Grundsätzlich lassen sich Split-Klimageräte in zwei Ausführungen charakterisieren: Singlesplit und Multisplit. Eine Singlesplit-Anlage besteht aus einer Außeneinheit und einer Inneneinheit. Die Singlesplit-Anlage ist für die Kühlung und Beheizung eines einzelnen Raums vorgesehen. Eine Multisplit-Anlage besteht aus einer Außeneinheit und mehreren Inneneinheiten. Sie ist für die Kühlung und Beheizung mehrerer Räume mit unterschiedlichen Temperaturniveaus vorgesehen.
Split-Klimageräte sind in ihrem Aufbau einer Wärmepumpe sehr ähnlich und arbeiten in ihrer Funktionsweise umgekehrt: Bei einer Wärmepumpe soll die Wärme genutzt werden, bei einem Klimagerät soll die Wärme entzogen werden. Die Bestandteile im Kältekreislauf sind die gleichen wie z. B. bei einer Luftwärmepumpe. Der Kältekreis besteht aus Verdampfer, Verdichter, Verflüssiger und einem Expansionsventil. Das Klimagerät soll einem Raum die unerwünschte Wärmeenergie entziehen und sie an die Außenluft abgeben. Dies geschieht in mehreren Prozessen.
Bild: Bosch
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Der Verdampfer:
Der Verdampfer (Inneneinheit) hängt im Raum. Das flüssige Kältemittel verdampft bei niedrigem Druck und Temperatur. Die warme Luft wird vom Ventilator der Inneneinheit angesaugt, im Filter gereinigt, durch den Verdampfer geführt und gekühlt an den Raum abgegeben. In diesem Moment zwischen Ansaugen und Abgeben an den Raum findet ein Phasenwechsel des Kältemittels statt: Das gerade noch flüssige Kältemittel ist durch die warme, angesaugte Luft verdampft und hat ihr im selben Moment die zum Verdampfen erforderliche Wärme entzogen. Diesen Effekt kann man spüren, wenn man ein Deo Spray auf die Haut sprüht. Das verdampfende Deodorant entzieht der Hautoberfläche Wärme. Dieser Prozess findet innerhalb des Kältekreislaufs statt. Außerhalb des Kreises, also an dem Wärmetauscher der die Kühle in den Raum transportiert, kann es zu Kondensation der in der Luft enthaltenen Feuchte kommen. Dieses Kondensat wird in einer Kondensat-Wanne aufgefangen und über einen Schlauch nach draußen geleitet. Wenn das mit normalem Gefälle nicht möglich sein sollte, muss eine Kondensat-Pumpe eingesetzt werden. Die aufgenommene Energie muss abgegeben werden, damit der Effekt der Raumkühlung erneut beginnen kann.
Der Verdichter:
Das dampfförmige Kältemittel wird vom Verdichter angesaugt und verdichtet. Bei der Verdichtung wird es auf ein höheres Temperaturniveau gebracht. Wie hoch die Verdichtungstemperatur ist, hängt allein von der Außentemperatur ab. Denn soll Energie abgeben werden, muss die Verflüssigungstemperatur höher sein als die Außentemperatur.
Der Verflüssiger:
Hier gibt der Kältemitteldampf die Energie, die er bei der Verdampfung im Raum und bei der Verdichtung aufgenommen hat, an die kühlere Außenluft ab. Dabei verflüssigt sich das Kältemittel.
Das Expansionsventil:
Das Kältemittel ist bereits in den flüssigen Zustand übergegangen, hat aber immer noch einen hohen Druck. Durch das Expansionsventil wird der Druck reduziert, wobei auch die Temperatur, bei der Kältemittel verdampfen kann, weiter abfällt.
Split-Klimageräte dürfen nur vom Fachmann installiert werden
Die Inbetriebnahme einer Split-Klimaanlage darf nur durch einen zertifizierten Fachbetrieb durchgeführt werden. Es gibt einige Punkte, die bei der Montage und Inbetriebnahme zu beachten sind. So sollten die Leitungen bei der Verlegung unbedingt verschlossen sein. Es handelt sich bei Kältemittelleitungen um innenwandig gereinigte, metallisch blanke Rohre. Eintretende Feuchtigkeit sowie Fremdkörper in der Leitung führen zu Schäden an der Anlage.
