Split-Klima - Takten verstehen

Split-Klima Takten verstehen

Warum eine Anlage taktet

Wer Split-Klima Anlagen betreibt, wird recht schnell mit dem Thema Takten konfrontiert. Ganz besonders im Heizbetrieb.

Takten bedeutet, dass der Kompressor der Anlage für eine Zeit aus- und dann wieder einschaltet. Die Anlage läuft also nicht kontinuierlich durch, sie taktet.

Moderne Anlagen sind durchweg Inverter, bei denen die Drehzahl und damit die Leistung des Kompressors in weiten Grenzen geregelt werden kann. Man nennt dies Modulation.

Früher war es so, dass Kompressoren immer mit ihrer Nennleistung liefen und permanent im Start-Stop Betrieb arbeiteten. Diese Betriebsart kennen wir heute noch von den meisten Kühlschränken.

Aber warum müssen moderne Inverter noch abschalten? Ein zwingender Grund besteht dann, wenn trotz niedrigster Modulation immer noch zu viel Wärme bzw. Kühlleistung in den Raum kommt. Will die Anlage ihre Soll-Temperatur halten, muss sie den Kompressor abschalten. Sonst würde sie übers Ziel hinausschießen.

Auch wenn moderne Inverter einen weiten Leistungsbereich haben, so hat man gerade im Heizbetrieb eine ungünstige Situation. Im Herbst hat man Außentemperaturen, bei denen die Anlagen einen sehr hohen COP haben, was ja eigentlich gut ist. Sie produzieren also auch bei niedrigster Modulation recht hohe Wärmeleistungen. Gleichzeitig benötigt man zu dieser Zeit eher kleine Wärmemengen. Dies führt dann oft dazu, dass auch Inverteranlagen nicht durchlaufen können. Sie würden viel zu viel Wärme in den Raum pumpen, auch bei niedrigster Modulation.

Moderne Single-Splitgeräte modulieren typisch auf 100-200 Watt Aufnahmeleistung runter. Preisgünstige Anlagen schaffen oft nur 200-300 Watt. Größere Multisplitanlagen können nur im Bereich von 300-500 Watt herunter modulieren, bedienen damit allerdings auch mehrere Räume. Wenn man bei einer Temperatur um 12 Grad davon ausgeht, dass sie einen COP von 6-8 haben, erkennt man, dass hier schon enorme Wärmemengen in den Raum gepumpt werden.

Es gibt einen weiteren Grund, warum Inverter öfters mal ins Takten kommen. Die Regler der Anlagen arbeiten mitunter zu aggressiv, fahren den Kompressor in einen hohen Leistungsbereich, bringen damit viel zu viel Wärme in kurzer Zeit in den Raum und müssen dann eine Notbremsung hinlegen, in dem sie den Kompressor ganz abschalten. Leider arbeiten die Regler vieler Hersteller suboptimal, sie sind nicht darauf optimiert, das Takten zu minimieren.

Und dann gibt es noch ungünstige Raumsituationen, zum Beispiel kleine Flure, in denen es schnell zu einem Wärmestau kommt. Die Wärme kann sich also nicht schnell genug in die weiteren Räume verteilen. So muss auch hier die Anlage den Kompressor ausschalten, obwohl eigentlich noch Wärmebedarf besteht.

Beim bedarfsweisen Heizen ist es oft so, dass Wände und Inventar deutlich kühler sind, als die gewünschte Raumtemperatur. Dieser physikalische Umstand sorgt auch für häufiges Takten. Denn sobald die Klimaanlage ausschaltet, kühlt sich die Luft sehr schnell deutlich ab. Das führt zu sehr kurzen Pausenzeiten beim Takten. Auch im schlecht gedämmten Altbau, wo die Außenwände immer deutlich kühler sind, hat man diesen Effekt.

Aus vielerlei Gründen kann das Takten einer Anlage ungünstig sein.

Nachteile des Taktens

Man könnte sich auf den Standpunkt stellen: "Takten? Mir doch egal, so lange es warm ist!" Mitunter hat man den Eindruck, die Hersteller optimieren ihre Anlagen nach diesem Prinzip und wollen vor allem die eingestellte Temperatur immer genau einhalten.

