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Split-Klimagerät

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Definition: ein Klimagerät, welches aus einem Innen- und einem Außenteil besteht, die über Kältemittelleitungen miteinander verbunden sind

Englisch: split air conditioning device

Kategorien: Haustechnik, Kernenergie, Wärme und Kälte

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 25.07.2016; letzte Änderung: 23.09.2016

Dieser Artikel ist auch geeignet als ein Ratgeber für alle, die erwägen, ein Split-Klimagerät anzuschaffen. Sie erfahren hier nicht nur, wie diese Geräte funktionieren, sondern auch, worauf man bei der Auswahl und Demontage eines Geräts achten sollte, wie man den Stromverbrauch minimiert etc.
Lesen Sie auch unseren ausführlichen Ratgeber zu Klimaanlagen und Klimageräten!

Ein Split-Klimagerät ist ein Gerät, mit dem sich die Luft in einem Raum kühlen lässt. Es besteht aus einem Innengerät (Abbildung 3), welches beispielsweise an einer Wand im Raum befestigt ist, und einem Außengerät (Abbildung 2), welches z. B. an der Außenseite derselben Wand montiert ist. (Ein Kompakt-Klimagerät, welches in eine Wand eingebaut wird, gilt nicht als Split-Gerät.) Das Innengerät kann auch als Deckenkassette ausgeführt sein. Der Begriff “Split” bezieht sich auf die Aufteilung des Geräts in die genannten zwei Teile – im Gegensatz zu einem “Monoblock-Gerät”, wo sich die ganze Technik in einem Gehäuse befindet. Mit “Monosplit” ist gemeint, dass nur ein Innengerät dazugehört; das ist also der Gegenbegriff zu “Multi-Split”.

Mit einem Split-Klimagerät lässt sich eine dezentrale Einzelraum-Klimaanlage realisieren; es wird also nur jeweils ein Raum gekühlt, z. B. ein Wohnraum oder ein Büro. (Nur begrenzt können durch offene Türen andere Räume mit gekühlt werden.) Es gibt aber auch sogenannte Multi-Split-Geräte, bei denen mehrere Innengeräte mit einem entsprechend leistungsfähigeren Außengerät verbunden werden; dies kann deutlich ökonomischer sein als die Verwendung mehrerer Einfach-Split-Geräte. Leider ist die Gefahr von Kältemittel-Leckagen bei Anlagen mit weitverzweigten Leitungen entsprechend größer, zumal bei einer Dekade auch eine größere Menge von klimaschädlichem Kältemittel in die Umwelt gelangen kann.

Funktionsprinzip

Das Split-Gerät als Ganzes funktioniert als eine Kaltdampf-Kompressionskältemaschine ähnlich der in einem Kühlschrank. Das Innengerät enthält den Verdampfer, in dem das Kältemittel bei niedrigem Druck verdampft und sich dabei stark abkühlt (weil die Verdampfungswärme dabei aufgewandt werden muss). Über einen Wärmeübertrager kann die entstehende Kälte auf die Raumluft übertragen werden, die mit einem Ventilator durch den genannten Wärmeübertrager befördert wird. In der Regel arbeiten die Geräte nach dem Umluft-Prinzip, d. h. sie saugen Raumluft an und geben diese abgekühlt wieder in denselben Raum ab. Es erfolgt also normalerweise keine Belüftung des Raums; für diese muss separat gesorgt werden – außer bei speziellen Geräten mit Lüftungsfunktion.

Split-Klimagerät

Abbildung 1: Aufbau eines Split-Klimageräts. Die beiden Kältemittelleitungen zwischen Innen- und Außengerät liegen typischerweise innerhalb eines Schlauchs, der auch elektrische Leitungen enthalten kann. Der tatsächliche Aufbau kann ein wenig komplizierter sein, z. B. wenn noch ein Economiser verwendet wird.

Es wäre im Prinzip auch möglich, Außenluft anzusaugen und diese abgekühlt in den Raum zu drücken, jedoch wäre die für eine effektive Kühlung benötigte Luftmenge in der Regel weitaus größer, als für die Belüftung benötigt würde, d. h. die entstehende Luftwechselrate wäre viel zu hoch. Damit wäre dann auch ein sehr hoher Energieverbrauch verbunden. Deswegen werden Geräte mit integrierter Lüftungsfunktion meist so ausgeführt, dass der größte Teil der Kälteleistung auf Umluft (also auf angesaugte Raumluft) übertragen und nur ein kleinerer Teil von Frischluft zugegeben wird.

Der niedrige Druck des Kältemittels im Verdampfer entsteht dadurch, dass das verdampfte Kältemittel von einem Kompressor (Kältemittelverdichter, meist im Außengerät) angesogen und in den Kondensator gedrückt wird, wo es trotz der dort meist höheren Temperatur kondensiert. Dabei wird die vorher aufgenommene Verdampfungswärme als Kondensationswärme wieder frei und muss abgeführt werden. Der Kondensator befindet sich im Außengerät und wird in der Regel mithilfe eines zweiten Ventilator mithilfe von Außenluft gekühlt. (Je effektiver diese Kühlung ist, desto effizienter kann das Gerät arbeiten.)

Durch ein Drosselventil (u. U. ein elektronisch geregeltes Einspritzventil), welches einen schnellen Druckausgleich zwischen Verdampfer und Kondensator verhindert, fließt das Kältemittel in flüssiger Form wieder zurück zum Verdampfer. Bis zum Drosselventil liegt seine Temperatur ungefähr bei der Außentemperatur, d. h. häufig auch oberhalb der Raumtemperatur, jedoch erfolgt beim späteren Verdampfen dann wieder eine starke Abkühlung.

Dass sich der Kompressor im Außengerät befindet, hat Vorteile.