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Messgrößen und Kältemittel bei Klimaanlagen
Als wichtige Messgröße für Kältemittel bei Klimaanlagen dient das Erderwärmungspotential = GWP (Global Warming Potential). Die Angabe beschreibt den relativen Beitrag zum Treibhauseffekt. Sie gibt damit an, wie viel eine bestimmte Masse eines Treibhausgases im Vergleich zur gleichen Masse CO2 zur globalen Erwärmung beiträgt. Je geringer das GWP, umso geringer ist das Gefährdungspotenzial für die Umwelt. Bosch setzt, wie viele der führenden Hersteller von Split-Klimaanlagen, das Kältemittel R32 ein. R32 weist einen GWP von 675 aus. Bei anderen Kältemitteln ist der Wert ungleich höher:
- Kältemittel R410A GWP = 2088,
- Kältemittel R134a GWP = 1430
Aufgrund seines GWPs von 675 erfüllt das Kältemittel R32 die Anforderungen der F-Gas-Verordnung (Verordnung für fluorierte Treibhausgase) für das Jahr 2025. So wird es ab 2025 sogar verboten sein Split-Klima-Geräte mit einem GWP ≥ 750 in Verkehr zu bringen. Die F-Gas-Verordnung ist ein Beitrag, um die Emissionen fluorierter Treibhausgase bis zum Jahr 2030 um 70 Prozent gegenüber 1990 zu verringern. Eine wichtige Regelung innerhalb der F-Gas-Verordnung ist die vorgeschriebene phasenweise Beschränkung (Phase Down) der teilfluorierten Kohlenwasserstoffen (HFKW) aus Kältemitteln in Klimaanlagen bis zum Jahr 2030 auf etwa ein Fünftel der heutigen Mengen.
Die Messung der Energieeffizienz bei Split-Klimageräten
Die Effizienz von Klimageräten wird meistens über die beiden Werte SEER und SCOP ausgewiesen. SEER bedeutet “Seasonal Energy Efficiency Ratio” und SCOP bedeutet “Seasonal Coefficient of Performance”. Für die Ermittlung der Werte werden statt nur einer Normtemperatur bei den früheren Messverfahren EER / COP mehrere unterschiedliche Temperaturen zugrunde gelegt. Deshalb sind diese Werte über ein ganzes Jahr gesehen sehr aussagekräftig.
So zeigt zum Beispiel beim Modell Climate 9000i von Bosch ein SCOP Wert von 5,1, dass durch 1 kW zugeführte Leistung im Jahresdurchschnitt 5,1 kW nutzbare Heizleistung erzielt wird.
Der SEER-Wert erklärt zum Beispiel bei einer Größe von 8,5, dass durch 1 kW zugeführte Leistung im Jahresdurchschnitt 8,5 kW nutzbare Kühlleistung erzielt wird.
Eine Frage der Größe: die Auslegung von Klimasplit-Geräten
Welche Klimaanlage passt zu welcher Raumgröße? Das komplexe Thema kann hier nur angeschnitten werden. Die nachfolgenden Näherungswerte ersetzen nicht eine vollständige Kühllastberechnung. Sie geben aber wichtige Hinweise, um die Ermittlung der Auslegung grundsätzlich zu erleichtern.
Die Kühllast eines Raumes setzt sich aus der inneren und äußeren Kühllast zusammen. Die innere Kühllast umfasst Kühllasten durch Personen, durch elektrische Geräte und durch die Beleuchtung. Die äußere Kühllast umfasst die Strahlungswärme durch Fenster, die Transmissionswärmeleistung durch Dächer, Wände und Fenster und die Lasten durch einströmende Außenluft. Die Berechnung der Kühllast ist in der VDI 2078 festgehalten. Als Faustformel können folgende Werte für die Auslegung einer Singlesplit-Anlage angenommen werden:
Raumgröße in m² x W/m² = Leistung der Anlage in Watt
Beispiel: 30 m² x 60 W/m² = 1.800 W/1,8 kW
Eine Leistung von 60 bis 70 W/m² kann im Standardfall angenommen werden. Sollte der Raum eine höhere Last durch solare Gewinne erreichen (große Fensterflächen) oder es sich um einen schlecht gedämmten Raum handeln, so kann dieser Wert durchaus auch auf 90 bis 120 W/m² angepasst werden.