Ein wesentlicher Nachteil des Taktens ist der Effizienzverlust. Eine Anlage läuft dann effizient, wenn sich der Kältekreislauf nach vielleicht 5-10 Minuten Betriebszeit stabilisiert hat und sich alle Komponenten im Kreislauf auf einem ausgeglichenen Temperaturniveau befinden. Das kann man vergleichen mit einem Verbrenner-Motor eines Autos. Bis der Motor warm gefahren ist, ist der Verbrauch deutlich erhöht.

Bei Luft-Wasser-Wärmepumpen, die Stromaufnahme und erzeugte Wärmemenge in der Regel genauer loggen können, erkennt man es auch sehr gut, dass in den ersten Minuten Betriebszeit die Arbeitszahl bzw. der COP recht schlecht ist.

Nun muss man natürlich auch noch den Effekt im Blick behalten, dass ein warm gefahrenes Auto nach einem kleinen Zwischenstopp noch nicht ausgekühlt ist und so wieder recht schnell auf Betriebstemperatur ist. Eine Split-Klima, die also nur 5 Minuten Pause macht, wird schneller wieder in einem effizienten Betriebsverhalten sein.

Nach praktischen Erfahrungen und Tests ist aus Effizienzgründen ein Takten von 2-3 Taktzyklen pro Stunde noch unproblematisch. Hier würde ich von Effizienzverlusten von etwa 10% ausgehen. Es gibt aber Anlagen, die bis zu 8 mal die Stunde takten. Hier kann die Effizienz durchaus bis auf die Hälfte einbrechen.

Was man häufig im Netz liest, ist die Sorge, dass häufiges Takten die Lebensdauer von Wärmepumpen verringert. Klar ist, dass jeder Start eine belastende Situation mit erhöhtem Verschleiß ist. Worüber es kaum Informationen gibt, ob dieser erhöhte Verschleiß überhaupt jemals zu einem Engpass wird, ob dies also zu einem vorzeitigen Ausfall führt. Generell gelten Klimakompressoren als gut durchentwickelt und robust. Man hört auch nichts von größeren Ausfällen. Die Regel ist, dass Split-Klimas 15 Jahre und länger problemlos durchlaufen.

Wer seine Anlage so betreibt, dass sie nicht extrem viel taktet, wird recht wahrscheinlich keine Einschränkungen bei der Lebensdauer erwarten müssen. Kommt noch hinzu, dass im Heizbetrieb der technische Fortschritt sehr entscheidend auf die Verbrauchskosten ist. Insofern ist es naheliegend, dass man eine Anlage bereits nach vielleicht 10 Jahren tauschen wird, einfach weil sich eine neue Anlage recht schnell durch geringere Verbrauchskosten amortisiert.

Vom Komfort her ist das Takten aus mehreren Gründen ungünstig. Wenn eine Anlage recht nahe am Aufenthaltsort installiert ist, bemerkt man diese ständigen Änderungen des Betriebszustandes der Anlage. Dies kann nerven, gerade auch, wenn man eine Anlage im Schlafzimmer installiert hat. Auch bemerkt man vor allem bei schlechter gedämmten Häusern und bedarfsweisem Heizen den Temperaturabfall sehr schnell. Es macht einen Unterschied, ob permanent warme Luft in den Raum gepustet wird oder ob diese warme Luftzufuhr fehlt. So fühlt man sich in den Taktpausen schnell unwohl, auch wenn diese nur 15-30 Minuten sind. Kurzum, vom Komfort her ist es am schönsten, wenn eine Anlage gleichmäßig vor sich hin werkelt und so kaum aufällt.

Ein weiterer Nachteil betrifft das schlechte Regelverhalten mancher Anlagen. Viele Regler starten einen Takt die ersten Minuten mit hohen Kompressordrehzahlen und damit hoher Wärmeleistung. Es gibt hier wohl auch technische Gründe, die z.B. mit dem Ölrücktransport zu tun haben. Es braucht hierfür immer mal wieder eine hohe Kompressorleistung, damit dieser funktioniert. So wird dies gerne mit dem Start der Anlage gekoppelt. Ein anderer Grund kann eine Reglerstrategie sein: Man möchte möglichst zügig die fehlende Wärme wieder in den Raum bringen.