Günstig ist bei dieser Bauart, dass die Abwärme des Kompressors nicht in den zu kühlenden Raum gerät. Auch die Schallemissionen des Kompressors und des zugehörigen Ventilators wirken sich außen meist wesentlich weniger störend aus als im Innenraum. Im Innengerät befindet sich als einzige Schallquelle ein Ventilator (meist ein Tangentiallüfter) für die Beförderung der Raumluft durch den Wärmeübertrager am Verdampfer. Dieser Ventilator soll möglichst leise arbeiten; häufig kann auch seine Drehzahl entweder vom Benutzer beeinflusst oder entsprechend der jeweiligen Betriebsbedingungen automatisch variiert werden; dies gilt vor allem für leistungsgeregelte Geräte (siehe unten).

Benötigte Kälteleistung

Eine wichtige Frage vor der Anschaffung eines solchen Geräts ist, eine wie hohe Kälteleistung man für den betreffenden Raum benötigt. Als Anhaltspunkt wird bei den Geräten häufig angegeben, für wie große Räume sie geeignet sind – wobei aber die Raumgröße sehr wenig über den Kühlungsbedarf aussagt; viel wichtiger sind Fenster und die Wärmedämmung des Dachs. In einem ungünstigen Fall kann es z. B. so aussehen:

Unter ungünstigen Umständen kann in einem Büroraum eine Wärmelast von etlichen Kilowatt entstehen – vor allem durch unzureichenden Sonnenschutz!

Mit einer gesamten Wärmelast von z. B. 6 kW ist ein übliches Split-Gerät oft schon überfordert; man braucht dann also schon ein relativ starkes Gerät, und dieses wird selbst bei Einsatz effizienter Technik ziemlich viel elektrische Energie benötigen – mehrere Kilowattstunden an einem heißen Sommertag, was nicht viel weniger ist als der gesamte Verbrauch eines typischen Einfamilienhauses in 24 Stunden.

In einem günstigeren Fall dagegen kommt man mit weit weniger aus:

Man braucht also (bei gleicher Bürofläche) weniger als 1 kW Kälteleistung, was auch ein kleineres Split-Gerät mit z. B. 2,5 kW selbst im effizienten Teillastbetrieb leicht bewältigen kann. Der Stromverbrauch dürfte dann auch an einem heißen Sommertag nicht viel mehr als 1 kWh für einen stark verbesserten Komfort betragen. Vielleicht ist nicht einmal dies notwendig, wenn massive Bauelemente (gemauerte Wände, Betondecke) als Wärmespeicher dienen und durch morgendliches Lüften die Temperatur so weit wie möglich abgesenkt wird. Ein paar Kilowattstunden Wärme im Laufe des Tages werden dann zu keinem massiven Temperaturanstieg führen, so dass man sogar ohne technische Klimatisierung auskommt.

Einbau und Demontage

Vor einer solchen Anschaffung sollte eine sachkundige und neutrale Beratung erfolgen. Vielleicht ist ja sogar der Einbau unnötig, wenn das Wärmeproblem anders besser gelöst werden kann! Beispielsweise sollte ein Klimagerät niemals als Ersatz für mangelnden Sonnenschutz eingesetzt werden.

Für den Einbau und die Inbetriebnahme eines Split-Klimageräts braucht man einen hierfür zertifizierten Handwerksbetrieb; dies ist keine Angelegenheit für Hobbybastler. Natürlich sollte der Auftrag für die Installation auch erst nach einer sachkundigen Beratung erfolgen, die die jeweiligen Umstände sinnvoll berücksichtigt. Beispielsweise sollte zuerst geprüft werden, ob eine Klimatisierung durch andere Maßnahmen (z. B. durch einen verbesserten Sonnenschutz oder effizientere Elektrogeräte) vermieden werden könnte – was unter Umständen auch hohe Kosten spart. (An diesem Punkt wird ein Klimatechnik-Betrieb freilich nicht unbedingt unbefangen urteilen können, weswegen ein neutraler Energieberater hier oft eine geeignetere Ansprechperson wäre.) Auch eine vernünftige Abschätzung der benötigten Kühlleistung ist nötig; es wäre unsinnig, entweder ein zu schwaches oder auch ein viel zu groß dimensioniertes Gerät einzusetzen. Allerdings ist eine moderate Überdimensionierung bei modernen leistungsgeregelten Geräten nicht nachteilig (siehe unten).

Außengerät eines Split-Klimageräts

Abbildung 2: Außengerät eines größeren Split-Klimageräts – trotz seiner Installation ca. in 2005 bereits mit Inverter-Technik.

Häufig erfolgt der Einbau an einer Außenwand (oder am Boden direkt neben dem Haus, siehe Abbildung 2) nach Durchführung einer Kernbohrung. Wo eine Wärmedämmung vorhanden ist, müssen eventuell zusätzliche Aspekte beachtet werden, z. B. die Bewahrung der Funktion einer evtl. vorhandenen Dampfsperre sowie die Montage des Außengeräts mit ausreichender Stabilität und möglichst ohne Schaffung einer schwerwiegenden Wärmebrücke. Idealerweise wird das Außengerät an einer Stelle angebracht, wo es nie oder selten direkt von der Sonne beschienen wird, also z. B. an der Nordfassade; dort kann es auch möglichst kühle Luft ansaugen.

Bei Räumen im Dachgeschoss kommt auch eine Aufstellung des Außengeräts auf dem Dach (einem Schrägdach oder Flachdach) infrage. Hier sollte ein Dachdecker beteiligt werden, damit alle wesentlichen Funktionen des Daches – z. B. Schutz vor eindringendem Regenwasser, Wärmedämmung, Schutz der Dämmung vor feuchter Raumluft etc. – erhalten bleiben.

Für den Fall eines Defekts, bei dem schmierölhaltiges Kältemittel austritt, ist es in der Regel nötig, eine entsprechende Auffangvorrichtung für das Öl (mit einem Ölabscheider) anzubringen. Sonst kann eine Umweltgefährdung und u. U. ein schmerzhaft teurer Haftungsfall entstehen.

Der Einbau eines Split-Geräts ist keine Angelegenheit für Hobbybastler! Wenn bei der Arbeit mit der Kältemittelleitung gepfuscht wird, kann daraus eine erhebliche Klimaschädigung resultieren!