Für die Auslegung einer Multisplit-Anlage werden folgende Werte angenommen:
Benötigte Leistung im Raum x Anzahl der Räume x 0,8 GF
= Leistung der Anlage in kW
Beispiel: 3 kW x 3 x 0,80 = 7,2 kW
GF steht für den Gleichzeitigkeitsfaktor – damit ist gemeint, dass 80 Prozent der Räume gleichzeitig genutzt werden.
Mit diesen Faustformeln lässt sich die passende Anlage zur Raumgröße einfach ermitteln. Für den Fachberater ist die genaue Ermittlung der tastsächlichen Kühllast über entsprechende Rechenprogramme einfach zu realisieren.
Bild: Bosch
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Singlesplit- und Multisplit-Geräte
Die Singlesplit-Geräte der Bosch Climate 5000 Serie sind in den Größen 2,6, 3,5 und 5,3 kW und die Multisplit-Geräte mit bis zu fünf Inneneinheiten in vier Leistungsgrößen zwischen 5,3 bis 12,3 kW erhältlich. Es können wahlweise wandhängende Inneneinheiten und Deckenkassetten gewählt oder kombiniert werden. Die Geräte sind auch für den gewerblichen Bereich geeignet. Die Climate 5000 kann selbst bei einer Außentemperatur von -15 °C kühlen. Das ist gerade bei Serverräumen ein Vorteil, denn hier muss auch im Winter die Abwärme der Computer abgeführt werden.
Der Temperaturfühler an der Inneneinheit wird durch das Bedienen der Follow-me-Taste an der Fernbedienung außer Betrieb gesetzt und die Fernbedienung übernimmt die Messfunktion. So kann gewährleistet werden, dass an einem bestimmten Punkt im Raum die gewünschte Temperatur erreicht wird. Der Kompressor arbeitet in einem kleinen Modulationsbereich und die Inneneinheit reduziert den Geräuschpegel für einen leiseren Raumbetrieb.
Die Produktlinien Climate 6000i, 8000i und 9000i sind als Singlesplit-Geräte erhältlich und werden in den Leistungsgrößen 2,5 kW und 3,5 kW angeboten (9000i nur in 3,5 kW). Gerade zum Kühlen ist eine Bedienlösung mittels App vorteilhaft: Der Kunde kann z. B. von der Arbeit aus oder von unterwegs die gewünschte Raumtemperatur einstellen. Über die HomeCom Easy App lassen sich die meisten Funktionen wie Ein-/Ausschalten, Soll-Temperatur, Temperaturanzeige und verschiedene Betriebsmodi der Split-Klimaanlagen von Bosch bequem über das Smartphone oder Tablet steuern. (ab Q3/2020)
Besondere Eigenschaften und Funktionen Bosch Climate 8000i
Der Coanda-Effekt ermöglicht die kontrollierte Führung des kühlen Luftstroms an der Decke und des warmen Luftstroms entlang des Fußbodens. Unangenehme Luftzüge werden vermieden. Bei einem geeigneten Montageort können durch die Multi Space-Funktion gleich mehrere Räume gekühlt werden. In diesem Modus verändert sich die Position der Luftgitter so, dass ein möglichst langer Luftstrom entsteht, um mehrere Räume auf die gewünschte Temperatur zu bringen. Im Multi Space-Modus wird die Gebläsedrehzahl innerhalb der ersten 15 Minuten erhöht, um den Luftstrom zu erzeugen. Nach 15 Minuten schaltet die Inneneinheit zurück auf eine normale
Drehzahl.
Besondere Eigenschaften und Funktionen Bosch Climate 9000i
Intelligent Eye ist ein intelligenter Bewegungssensor, der die Anwesenheit von Personen im Raum erkennt. Er steuert die gekühlte Luft so, dass sie die Person erreicht, die am weitesten vom Gerät entfernt ist. Sollte innerhalb einer Stunde keine Person im Raum erkannt werden, reduziert die Inneneinheit die Leistung. Für optimale Luftverteilung im Raum sorgt die Ultra Wide Airflow Funktion: Die horizontalen Luftgitter der Inneneinheit können dabei bis zu 180° geöffnet werden. Durch zwei sich in der Inneneinheit befindende Motoren wird der Luftstrom gleichzeitig in zwei Richtungen geführt und sorgt so für eine gleichmäßige Kühlung im Raum.
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