Für einen kleinen Raum kann dies bedeuten, dass er in den ersten 3-10 Minuten dann gleich so überhitzt wird, dass die Anlage sofort wieder stoppen muss. Die ungünstige Arbeitsweise des Reglers führt also dazu, dass Anlagen in eine permanente Start-Stop-Falle geraten, wo typisch dann 6-8 Takte pro Stunde entstehen. Mehr lassen die Anlagen nicht zu, weil es zum Schutz des Kompressors Minimalzeiten gibt, die nicht unterschritten werden, z.B. 3min Mindest-Auszeit und 5min Mindest-Laufzeit.

Wie man Takten vermeidet

Generell arbeiten die Regler aller Hersteller stark automatisiert und man hat wenig Einflussmöglichkeiten und manuelle Einstellmöglichkeiten. Insofern gibt es oft keine einfachen Lösungen.

Ein wichtiger Parameter, den man bei der Anschaffung beachten sollte, ist die niedrigste Modulation. Je niedriger eine Anlage herunter modulieren kann, um so seltener muss sie bei geringem Wärmebedarf, also vor allem in der Übergangszeit, abschalten.

Leider wird dieser Wert von den Herstellern oft nicht angegeben. Ist die Anlage bei Eurovent gelistet, findet die minimale Heizleistung unter Heating Cond D, weil hier die meisten Anlagen diese Condition nur erfüllen können, wenn sie ganz nach unten modulieren.

Beispiel: Daikin Perfera 2,5kW

https://www.eurovent-certification.com/de/catalog/program/certificate/participant/model/show/201724396

Heating Cond D: 1,06 kW Heizleistung / COP 7,16

Wer jetzt noch die minimale Aufnahmeleistung wissen will, teilt die Heizleistung durch den COP und erhält 148 Watt elektrisch. Die elektrische Leistung hat oft mehr Relevanz, weil sich diese gut beobachten und erfassen lässt. Welche Heizleistung die Anlage gerade bringt, ist nur indirekt über die elektrische Leistung ableitbar und hängt auch stark von der Außentemperatur ab.

Die Eurovent-Daten sind eine grobe Orientierung, in der Praxis kann es etwas variieren. Hierüber lassen sich aber die Möglichkeiten unterschiedlicher Anlagen gut vergleichen. Um Taktprobleme zu vermeiden, sollte man der unteren Modulationsgrenze große Bedeutung bei der Anlagenauswahl beimessen.

Ein weiterer wichtiger Punkt bei der Anschaffung einer Anlage ist die Möglichkeit der Limitierung der Maximalleistung. Damit kann man verhindern, dass eine Anlage zu hoch geht mit der Leistung und damit den Raum überhitzt. Außerdem ist eine hohe Leistung ineffzient. Bei vielen Anlagen hat sich die Eco/Econo-Taste durchgesetzt. Diese limitiert die Leistung in der Regel so bei 50-70%. Eco-Taste muss noch nicht bedeuten, dass man sie beim Heizen nutzen kann. Einige Anlagen lassen die Eco-Taste nur im Kühlbetrieb zu.

Daikin hat als einziger Hersteller noch die sogenannte Bedarfssteuerung, über die man die Leistung im Bereich 40-100% limitieren kann.

Mitsubishi Electric hat leider bei vielen Anlagen keine Eco-Taste für den Heizbetrieb. Mitsubishi Heavy Industries hat die Eco Taste, Daikin auch.

Bevor man anfängt, sich irgendwie in die Regelung der Anlage einzumischen, sollte man sie erstmal einige Tage in einem Automatikmodus laufen lassen. Hintergrund: Einige Regler optimieren sich selbst und dafür brauchen sie einige Tage Lernerfahrung. Es kann also sein, dass sich das Anlagenverhalten in den ersten Tagen deutlich verändert. Weiterhin sollte man beachten, dass einige Anlagen diese Selbstoptimierung verlieren, wenn die Anlage vom Strom-Netz getrennt wird. In der Heizperiode sollte man die Anlage also möglichst immer am Netz lassen.