Die Montage der Kältemittelleitungen sollte immer mit großer Sorgfalt geschehen. Die heute eingesetzten Kältemittel sind nämlich zwar kaum mehr ozonschädlich, jedoch häufig sehr stark klimaschädlich. Wenn also durch ein Leck einer solchen Leitung die Füllung des Geräts in die Atmosphäre verdampft, entsteht dadurch eine erhebliche klimaschädliche Wirkung – schon bei einem kleinen Gerät vergleichbar mit mehr als 10 000 km Autofahren.

Ähnliche Aspekte sind natürlich später auch bei der Demontage zu beachten. Das Kältemittel des zu demontierenden Geräts muss unbedingt vollständig abgesaugt werden, damit es nicht in die Atmosphäre gerät. Löcher, die beispielsweise für die Kältemittelleitung geschaffen wurden, müssen wieder angemessen abgedichtet werden.

Entfeuchtung der Luft

Wenn die Raumluft im Innengerät abgekühlt wird, kann sie weniger Wasserdampf aufnehmen; somit steigt die relative Luftfeuchtigkeit an. Häufig wird der Taupunkt am Wärmeübertrager des Verdampfers unterschritten, sodass dort Kondenswasser entsteht. Dieses wird dann über einen Schlauch in der Regel nach außen abgeführt; unter Umständen wird es zur Unterstützung der Kühlung des Kondensators verwendet, d. h. dort wieder verdampft. Manche Geräte verfügen über eine Kondensatpumpe (oder können damit nachgerüstet werden), um das Kondenswasser auch nach oben befördern zu können.

Die Bildung und Abfuhr von Kondenswasser führt zu einer gewissen Entfeuchtung der Raumluft. Dies kann an schwülen Tagen dem Komfort durchaus zugute kommen, da die Temperaturregulation des menschlichen Körpers bei zu hoher Luftfeuchtigkeit beeinträchtigt ist; es gibt dann nur noch einen relativ schmalen Temperaturbereich, in dem man sich wohlfühlt, und dieser verschiebt sich bereits bei leichter körperlicher Anstrengung deutlich nach unten. In der Regel sollte die Entfeuchtung der Luft nicht so stark sein, dass eine aus gesundheitlicher Sicht zu niedrige Luftfeuchtigkeit entsteht.

Eine gewisse Entfeuchtung der Raumluft ist oft willkommen, benötigt aber leider zusätzliche Antriebsenergie.

Durch die Entfeuchtung entsteht ein gewisser Mehrbedarf an Antriebsenergie, da beim Kondensieren des Wasserdampfs die relativ hohe Kondensationswärme des Wassers freigesetzt wird, was die Kühlleistung verringert bzw. eine entsprechend höhere Kompressorleistung erfordert. Dies ist ein weiterer Grund dafür, dass unnötig hohe Luftwechselraten in klimatisierten Räumen vermieden werden sollten. Bei normalen Luftwechselraten ist dieser Effekt aber nicht allzu stark.

Der Grad der Entfeuchtung lässt sich über die Kälteleistung und die Ventilatordrehzahl des Innengeräts gezielt beeinflussen, etwa abhängig von der gemessenen Luftfeuchtigkeit. (Bei voller Kälteleistung und reduzierter Ventilatordrehzahl wäre die Entfeuchtung am stärksten.) Allerdings arbeiten die Geräte üblicherweise nicht mit einer geregelten Entfeuchtung, sondern stellen die genannten Parameter gemäß der Raumtemperatur ein, ohne die Luftfeuchtigkeit zu beachten. Die Entfeuchtungswirkung nimmt prinzipbedingt bei zunehmender Luftfeuchtigkeit zu, ohne dass man sie aktiv regelt.

Wo nur eine Entfeuchtung, aber nicht eine Kühlung der Raumluft gefordert ist, kann ein Luftentfeuchter eingesetzt werden. Eine Kombination beider Geräte zwecks Kühlung mit stärkerer Entfeuchtung wäre auch möglich, aber der Luftentfeuchter gibt Wärme an den Raum ab, die dann vom Klimagerät zusätzlich entfernt werden muss. In der Regel genügt ohnehin die Entfeuchtung durch das Klimagerät.

Probleme mit Zugluft und Temperaturschichtungen

Die Platzierung des Geräts sollte gut überlegt sein, um unangenehme Zuglufterscheinungen und Temperaturschichtungen im Raum zu vermeiden.

Bereits bei Klimatisierung eines nicht allzu großen Raums wird häufig eine Kühlleistung von z. B. 2 bis 3 kW eingesetzt. Um diese effektiv auf die Raumluft zu übertragen, ist ein relativ hoher Luftdurchsatz am Innengerät nötig (einige hundert Kubikmeter pro Stunde) – weitaus mehr als am Lufteinlass einer Lüftungsanlage. Dies kann zu unangenehmen Zugerscheinungen führen, wenn das Innengerät die Luft aus zu geringer Entfernung auf Personen im Raum bläst. Manche Geräte bieten die Möglichkeit, die Richtung des Luftstroms einzustellen. Wichtig ist aber vor allem die Montage des Innengeräts an einem geeigneten Ort: hoch genug im Raum und weit genug entfernt von den Orten, wo sich häufig Personen aufhalten.

Innengerät eines Split-Klimageräts

Abbildung 3: Innengerät eines Split-Klimageräts, an der Decke montiert. Die vordere Blende öffnet sich im Betrieb, wird also zum Luftauslass.

Ein weiteres mögliches Problem ist eine unangenehme Temperaturschichtung im Raum. Vor allem, wenn ein Klimagerät zu tief im Raum montiert ist und/oder nach unten bläst, kann dies zur Bildung eines Kaltluftsees im unteren Bereich des Raums führen, während unter der Decke wesentlich wärmere Luft hängt. Diese Temperaturschichtung kann relativ stabil sein, da wärmere Luft eine niedrigere Dichte hat und deswegen tendenziell aufsteigt. Unangenehm sind dann die erheblichen Temperaturunterschiede; außerdem strahlt eine warme Decke noch relativ viel Wärmestrahlung ab.

