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