Leistungsaufnahme bei Inverter-Anlagen im Teillastbereich

Sehr geehrte Fachkollegen, in der aktuellen Übergangsphase untersuche ich die Leistungsaufnahme meiner Inverter-geführten Luft-Luft-Wärmepumpen in einem Gewerbeobjekt. Dabei fällt auf, dass der Wirkungsgrad in der untersten Modulationsstufe bei Außentemperaturen um 12 Grad Celsius signifikant unter den Werksangaben für den Normbetrieb liegt. Ist diese Diskrepanz zwischen Nennleistung und tatsächlichem Verbrauch im absoluten Teillastbereich bauartbedingt durch die hohen Stillstandverluste der Elektronik oder durch die ineffiziente Verdampfungstemperatur bei so geringer Lastdifferenz zu erklären? Ich messe über ein externes Gateway den tatsächlichen Stromfluss und bin über die Diskrepanz verwundert. Wie interpretieren Sie das Betriebsverhalten der Frequenzumrichter unterhalb von 20 Prozent der Maximallast? Wäre es aus energetischer Sicht effizienter, die Anlage in einem getakteten Modus bei höherer Last zu betreiben als im permanenten, aber ineffizienten minimalen Drehzahlbereich? Ich bin gespannt auf Ihre fachliche Einschätzung zu diesem thermodynamischen Sachverhalt.

Guten Tag Herr Dr. R., das ist eine exzellente Beobachtung. In der Praxis der SHK-Installation sehen wir das oft. Die Inverter-Elektronik benötigt eine gewisse Grundlast für die Steuerung und die Überwachung der Sensorik, die bei extrem niedrigen Drehzahlen prozentual stärker ins Gewicht fällt. Das sind schlichte Standby-Verluste des Umrichters. Zudem sinkt bei sehr geringen Massenströmen im Kältekreislauf die Strömungsgeschwindigkeit im Verdampfer, was den Wärmeübergang verschlechtert. Das System kämpft dann mit einem schlechteren Wirkungsgrad, weil das Kältemittel nicht mehr optimal verdampft wird. Taktung ist dennoch selten die Lösung, da die Anlaufströme beim Kompressorstart den energetischen Vorteil meist sofort wieder zunichtemachen. Bleiben Sie bei der Modulation, auch wenn die Effizienzkurve dort flacher verläuft.

Hallo zusammen, ich bin als Anlagenmechaniker SHK täglich an solchen Geräten dran. Der Dr. hat völlig recht, die Datenblätter sind oft reine Laborwerte unter Nennlastbedingungen. Viele Kunden wundern sich, warum ihre Wärmepumpe bei zehn Grad Außentemperatur nicht so effizient wie in der Hochglanzbroschüre läuft. Ich rate meinen Kunden immer: Lasst die Anlage durchlaufen. Wenn ihr anfangt zu takten, erreicht ihr nie den Beharrungszustand, der für ein effizientes Hausklima nötig ist. Die VDI 4645 gibt hier eigentlich eine klare Richtung vor, was den Betrieb angeht. Wenn die Anlage zu groß dimensioniert wurde, habt ihr das Problem im Teillastbereich natürlich permanent an der Backe. Da hilft dann oft nur eine Optimierung der Regelungsparameter.

Danke für die schnellen Rückmeldungen, Herr K. und Herr B. Ihre Anmerkungen zum Wärmeübergang bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten decken sich mit meinen Beobachtungen bei der Massenstromanalyse. Dass die Elektronik als fixer Sockelverbrauch fungiert, hatte ich in meiner Kalkulation fast unterschätzt. Wie schätzen Sie das Risiko ein, bei einer gewollten Takthäufigkeit die Verschleißteile des Inverters zu gefährden? Laut Herstellerangaben ist die Anzahl der Kompressorstarts ja begrenzt. Wenn ich die Anlage künstlich zu einer Takung zwinge, verliere ich vermutlich nicht nur energetisch, sondern riskiere auch die Langlebigkeit meiner Hardware. Gibt es hierzu Erfahrungswerte aus der Instandhaltung?

Hallo Dr. R., als Planerin für Gewerbeobjekte kann ich Ihnen sagen: Finger weg vom Taktbetrieb! Wir hatten Fälle, in denen die Lebensdauer der Steuerungselektronik durch ständige Lastwechsel signifikant gesunken ist. Die Belastung für das Expansionsventil und die Kältemittelverrohrung durch Druckstöße beim Anlaufen ist nicht zu unterschätzen. Auch im Hinblick auf das GEG und die Anforderungen an den hydraulischen Abgleich sollten Sie den stetigen Betrieb bevorzugen. Jede Taktung verursacht in der Anlaufphase zudem ineffiziente Betriebszustände, da sich der Kältekreislauf erst stabilisieren muss. Die Diskrepanz, die Sie messen, ist ein rein technisches Betriebsmerkmal. Akzeptieren Sie die Kurve im unteren Bereich als Preis für die komfortable Regelbarkeit bei schwankenden Lasten.

Moin, ich bin zwar kein Ingenieur, aber seit Jahren als versierter Bastler an meiner eigenen Wärmepumpe dran. Ich habe mir für die Strommessung ein kleines Monitoring aufgebaut und komme auf ähnliche Werte wie Sie. Bei 12 Grad Außenluft dümpelt die Pumpe vor sich hin und verbraucht im Verhältnis zum Heizertrag echt viel für den reinen Betrieb der Pumpen und der Elektronik. Ich habe experimentell die Heizkurve angepasst, damit die Anlage bei kühleren Temperaturen erst später und dann mit etwas mehr Last anspringt. Seitdem habe ich weniger von diesen ineffizienten Phasen, in denen das Gerät eigentlich nur den Umrichter am Leben erhält. Probieren Sie das mal aus, statt hart zu takten. Ein bisschen Feintuning der Heizkennlinie bewirkt oft Wunder, ohne dass man die Hardware quält.