Um die genannten Probleme zu vermeiden, sollte das Innengerät hoch genug im Raum montiert werden, also nicht zu weit unterhalb der Decke. Dies muss kein Problem für die Bedienung sein, wenn das Gerät ohnehin über eine Fernbedienung verfügt (kabellos oder mit separatem Steuergerät an der Wand).

Übrigens gibt es Möglichkeiten der Klimatisierung praktisch ohne Zugluftprobleme – beispielsweise Kühldecken, wo keinerlei Ventilatoren eingesetzt werden. Hier ist jedoch der Einbau wesentlich aufwendiger als bei einem Split-Gerät.

Heizfunktion

Klimageräte mit Heizfunktion arbeiten normalerweise als Wärmepumpen, nicht etwa als Elektroheizung.

Manche Split-Klimageräte können auch zum Heizen verwendet werden; sie fungieren dann als Warmluftheizung. Hierfür wird die Richtung, in der der Kompressor das Kältemittel fördert, z. B. mithilfe von zwei Vierwege-Ventilen umgekehrt. Somit geschieht nun die Verdampfung im Außengerät, die Kondensation dagegen im Innengerät. Das Gerät arbeitet dann als eine Luft/Luft-Wärmepumpe. Dies bedeutet, dass das Gerät der Außenluft Wärme entzieht und nach innen bringt. Der Stromverbrauch hierfür ist weitaus geringer als bei der Erzeugung von Elektrowärme wie z. B. in einem Heizlüfter.

Unter Umständen kann ein Raum allein mit einem solchen Klimagerät beheizt werden. Hierfür muss allerdings die Heizleistung auch an den kältesten Tagen ausreichend hoch sein. Wie bei Luft/Wasser-Wärmepumpen nimmt die Leistungszahl des Geräts allerdings bei niedrigen Außentemperaturen erheblich ab, sodass sowohl die Heizleistung als auch die Energieeffizienz beeinträchtigt sind. Manche Geräte verweigern auch den Einsatz zum Heizen unterhalb einer gewissen Außentemperatur (z. B. −15 °C). Unter Umständen ist ein Elektroheizstab enthalten, der das Heizen auch bei niedrigen Außentemperaturen erlaubt, allerdings aus energetischer Sicht sehr ungünstig ist.

Soll man das Klimagerät wirklich zum Heizen verwenden oder nicht besser die Zentralheizung?

Häufig werden Geräte mit Heizfunktion in Räumen betrieben, die auch über eine reguläre Zentralheizung verfügen. Es stellt sich dann die Frage, ob die Verwendung des Geräts sinnvoll ist oder man besser nur die Zentralheizung verwendet. Dies hängt natürlich von mehreren Faktoren ab: von der Qualität des Klimageräts, von der Außentemperatur sowie von der Energieeffizienz der Zentralheizung. An relativ milden Wintertagen kann die Verwendung des Klimageräts zum Heizen durchaus sinnvoller sein als die Verwendung nur der Zentralheizung; wenn ein Klimagerät beispielsweise mit einer Leistungszahl von 5 heizen kann, erfordert seine Verwendung erheblich weniger Primärenergie als z. B. eine Gasheizung. An sehr kalten Tagen dagegen wird die Zentralheizung in der Regel effizienter sein, außer wenn es sich um eine Elektroheizung handelt. Natürlich hat man auch die typischen Nachteile der Warmluftheizung, insbesondere die relativ starke Luftumwälzung, die unter Umständen stört.

Grundsätzlich sinnvoll ist der Einsatz solcher Geräte für den Frostschutz bei Abwesenheit, vorausgesetzt dass das Gerät bei genügend tiefen Temperaturen noch arbeiten kann. Hier geht es um relativ geringe Wärmemengen, und die Leistungszahl dürfte selbst bei niedrigen Außentemperaturen noch ordentlich hoch sein, wenn die Raumtemperatur z. B. nur auf 8 °C gehalten werden muss.

Leider ist die optimale Platzierung eines Klimageräts im Raum für die Heizfunktion nicht unbedingt dieselbe wie für die Kühlfunktion. Gerade ein hoch angebrachtes Klimagerät könnte im Heizbetrieb einen Warmluftsee unter der Decke bilden, während die Luft in Bodennähe relativ kalt bleibt. Um dies zu vermeiden, müsste man den erzeugten Luftstrom nach unten richten, wo er allerdings eher störend sein könnte.

Regelung der Kühl- bzw. Heizleistung

Einfache Split-Klimageräte haben einen nicht leistungsgeregelten Kompressor (Verdichter). Um die Kühl- bzw. Heizleistung dennoch an den jeweiligen Bedarf anzupassen, verwendet man dann in der Regel einen Thermostaten, der den Kompressor je nach Bedarf ein- oder ausschaltet; man realisiert also einen sogenannten Taktbetrieb. Diese technisch simple Lösung ist allerdings aus mehreren Gründen ziemlich ungünstig:

Der Taktbetrieb hat etliche Nachteile bezüglich Energieverbrauch, Komfort und Lebensdauer des Geräts.

Die Leistungsregelung eines Klimageräts – mit einem leistungsgeregelten Kompressor, nicht etwa mit Taktbetrieb – ist für eine hohe Energieeffizienz sehr wichtig und hat noch mehrere zusätzliche Vorteile. Solche Inverter-Geräte entsprechen heute dem Stand der Technik.

