Ein COP von 6,15 ist eher unwahrscheinlich, wobei du da immer auch die Außentemperatur mit dazu sagen musst, weil es ja davon abhängt.

Die Rechnung ist aber grundsätzlich richtig.

Wo Fehler auftauchen können: 1 Grad Messfehler machen schon über den Daumen 10 % Fehler aus. Und ob die 560 m³ stimmen, weißt du auch nicht, gerne wird von den Herstellern da ein zu hoher Wert angegeben. Der Lüfter reagiert auch sehr sensibel auf Verschmutzung, da geht die Luft-Leistung schnell runter.

Kannst du bei der Anlage eigentlich jede Lüfterstufe direkt ansteuern? Bei vielen Anlagen geht das ja nicht.

Hallo, ja die 6 Lüfterstufen + automatik lassen sich in der Smart Life/Tuya einzeln und gezielt ansteuern.

Das ist schon mal Super. Da meine Anlagen oft Stundenlang mit gleichen Werten vor sich hinlaufen kann ich erstmal zum Ausprobieren einzelne Stunden Auswerten. Werde erstmal die Messvorgaben im Bad Umsetzen und doppelt absichern. Mit Hilfe von Home Assistant kann ich alle Werte Aktuell und Historisch bis auf Zehntel genau ablesen.

Das waren die Werte von heute Morgen zu meinem Beispiel oben. Die Messvorgaben sind da noch nicht umgesetzt.
Gruß und Dank

Darum hat Win auch für seine Anlage der MHI SRK20 einen Faktor ermittelt.
Alle SRK20 können mit diesem Faktor +-10% rechnen.
Mein Faktor den ich ungefähr ermittelt habe liegt bei 159 siehe Screenshot.
Da ich mir auch einen Drehzahlmesser zugelegt habe kann ich jetzt bei jeder Lüfterstufe den ungefähren COP für mich ermitteln, dabei Teile ich den Luftstrom durch 3,8 um zu meinem Faktor zu kommen.
Auf die 3,8 komme ich mit folgender Rechnung: z.B. 600 m³/h /159 Faktor = 3,8
Ich habe mir mal deine Werte mit meinem Faktor im Excelfile angelegt.

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Hallo, erstmal vielen Dank.

Aber mir ist noch nicht klar wie der Faktor, hier 159, ermittelt wird.
Auch die errechnung von PW aus dem Faktor verstehe ich noch nicht.

Wow, das nenn ich professionell. Alle Achtung
Gruß

Schau mal hier!

https://akkudoktor.net/t/mitsubishi-heavy-src-srk-split-klima-sammelthread/8574/803

https://akkudoktor.net/t/mitsubishi-heavy-src-srk-split-klima-sammelthread/8574/819

Der Faktor ersetzt nur den Luftdurchsatz ( Volumenstrom) x Luft-Wärmekoeffizient

An den Faktor kannst du dich durch einige Kontroll-Messungen herantasten. Die besten Ergebnisse wirst du bekommen, wenn du bei Temperaturen über Abtauungsnotwendigkeit (so um 5 Grad) mal eine Vergleichsmessung mit einem Heizlüfter machst. Also Raum gut temperiert haben und dann Klima aus und mit Heizlüfter auf Temperatur halten. Heizlüfter so steuern, dass der wirklich nur auf Temperatur hält.

So weißt du bei der Temperatur die Heizleistung, die der Raum braucht und somit weißt du auch, was deine Klima an Leistung bringt, um den Raum auf Temperatur zu halten. Und damit kannst du dann den Faktor berechnen.

Auch hier kann man einiges falsch machen. Der Raum muss schon gut aufgewärmt sein, keine Sonne, die reinscheint und möglichst lange Messzyklen. Türen müssen zu und die Nebenräume sollten auf einer definierten konstanten Temperatur sein.

Selbst wenn dein Faktor nicht 100% stimmt, ein Vergleich zwischen beiden baugleichen Anlagen, ist trotzdem möglich.

Das sollte bei mir kein Problem sein. Im Bad ist noch der alte Lüfter verbaut. Wenn ich den Thermostat des Lüfters auf Bad Temperatur stelle und länger als eine Stunde laufen lasse erhalte ich aus der inteligenten Steckdose den Verbrauch. Miit diesem dann im Onlinerechner die Wärmeleistung.

zu dieser Raum und Aussen Temperatur

:hot_face: in der Schule nicht aufgepasst :cold_sweat: wie wird er berechnet?
R
Hab ich es richtig verstanden?

Gruß und Dank

Das glaub ich dir nicht!
Wer es hinbekommt in Homeassistant seine Temperaturen zu tracken, schafft auch mit etwas Nachdenken eine kleine Berechnung.

Du musst nur deine Ursprungsrechnung umdrehen.
COP hast du ja. z.B. 2kWh Klima und 10kWh Heizlüfter verbrauch, ergibt bei gleichen Temperaturbedingungen einen COP von 5.

als nächstes folgende Formel (pw= P*COP) dann hast du deinen errechnete Wärmeleistung der Klima.
Jetzt brauche wir noch den Faktor und bekommen den so (faktor = PW/ TAW-TI)

So in etwa geht das. Musst aber nochmal genauer nachmessen, weil diese Thermostate in der Regel sehr ungenau sind.

Als Thermometer eins nehmen, was einen externen Temperaturfühler hat, damit es hinreichend schnell ist. Und da kommt es auch noch drauf an, nicht im warmen Luftstrom zu messen und auch nicht in der Nähe von einer Außenwand.

Ja genau.

Weiter oben steht ja die Formel:

P_thermisch = (T_Auswurf - T_Ansaug) * x

Wenn du jetzt x berechnen willst, stellst du einfach um:

P_thermisch / (T_Auswurf - T_Ansaug) = x

Euch erstmal Danke. Werde die ersten Versuche starten sobald kein Abtauen zu befürchten ist.

Nur mit Hilfe der Freunde aus china. Mit Tuya/Smart Life haben die ein verdammt guten Job gemacht :clap:

Achtung für blutige Anfänger wie ich es einer bin.
Die Messvorgaben von Win Beachten. Wie recht er hatte zum sauberen Filter :astonished:

Und noch eins für Anfänger mit Home Assistant.
Inteligente Steckdosen geben ihre Werte nach Lust und Laune an Home Assistant. Da kann es vorkommen das Home Assistant eine Menge Spitzen nicht mitkriegt. Die Auswertung ist fann für die Katz. Hier ein Extrem Beispiel


Beide sind parallell gelaufen.
Unbedingt darauf achten, dass eine Intervall Einstellung möglich ist. Im Bild unten waren 10 Sek eingestellt. Die KW sind Watt.

Gruß