Klimaanlagen galten lange Zeit als Geräte zur Kühlung der Luft an heißen Tagen. Manche erinnern sich noch an die Zeit, als Klimaanlagen nur zum Kühlen dienten. Seit vielen Jahren können Klimaanlagen auch zum Heizen von Räumen eingesetzt werden. Nahezu jedes Split-Gerät ist mit einer reversiblen Wärmepumpe ausgestattet, was bedeutet, dass deren Betriebsweise umgekehrt werden kann. Diese Funktion eröffnet neue Anwendungsmöglichkeiten für Klimaanlagen, insbesondere bei kälteren Temperaturen.
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Aufbau und Funktionsweise einer Klimaanlage
Die wichtigsten Elemente, die den Geräten die grundlegende Kühl- bzw. Heizfunktion ermöglichen, befinden sich in der Außeneinheit:
-
Vierwegeventil, - Kompressor,
- Dehnelement,
- Wärmetauscher (Verdampfer/Kondensator)
- Lüfter.
Im Innengerät:
- Wärmetauscher (Kondensator/Verdampfer)
- Lüfter.
Die Wärmetauscher der Innen- und Außeneinheiten einer Raumklimaanlage werden je nach Betriebsart abwechselnd als Verdampfer oder Kondensator bezeichnet.
- Verdampfer – darin verdampft das Mittel in einen gasförmigen Zustand und gibt Kälte an die Luft ab
- Kondensator – darin kondensiert das Mittel in einen flüssigen Zustand und gibt Wärme an die Luft ab
In der Praxis erfolgt die Zuweisung der gewählten Betriebsart (Kühlen/Heizen) zum Gerät durch den Endverbraucher über die entsprechende Taste am Regler.
Je nach gewähltem Schema leitet das Vierwegeventil das Kältemittel zum Kondensator. Beim Kühlen fungiert die Außeneinheit als Kondensator. Beim Heizen wird die Inneneinheit zum Kondensator.
Funktionsprinzip der Klimaanlage im Kühlprozess
Das Kältemittel wird im Kompressor komprimiert, wodurch Druck und Temperatur steigen. Anschließend wird das warme Kältemittel zum 4-Wege-Ventil umgeleitet, das die Strömungsrichtung und damit den Kühl-/Heizbetrieb bestimmt. Im Kühlbetrieb wird das Kältemittel zum Wärmetauscher (Kondensator) der Außeneinheit gepumpt. Der Ventilator sorgt für die Luftzirkulation am Wärmetauscher (Kondensator), die Wärme des Kältemittels wird an die Außenluft abgegeben, das Gas kondensiert und verflüssigt sich.
Die Flüssigkeit gelangt in das Expansionselement (Kapillare oder elektronisches Expansionsventil EEV), wodurch das Medium gedrosselt wird – Druck und Temperatur werden deutlich reduziert. Das abgekühlte Medium in Flüssigkeitsform wird dem Wärmetauscher der Inneneinheit (in diesem Fall dem Verdampfer) zugeführt. Die Inneneinheit ist mit einem Ventilator ausgestattet, der die Luftzirkulation fördert. Das Medium verdampft am Wärmetauscher (Verdampfer) und gibt die Kälte an die Raumluft ab, wodurch die Kühlfunktion erfüllt wird. Gleichzeitig erwärmt sich das Medium durch die vom Ventilator angesaugte warme Raumluft, wodurch es zunächst seinen Zustand in Gas ändert. Anschließend kehrt es zum Kompressor zurück und der Vorgang wiederholt sich.
Funktionsprinzip der Klimaanlage im Heizprozess
Im Heizbetrieb arbeitet die Klimaanlage in umgekehrter Richtung. Das Kältemittel wird im Kompressor des Außengeräts komprimiert, wodurch seine Temperatur steigt. Anschließend wird das warme Medium zum 4-Wege-Ventil umgeleitet, das die Strömungsrichtung des Mediums und damit den Kühl-/Heizbetrieb bestimmt.
Im Heizbetrieb wird das Medium direkt zum Wärmetauscher (Kondensator) der Inneneinheit gepumpt. Der in die Inneneinheit eingebaute Ventilator erzeugt eine Luftzirkulation am Kondensator, und die Wärme des Mediums wird an den Raum abgegeben, während das Gas kondensiert und in einen flüssigen Zustand übergeht (immer noch unter hohem Druck). Das kondensierte Gas gelangt in das Expansionselement der Außeneinheit, das eine Kapillare oder ein thermostatisches Expansionsventil (EEV) sein kann. Die Flüssigkeit wird gedrosselt, um ihren Druck und ihre Temperatur entsprechend zu senken. Das Medium wird dem Verdampfer der Außeneinheit zugeführt. Der Ventilator erzeugt eine Luftzirkulation am Verdampfer. Das Medium wird durch die Außenluft erwärmt und geht in einen gasförmigen Zustand über. Das erhitzte Medium kehrt in gasförmiger Form zum Kompressor der Einheit zurück, wo es erneut komprimiert wird, wodurch seine Temperatur steigt. Der Vorgang wiederholt sich.