Aus den genannten Gründen verfügen gute Geräte über einen leistungsgeregelten Kompressor (Verdichter). Dies wird in der Regel so realisiert, dass die Drehzahl des Elektromotors, welcher den Kompressor antreibt, mithilfe einer geeigneten Elektronik variiert werden kann; die minimale Drehzahl ist ein gewisser Bruchteil der maximalen Drehzahl. Meist enthält diese Elektronik einen sogenannten Inverter (Umrichter), weswegen diese Geräte als Inverter-Klimageräte bezeichnet werden. Dieser Begriff hat nichts mit einer Kühl- und Heizfunktion des Geräts zu tun; es geht also nicht etwa um eine Inversion der Richtung, in der die Wärme befördert wird (die Betriebsumkehr). Vielmehr bezieht sich der Begriff “Inverter” auf die Kontrolle der elektrischen Stromrichtung. Das kann beispielsweise so funktionieren, dass aus dem Wechselstrom oder Drehstrom vom Stromnetz zunächst mit einem Gleichrichter Gleichstrom erzeugt wird, und dieser wird mit einem Wechselrichter zu Wechsel- oder Drehstrom zum Antrieb des Elektromotors umgeformt, wobei die Frequenz dieses Stroms häufig an die jeweilige Drehzahl gekoppelt ist. Der Inverter ist in solchen Fällen also ein Frequenzumrichter. Er verursacht zwar gewisse Energieverluste, jedoch sind diese klein im Vergleich zu den energetischen Vorteilen.

Wegen des variablen Kältemittelstroms bei solchen leistungsgeregelten Geräten spricht man auch von VRF-Technik (engl. variable refrigerant flow), insbesondere im Zusammenhang mit Multi-Split-Anlagen. Hier ist es natürlich besonders wichtig, dass der Kompressor abhängig von der Anzahl der jeweils betriebenen Innengeräte mit angemessener Leistung arbeiten kann.

Warum genau ist die Leistungsregelung energetisch günstig?

Es ist offenkundig, dass Verschleiß und Temperaturschwankungen bei einem leistungsgeregelten Gerät geringer sind und dass ein häufig mit reduzierter Leistung laufendes Gerät akustisch deutlich weniger störend ist als eines, in welchem der Kompressor abwechselnd mit voller Leistung und gar nicht läuft. Die wesentlich verbesserte Energieeffizienz im in der Praxis sehr häufigen Teillastbetrieb, die sich in einem entsprechend reduzierten Verbrauch von elektrischer Antriebsenergie äußert (und zwar im Heiz- und Kühlbetrieb), lässt sich wie folgt verstehen. Durch die reduzierten Wärmeleistungen, die im Verdampfer und Kondensator übertragen werden müssen, werden auch die Temperaturdifferenzen zwischen Raumluft und Kältemittel im Verdampfer sowie zwischen Außenluft und Kältemittel im Kondensator entsprechend geringer. Dadurch wird die Differenz von Kondensator- und Verdampfertemperatur reduziert; sie liegt also näher bei der Differenz von Außen- und Innentemperatur der Luft. Die Kältemaschine muss also effektiv gegen eine geringere Temperaturdifferenz arbeiten und wird dadurch entsprechend effizienter. Häufig wird auch die Drehzahl der beiden Ventilatoren im Teillastbereich reduziert – allerdings idealerweise nicht so stark, dass der oben beschriebene Vorteil bezüglich der Betriebstemperaturen zunichte gemacht würde.

Eine moderate Überdimensionierung ist bei leistungsgeregelten Geräten nicht schädlich.

Übrigens muss eine Überdimensionierung des Geräts nicht unbedingt energetisch nachteilig sein, wenn es sich um ein leistungsgeregeltes Gerät handelt. Schließlich sind die Geräte im Teillastbetrieb meist sogar wesentlich effizienter als bei Volllast. Erst eine starke Überdimensionierung könnte u. U. schädlich sein, z. B. weil dann oft selbst die niedrigste mögliche Drehzahl für den Dauerbetrieb zu hoch wäre. Für nicht leistungsgeregelte Geräte gilt diese Aussage jedoch nicht!

Gerade ein leistungsgeregeltes Gerät sollte man natürlich auch nicht von Hand erst einschalten, wenn der Raum bereits völlig überhitzt ist, und nach der ersten Abkühlung wieder ausschalten. Vielmehr sollte man von dem energieeffizienten Teillastbetrieb profitieren, indem man das Gerät seinen Einsatz selbstständig regeln lässt.

Steuerung

Eine niedrigere Solltemperatur im Kühlbetrieb erhöht den Energieaufwand überproportional!

Grundsätzlich erfolgt eine Temperaturregelung – sei es mit einem leistungsgeregelten Gerät oder bei einem altmodischen Gerät mit Taktbetrieb – immer mit Vorgabe einer Solltemperatur für den Raum (z. B. 24 °C). Natürlich bewirkt eine unnötig tief gewählte Solltemperatur einen unnötig erhöhten Energieverbrauch, und zwar aus zwei Gründen: Sie verursacht die Entfernung einer höheren Wärmemenge aus dem Raum, und dies gegen eine höhere Temperaturdifferenz, d. h. mit geringerer Effizienz der Kältemaschine. Jedes zusätzliche Grad an Kühlung erfordert also einen überproportionalen Energieaufwand. (Dasselbe gilt umgekehrt auch im Heizbetrieb.)

Man beachte, dass im Raum oft eine gewisse Temperaturschichtung auftritt. Knapp unterhalb der Decke, wo das Gerät üblicherweise die Luft ansaugt, ist sie am wärmsten, weiter unten dagegen etwas kühler. Dies bedeutet, dass eine tendenziell etwas höhere Solltemperatur eingestellt werden sollte.

Split-Klimageräte bieten meist verschiedene Betriebsarten (Modi) an:

Die meisten Geräte können zumindest kühlen oder nur als Ventilator arbeiten; manche können auch vorwiegend trocknen oder heizen.

Manche modernen Geräte erlauben auch die Einstellung eines Tages- oder Wochenprogramms mit einer digitalen Zeitschaltuhr. Damit können für einzelne Zeiten unterschiedliche Solltemperaturen bestimmt werden, und das Gerät kann zu bestimmten Zeiten (z. B. auch an Wochenenden) inaktiv bleiben. Hier ist es zumindest bei leistungsgeregelten Geräten durchaus sinnvoll, die Kühlung deutlich vor der Tageszeit zu aktivieren, zu der ein Raum bereits erheblich aufgeheizt sein könnte; dann kann das Gerät nämlich im sparsameren und leiseren Teillastbetrieb starten (und bei niedrigeren Außentemperaturen), anstatt zunächst eine Weile mit Volllast arbeiten zu müssen. Grundsätzlich ist es aus diesem Grund besser, keine rapiden Temperatursenkungen vorzuprogrammieren.

