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Welcher Parameter bewegt die Kälte-COP am stärksten? Unterkühlung, Überhitzung, Verdampfungs- und Kondensationstemperatur bei der Geräteauswahl

Am Beispiel eines theoretischen R290-Kreislaufs verändern wir Unterkühlung, Überhitzung, Verdampfungs- und Kondensationstemperatur einzeln und betrachten die COP. Danach geht es um die Auslegung: Beide Seiten stoßen an eine Temperaturgrenze, Unterkühlung lohnt sich stetig, und die Überhitzung muss nur auf dem notwendigen Minimum gehalten werden.

— 暖心技术团队

Die Effizienz ist eine Schlüsselkennzahl für Klimageräte, Wärmepumpen und Entfeuchter. Vor der Geräteauswahl und Systemabstimmung lässt sich mit einer thermodynamischen Berechnung klären, auf welche Parameter die Effizienz am empfindlichsten reagiert. Am Beispiel des Kältemittels R290 zeigt dieser Beitrag, wie Unterkühlung, Überhitzung, Verdampfungs- und Kondensationstemperatur jeweils die Kälte-COP beeinflussen, und fragt dann, welchen Parameter man bei begrenzten Ressourcen zuerst verändern sollte.

Berechnungsbedingungen

Gerechnet wird ein einstufiger theoretischer Kaltdampf-Kompressionskreislauf mit Stoffdaten aus der Open-Source-Bibliothek CoolProp. Basisfall: Verdampfungstemperatur 0 °C, Überhitzung 10 °C, Kondensationstemperatur 40 °C, Unterkühlung 5 °C, isentroper Verdichterwirkungsgrad 75 %. Rohrdruckverluste bleiben unberücksichtigt, ebenso wärmetechnische Grenzen wie Wärmetauscherfläche und Luftmenge. Die Kälte-COP im Basisfall beträgt etwa 4,29. Im Folgenden wird jeweils nur ein Parameter verändert, die übrigen bleiben auf dem Basiswert.

1. Unterkühlung: ein stetiger, linearer Gewinn

Steigt die Unterkühlung von 5 °C auf 15 °C, erhöht sich die COP von 4,29 auf etwa 4,69. In diesem Bereich bringt jedes zusätzliche Grad Unterkühlung rund 0,04 COP, nahezu linear.

2. Überhitzung: theoretisch kaum Einfluss

Steigt die Überhitzung von 10 °C auf 20 °C, ändert sich die COP nur von 4,29 auf etwa 4,32, also um weniger als 0,01 je Grad. Im theoretischen R290-Kreislauf ist die Überhitzung kaum ein Effizienzhebel.

3. Verdampfungstemperatur: je höher, desto größer der Gewinn

Steigt die Verdampfungstemperatur von 0 °C auf 10 °C, erhöht sich die COP von 4,29 auf etwa 6,18. Der Gewinn je Grad wächst dabei: etwa +0,15 von 0→1 °C und etwa +0,24 von 9→10 °C.

4. Kondensationstemperatur: je tiefer, desto größer der Gewinn

Sinkt die Kondensationstemperatur von 40 °C auf 30 °C, erhöht sich die COP v

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