Die Außeneinheit einer Wärmepumpe oder Klimaanlage liefert ihre Katalogleistung nur bei einer bestimmten Außentemperatur. Die im Feld erreichte Leistung liegt oft darunter, und die Ursache ist nicht das Gerät, sondern die Aufstellung.
Die Kurzschlussströmung
Das Gerät bläst die Luft, die es überströmt hat, erwärmt wieder aus (im Kühlbetrieb). Findet diese Ausblasluft den Weg zurück zur Ansaugung, atmet das Gerät seine eigene Abluft. Die Ansaugtemperatur steigt, der Verflüssigungsdruck steigt, Leistung und Effizienz sinken; an heißen Tagen spricht womöglich die Schutzabschaltung an und das Gerät bleibt stehen.
Im Heizbetrieb ist der Mechanismus umgekehrt, das Ergebnis dasselbe: Das Gerät saugt die Luft an, die es gerade abgekühlt hat, die Verdampfungstemperatur sinkt und die Vereisung setzt früh ein.
Typische Aufstellungsfehler
- Zu nah an einer Wand montiert. Die Ausblasluft wird von der Wand zurück in die Ansaugung geworfen.
- In einer Nische oder einem Schacht aufgestellt. Die warme Luft kann nicht aufsteigen und staut sich.
- Mehrere Geräte in einer Reihe. Die Ausblasluft des vorderen Geräts wird zur Ansaugluft des dahinterstehenden. Nach hinten wird es schlechter.
- Windrichtung. Eine vorherrschende Windrichtung kann die Ausblasluft zur Ansaugung zurücktragen.
- Lamellen und Sichtblenden. Sie erhöhen den Widerstand und ändern die Ausblasrichtung. Siehe die Notiz zum Ventilatorbetriebspunkt.
Modellierung
Die Analysefrage lässt sich auf eine klare Größe zurückführen: um wie viel die mittlere Lufttemperatur an der Ansaugfläche über der Außentemperatur liegt. Diese Differenz rechnet sich unmittelbar in einen Leistungsverlust um.
Im Modell wird das Gerät ohne Auflösung seiner Schaufeln dargestellt: ein Bereich mit bekanntem Volumenstrom und bekannter Wärmeabgabe, dazu eine Ventilatorkennlinie. Zu lösen ist nicht das Innere des Geräts, sondern seine Umgebung — benachbarte Wände, andere Geräte, Wind und natürliche Konvektion.
Bei geringen Windgeschwindigkeiten beherrscht der Auftrieb das Geschehen; ein isothermes Modell verfehlt die Kurzschlussströmung vollständig.
Referenzen
- ANSI/AMCA Standard 210 / ANSI/ASHRAE Standard 51 — Laboratory Methods of Testing Fans for Certified Aerodynamic Performance Rating. AMCA International / ASHRAE.
- Churchill, S. W. & Chu, H. H. S. (1975). Correlating equations for laminar and turbulent free convection from a vertical plate. International Journal of Heat and Mass Transfer, 18(11), 1323–1329. DOI: 10.1016/0017-9310(75)90243-4