Die mikroprozessorgesteuerte Elektronik verfügt heutzutage meist über eine gewisse “Intelligenz”. Beispielsweise kann sie nach der Beendigung des Kühlbetriebs den Ventilator noch für eine Weile auf niedriger Stufe laufen lassen, damit das Kondenswasser im Verdampfer nicht für lange Zeit stehen bleibt. Außerdem kann sie den Betrieb unter unsinnigen Umständen (z. B. Heizbetrieb bei extrem niedrigen Außentemperaturen) verhindern. Gewisse Störungen können erkannt und gemeldet werden, um den Weiterbetrieb eines defekten Geräts zu verhindern.

Bei manchen Anwendungen (z. B. in Seminarräumen) kann es sinnvoll sein, wenn das Gerät über einen Bewegungsmelder erkennen kann, ob der klimatisierte Raum überhaupt belegt ist; wenn nicht, kann eine etwas höhere Temperatur toleriert werden. Manche Geräte erlauben auch die Steuerung über ein Smartphone – eventuell auch über das Internet, beispielsweise um das Gerät aus der Ferne ein- oder abschalten zu können.

Energieeffizienz

Effizienz im Kühlbetrieb

Konsumenten können mithilfe der heute auf EU-Energielabels angegebenen SEER-Werte sehr einfach verschiedene Geräte im Hinblick auf ihre Energieeffizienz vergleichen.

Die Energieeffizienz eines Kühlgeräts unter gegebenen Umständen (bzgl. Innentemperatur, Außentemperatur, benötigte Kälteleistung) lässt sich durch das sogenannte Energy Efficiency Ratio (EER) quantifizieren; dies ist die abgegebene Kälteleistung dividiert durch die aufgenommene elektrische Leistung. Früher wurde das EER eines Klimageräts unter genormten Bedingungen (z. B. 27 °C Raumtemperatur, 35 °C Außentemperatur, volle Kühlleistung) ermittelt, aber diese Zahl war für den Praxiseinsatz wenig aussagekräftig. Heute bestimmt man deswegen das sogenannte Seasonal Energy Efficiency Ratio (SEER), welches grob gesagt ein Mittelwert der EER-Werte unter verschiedenen typischen Umständen ist; Details finden sich im Artikel über das Energy Efficiency Ratio. Auch wenn die Ermittlung von SEER-Werten relativ kompliziert ist, sind sie für die Konsumenten sehr einfach einzusetzen: Am höchsten SEER-Wert (angegeben auf dem EU-Energielabel) erkennt man ziemlich zuverlässig das energieeffizienteste Gerät. (Für Monoblockgeräte, also eine andere Bauart als Split-Geräte, gilt dies leider nicht unbedingt, siehe unten.)

Wer heute ein Klimagerät möchte, welches energetisch dem Stand der Technik entspricht, verlangt einen SEER-Wert oberhalb von 8. Damit bekommt man praktisch zwangsläufig ein Inverter-Gerät, was auch nicht-energetische Vorteile hat.

Die besten Split-Klimageräte weisen heute (Stand 2016) SEER-Werte oberhalb von 8 auf. Dies bedeutet also, dass z. B. 1 kW Kühlleistung im Durchschnitt mit höchstens 125 W elektrischer Leistung erzeugt werden können. Eine solch hohe Energieeffizienz ist praktisch nur mit Inverter-Technik möglich (und selbst bei diesen normalerweise nicht bei Volllast). Geräte mit Taktbetrieb, die heute nicht mehr dem Stand der Technik entsprechen, haben erheblich tiefere SEER-Werte von z. B. 5, so dass 1 kW Kälteleistung 200 W elektrische Leistung erfordert. Seit 2014 wird für neue Geräte in der EU ein SEER von mindestens 4,6 verlangt (außer bei Geräten mit einem Kältemittel geringer Klimaschädlichkeit); ältere Geräte sind teils noch wesentlich schlechter.

Mit einem noch so energieeffizienten Klimagerät kann man nicht effizient kühlen, wenn man unnötig hohe Wärmelasten im Raum hat! Ein guter baulicher Wärmeschutz sollte immer vor der Klimatisierung kommen.

Es sollte beachtet werden, dass ein energieeffizienter Einsatz eines Klimageräts natürlich auch voraussetzt, dass unnötige Wärmelasten vermieden werden. Insbesondere sollte immer zuerst einmal ein wirksamer Sonnenschutz installiert werden. Ebenso sollten unnötige innere Wärmequellen – z. B. ineffiziente Elektrogeräte – vermieden werden. Am Morgen eines heißen Tags ist die Außenluft oft noch relativ kühl, sodass durch gründliches Lüften des Raums die Temperatur ohne Energieaufwand deutlich abgesenkt werden kann. Schließlich sollte das Lüften eines klimatisierten Raums (d. h. bei eingeschaltetem Klimagerät) nicht in größerem Umfang als nötig durchgeführt werden; allerdings ist dies kein entscheidender Faktor, solange nicht dauernd Fenster offen stehen.

Richtig ausgewählt und eingesetzt, muss ein Klimagerät für ein Büro keineswegs zwangsläufig ein übler “Stromfresser” sein.

Wenn beispielsweise ein Büro im Dachgeschoss trotz guten Sonnenschutzes und guter Wärmedämmung des Daches im Sommer häufig zu warm wird, muss dies nicht unbedingt eine hohe Wärmelast anzeigen. Räume im Dachgeschoss verfügen oft nur über eine geringe Wärmekapazität als Folge leichter Baumaterialien (z. B. Rigips-Wände und Holzboden). Dann führt nämlich bereits ein geringer Wärmeeintrag zu einer stetigen Aufheizung im Laufe eines heißen Tages. Dieses Problem kann aber mithilfe eines effizienten Split-Klimageräts mit moderatem Energieaufwand gelöst werden. Über das Jahr gerechnet bleibt der Aufwand an Primärenergie weit unter dem für die winterliche Beheizung. Trotzdem können sich die Energiekosten – oft mehrere hundert Euro pro Jahr – über etliche Jahre so aufsummieren, dass beispielsweise die Wahl eines billigeren, aber deutlich weniger effizienten Klimageräts zusätzlich zur stärkeren Umweltbelastung auch finanziell zu erheblichen Nachteilen führt.