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Klimaanlage Heizung in der Übergangszeit
Klimaanlagen mit Heizfunktion sind eine hervorragende Lösung für die Übergangszeit (Frühling/Herbst), wenn die Außentemperatur nicht extrem niedrig ist. Mit einer solchen Lösung können wir den Start der Hauptwärmequelle im Herbst deutlich verzögern oder sie im Frühjahr früher abschalten.
Klimaanlage als Ergänzung zur alternativen Wärmequelle
Diese Lösung eignet sich auch hervorragend als Ergänzung zu einer bestehenden Wärmequelle. Beispielsweise sorgt eine Klimaanlage nach längerer Abwesenheit im Winter, bevor die Hauptwärmequelle die Räume heizt (insbesondere bei Fußbodenheizungen mit hoher thermischer Trägheit), für eine schnelle Erwärmung der Temperatur auf ein angenehmes Niveau. Bei einem Ausfall eines Gaskessels, Festbrennstoffkessels oder einer Wärmepumpe rettet eine Klimaanlage mit Heizfunktion die Situation bis zur Reparatur.
Fachgerechte Installation der Außeneinheit
Es ist zu beachten, dass das Außengerät nicht zu niedrig platziert werden sollte. Während dies im Sommer für den Kühlprozess kaum relevant ist, besteht im Winter die Gefahr einer Schneebedeckung. Zudem kann das aus der mit einer Heizung ausgestatteten Tropfschale ablaufende Wasser unter dem Gerät gefrieren. Bei anhaltendem Frost bildet sich Eis, das das darüber liegende Gerät gefährdet. Es empfiehlt sich, ein zusätzliches Heizkabel in der Kondensatableitung der Tropfschale zu verwenden.
Auswählen der Klimaanlagenparameter zum Heizen
Zunächst müssen Sie sich fragen, wie Sie das Gerät nutzen möchten. Eine Klimaanlage zum Kühlen wird anders gewählt als zum Heizen. Hier konzentrieren wir uns auf die Aspekte, die bei der Wahl einer Klimaanlage, die Räume auch bei Minusgraden heizt, zu beachten sind.
Das Ganzjahres-Heizkit umfasst eine Kompressor-Kurbelgehäuseheizung und eine Auffangwannenheizung. Die Kurbelgehäuseheizung sorgt dafür, dass das Öl bzw. Fett im Kompressor die richtige Betriebstemperatur hat, insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen. Die Ölerwärmung sorgt für die Fließfähigkeit und Flexibilität der Mechanismen im Kompressor, was insbesondere beim Starten des Kompressors bei kalten Temperaturen wichtig ist. Die Heizung ist aktiv, wenn das Gerät nicht in Betrieb ist und die Außentemperatur unter 1 °C liegt. Sie verhindert die Ansammlung von Feuchtigkeit und Kondenswasser im Kompressor, was zu Korrosion und Problemen mit der Effizienz oder Haltbarkeit des Geräts führen kann. Unabhängig von der gewählten Betriebsart der Klimaanlage bildet sich im System (Verdampfer) Kondensat, das abgeleitet werden muss.
Im Heizbetrieb ist der Verdampfer die externe Einheit. Im Winter ist hier eine Kondensatwannenheizung erforderlich, die das Gefrieren von Kondenswasser verhindert. Kondenswasser entsteht auch oder vor allem beim Abtauen des Wärmetauschers. Die Klimaanlage schaltet auf Kühlfunktion und erwärmt die Wärmetauscherlamellen mit warmer Luft. Ohne Heizung besteht eine hohe Gefrier- und Eisbildungsgefahr, die das Gerät beschädigen kann. Bei der Auswahl einer Klimaanlage lohnt es sich zu prüfen, ob eine solche Ganzjahresbetriebsart standardmäßig im Gerät enthalten ist oder ob sie separat erworben werden muss.
Energieklasse des Gerätes und Effizienz
Zur Prüfung dieser Parameter empfiehlt es sich, die Katalogkarte und das Energielabel des Geräts zu analysieren. Die Energieeffizienzklasse für Klimaanlagen reicht von D bis A+++. Klasse A steht für das energieeffizienteste Gerät. Es ist zu beachten, dass dasselbe Gerät in der Kühlfunktion eine andere Energieeffizienzklasse als in der Heizfunktion haben kann. Der zweite wichtige Parameter bei der Auswahl einer Klimaanlage ist der SCOP-Wert.
Sie befindet sich im Gerätekatalog und definiert das Verhältnis zwischen Heizleistung und Stromverbrauch. Zur Berechnung des SCOP-Wertes wird der Betrieb der Klimaanlage bei vier verschiedenen Außentemperaturen (-7 °C / 2 °C / 7 °C / 12 °C) berücksichtigt. Durch Bildung eines gewichteten Durchschnittswerts der entsprechenden Formel erhalten wir die saisonale Heizenergieeffizienz. Ein SCOP von 3,6 bedeutet, dass die Klimaanlage im Durchschnitt aus 1 kW Strom bis zu 3,6 kW Heizleistung erzeugt. Kurz gesagt: Je höher der SCOP, desto effizienter und energiesparender ist die Klimaanlage.
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