Effizienz im Heizbetrieb

Der SCOP-Wert ist ein recht verlässlicher Indikator für die Energieeffizienz im Heizbetrieb.

Die Energieeffizienz eines Klimageräts im Heizbetrieb wird nicht vom SEER erfasst, sondern vom COP (Coefficient of Performance). Genauso wie im Kühlbetrieb ist für die Praxis nicht der COP bei ganz bestimmten Bedingungen aussagekräftig, sondern ein Mittelwert, der unterschiedliche typischerweise auftretende Betriebsbedingungen in geeigneter Weise berücksichtigt. Ein solcher Wert ist heute oft verfügbar als ein sogenannter SCOP (Seasonable Coefficient of Performance). Wiederum ist die Bestimmung eines solchen Werts für den Hersteller etwas kompliziert, die Verwendung durch die Konsumenten jedoch sehr simpel: Die Geräte mit dem höchsten SCOP sind für das Heizen am effizientesten. Übrigens werden die SCOP-Werte in der EU für drei verschiedene Klimazonen berechnet; man sollte also jeweils die Werte der Geräte für die eigene Klimazone vergleichen und niemals Werte für unterschiedliche Klimazonen.

Man mag überrascht sein, dass die SCOP-Werte für den Heizbetrieb in der Regel deutlich niedriger sind als die SEER-Werte für den Kühlbetrieb – obwohl die Abwärmeleistung einer Kältemaschine stets höher ist als die Kälteleistung. Dies liegt vor allem daran, dass die betragsmäßige Differenz von Außentemperatur und Innentemperatur im Heizbetrieb meist deutlich höher ist als im Kühlbetrieb: Man beheizt den 20 °C warmen Raum beispielsweise bei −5 °C Außentemperatur, also mit 25 K Temperaturdifferenz, während beim Kühlen der Raum meist um höchstens 10 K kühler ist als die Außenluft. Ein weiterer Grund ist, dass die Abwärme des Kompressors nach außen geht, was im Heizbetrieb nachteilig ist. Die SCOP-Werte moderner und guter Split-Klimageräte z. B. für Deutschland liegen aber immerhin etwa in der Gegend von 4 bis 5. Insofern können diese Geräte mit typischen Wärmepumpenheizungen durchaus konkurrieren – zumindest bei moderaten Außentemperaturen.

Energieverbrauch im abgeschalteten Zustand

Ältere Klimageräte verursachten einen erheblichen Standby-Verbrauch, solange sie nur in Bereitschaft standen, ohne aber zu arbeiten; das konnten etliche Watt sein, die über das Jahr zu einem nennenswerten unnötigen Stromverbrauch führten. Bei neuen Geräten ist der Standby-Verbrauch allerdings durch die EU-Effizienzrichtlinien auf 1 W begrenzt, sodass dieses Problem als weitestgehend gelöst gelten darf.

Häufig arbeiten die Geräte nach der Beendigung des Kühlbetriebs noch für einige Minuten mit langsam laufenden Ventilator zwecks Trocknung des Innengeräts. Dass sie dabei noch einige Watt verbrauchen, bevor sie in den eigentlichen Standby-Betrieb gehen, ist nicht von Bedeutung.

Wartung

Split-Klimageräte benötigen nur selten eine Wartung durch einen Techniker. Jedoch müssen die Benutzer regelmäßig die Luftfilter reinigen – meistens mit einem Staubsauger. Gelegentlich (beispielsweise einmal im Jahr) müssen die Filter auch ausgetauscht werden. Mangelnde Pflege auf dieser Seite kann einerseits die Effektivität der Kühlung beeinträchtigen und andererseits sogar zu einer bedenklichen Verkeimung des Geräts führen.

Kompaktgeräte ohne Außengerät

Es gibt auch Kompakt-Klimageräte, die ähnlich wie das Innengerät eines Split-Geräts an einer Wand befestigt werden können, aber die gesamte Technik enthalten; es werden nur zwei Luftkanäle durch die Wand benötigt, aber kein Außengerät. Dieser technische Ansatz erlaubt im Prinzip die gleiche Funktionalität und kann den Aufwand für die Installation deutlich reduzieren; er dürfte auch zu einem noch geringeren Risiko führen, dass ein Kältemittel-Leck entsteht. Andererseits hat er aber auch Nachteile:

Vergleich mit Kompakt-Raumklimageräten

Verglichen mit einem Kompakt-Raumklimagerät kann ein gutes Split-Gerät mit deutlich weniger als der Hälfte der elektrischen Energie für die gleiche Kühlfunktion auskommen.

Im Vergleich zu mobilen Kompakt-Raumklimageräten (RKG, Monoblock-Geräten) sind selbst ältere Split-Geräte meist noch relativ energieeffizient. Dies liegt einerseits daran, dass die kompakte Bauweise von Kompaktgeräten eine hohe Energieeffizienz der Kältemaschine inklusive der Wärmeübertragung tendenziell schwierig macht. Zusätzlich gibt es das Problem, dass die warme Abluft durch einen Abluftschlauch in das Freie befördert werden muss - beispielsweise durch den Schlitz eines gekippten Fensters. Irgendwo muss aber zum Druckausgleich dann wieder Außenluft nach innen strömen, und diese ist an Tagen mit Kühlbetrieb in der Regel recht warm. Dadurch geht häufig ein großer Teil der erzielten Kühlleistung effektiv wieder verloren. Die Energieeffizienz ist also häufig noch wesentlich geringer, als es der bescheidene SEER-Wert eines solchen Geräts (oft in der Gegend von 3) aussagt, weil der SEER-Wert das genannte Problem mit der nachströmenden Außenluft nicht erfasst. Übrigens löst man das Problem auch nicht mit einer abgedichteten Ausblasöffnung in der Wand, da wie gesagt ohnehin irgendwo Außenluft in den Raum strömen muss, um die ausgestoßene Luft zu ersetzen. Einzig mit einem Zweischlauchgerät (einer leider aber nicht üblichen Bauweise), bei dem Außenluft zur Kühlung des Geräts mit einem separaten Schlauch angesaugt wird, vermeidet man das beschriebene Problem.

Übrigens haben aus den genannten Gründen manche Monoblock-Geräte in einem Test der Stiftung Warentest von 2008 mit “mangelhaft” abgeschnitten, obwohl sie die Energieverbrauchsklasse A oder B vorweisen konnten.

Kompakt-Raumklimageräte sind nicht nur betreffend die Energieeffizienz den Split-Geräten meist massiv unterlegen, sondern auch in anderer Hinsicht weniger vorteilhaft: Sie belegen Platz im Raum, erzeugen in der Regel viel störendere Geräusche und erfordern die Verwendung eines Abluftschlauchs; häufig gelangen dadurch auch mehr störende Geräusche von außen (z. B. Straßenlärm) in den Raum. Zudem muss meist regelmäßig der Kondenswassertank geleert werden. Auch der Heizbetrieb ist in der Regel mit Kompaktgeräten nicht möglich.

Nur in zwei Punkten zeigen Kompaktgeräte erhebliche Vorteile: Die Investitionskosten sind viel geringer, vor allem weil kein Einbau nötig ist – abgesehen von den manchmal nötigen Arbeiten für die Schaffung einer Ausblasöffnung in der Wand. Außerdem dürfte der Einbau eine Split-Geräts für Mieter häufig schwer realisierbar sein, da das Gerät fest mit dem Gebäude verbunden wird.

Vergleich mit zentralen Klimaanlagen

Wenn in einem Gebäude viele Räume klimatisiert werden müssen, dürfte eine zentrale Klimaanlage häufig eine sinnvollere Lösung sein:

Dagegen kann ein punktueller Einsatz von Split-Geräten durchaus sinnvoll sein, wenn nur wenige Räume einer Klimatisierung bedürfen. (Wenn es ein paar Räume sind, die nahe zueinander liegen, kommt auch ein Multi-Split-Gerät infrage.)

Ventilatoren als einfache Alternative

Die Hitze in Räumen kann durch den Einsatz eines einfachen Ventilators (z. B. eines großen Deckenventilators) oft sehr viel erträglicher gemacht werden. Dadurch wird die Raumtemperatur zwar nicht abgesenkt, jedoch erhöht die verursachte leichte Luftbewegung die Wärmeabgabe der Haut – vor allem dann, wenn man schon etwas schwitzt. Der Energieaufwand für den Betrieb solcher Ventilatoren ist genauso wie der Aufwand für die Installation weitaus geringer als der für ein Klimagerät. Insofern sollte eine solche Lösung rechtzeitig erwogen werden.

Allerdings ist dies nicht immer eine wirkliche Lösung, z. B. wenn die damit erreichte Kühlung nicht ausreicht oder wenn Personen besonders zugluftempfindlich sind. Schließlich hilft die Kühlung eines Ventilators nur dort, wo die verursachte Luftbewegung deutlich spürbar ist, während ein günstig angebrachtes Klimagerät einen Raum abkühlen kann, ohne dass Personen unter erheblichen Zugerscheinungen leiden müssen.

Kombination mit Photovoltaik

Der Stromverbrauch eines Klimageräts passt zeitlich bestens zur Produktion einer Solaranlage und lässt sich deswegen damit kostengünstig decken.

Für Besitzer einer Photovoltaikanlage z. B. auf dem Hausdach ist es günstig, dass der Stromverbrauch eines Klimageräts weitgehend dann anfällt, wenn auch Solarstrom zur Verfügung steht. Somit lässt sich der größte Teil dieses Verbrauchs als direkter Eigenverbrauch decken, was finanziell wesentlich günstiger ist als das Einspeisen des Stroms in das öffentliche Netz und den Bezug derselben Energiemenge zu anderen Zeiten. Da die Stromerzeugungskosten mit Photovoltaik-Kleinanlagen bereits grob geschätzt dreimal tiefer liegen als die üblichen Stromtarife für Kleinverbraucher, lassen sich die Energiekosten für die Klimatisierung damit massiv reduzieren. Ideal sind hierbei wiederum Klimageräte mit Invertertechnik, da sie die elektrische Energie relativ gleichmäßig beziehen, anstatt den Kompressor regelmäßig an- und abzuschalten.

Literatur

[1]Ratgeber zu Klimaanlage oder Klimagerät: So finden Sie die Wärmelast, die nötige Kälteleistung und ein energieeffizientes Gerät

(Zusätzliche Literatur vorschlagen)

Siehe auch: Raumklimagerät, Klimaanlage, Kältemaschine, Energy Efficiency Ratio, Warmluftheizung, Split-Wärmepumpe
sowie andere Artikel in den Kategorien Haustechnik, Kernenergie, Wärme und Kälte

Alles verstanden?


Frage: Was ist ein Inverter-Gerät?

(a) ein Gerät, welches sowohl kühlen als auch heizen kann

(b) ein Gerät mit leistungsgeregeltem Kompressor


Frage: Wie viel Strom braucht ein modernes Split-Klimagerät, um 10 kW überschüssige Wärme aus einem Raum abzuführen?

(a) deutlich unter 2 kWh

(b) gut 3 kWh

(c) mindestens 8 kWh


Frage: Welche Auswirkungen hätte die Absenkung der Ventilatordrehzahl am Innengerät bei Volllast des Kompressors?

(a) eine niedrigere Geräuschentwicklung

(b) eine reduzierte Kälteleistung

(c) eine stärkere Entfeuchtung der Luft

(d) eine erhöhte Energieeffizienz


Siehe auch unser Energie-Quiz!

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