Welche Anlage über solch eine Selbstoptimierung verfügt und ob diese Optimierungsdaten flüchtig hinterlegt sind, darüber gibt es oft keine gesicherten Erkenntnisse.

Um das Verhalten einer Anlage besser zu verstehen, gibt es 2 Parameter, die man im Blick halten sollte: Die Leistungsaufnahme, die sich auch einfach loggen lässt. Und die Temperatur der ausgeworfenen Luft, wofür man sich ein Digitalthermometer mit externem Sensor ans Innengerät bauen kann. Diese beiden Parameter helfen einem viel für alle möglichen Optimierungsaufgaben.

Die wichtigste Optimierungsmöglichkeit ist oft die Nutzung der Eco/Econo-Taste. Die Hersteller setzen diese Funktion unterschiedlich um, aber in aller Regel wird damit die maximale Drehzahl des Kompressors begrenzt, typisch auf 50-70 %. Mitunter wird auch die Hysterese erhöht, so dass die Temperatur z.B. um 2 Grad fallen muss, bis sie wieder einschaltet. Im Normalbetrieb sind es oft nur 0,5-1 Grad.

Durch diese Leistungsbegrenzung fährt die Anlage bei einem Start in den ersten Minuten nicht so stark hoch und verringert die Überhitzungsneigung. Die größere Hysterese vermeidet einen zu frühen Anlagenstart nach einem Stop, es verlängert die Pausen.

Bei Daikin lässt sich neben Econo noch viel über die Bedarfssteuerung optimieren. Darüber ist es möglich, die maximale Kompressordrehzahl im Bereich 40-100% einzustellen. Vielen hat diese Möglichkeit geholfen, der Anlage zu häufiges Takten abzugewöhnen. Daikin scheint eh mit die besten Regler zu haben, die wenig zum häufigen Takten neigen.

Ein Eingriff, der manuell immer möglich ist: Wenn die Anlage anfängt zu takten, setzt man die Soll-Temperatur einfach um 1-2 Grad höher. So kann es gelingen, dass die Anlage über mehrere Stunden wieder bei minimaler Modulation läuft. Man darf die Soll-Temperatur aber nicht zu weit anheben, sonst wird auch die Leistung stärker angehoben, was man ja typisch nicht möchte. Auch beim Aufheizen gilt, besser in mehreren Stufen die Soll-Temperatur leicht anzuheben, damit die Anlage nicht zu stark mit ihrer Leistung hochfährt. Es sei denn, man hat sie schon anderweitig in der Maximalleistung limitiert.

Alternativ kann man beim ersten Takten der Anlage das Innengerät auch einfach manuell abschalten. In der Übergangszeit stört es oft nicht, wenn die Anlage mal einige Stunden nicht heizt.

An der Stromaufnahme lässt sich oft gut erkennen, in welchem Modulationsbereich die Anlage gerade ist. Weiß man z.B., dass die Anlage bis etwa 150 W herunter modulieren kann und die momentane Stromaufnahme liegt schon bei 150 W, könnte es sein, dass sie bald abschaltet und man vielleicht nochmal 1 Grad anhebt. Es ist aber auch durchaus möglich, dass eine Anlage stundenlang auf der niedrigsten Modulationsstufe durchläuft. Hier muss man das Verhalten seiner Anlage kennenlernen.

Was die Manipulation über die Solltemperatur angeht, so gibt es Nutzer, die sich eine Automatisierung für diverse Anlagen geschrieben haben. Damit wird die Sache dann sehr komfortabel.

Manch eine Anlage bekommt man nur halbwegs in den Griff, in dem der Innentemperatursensor umgebaut wird. Mitunter reichte eine Verlegung des Innensensors deutlich tiefer in z.B. 1m Raumhöhe und möglichst an einer Innenwand. Eine weitere Alternative ist, den Sensor zu dämmen, so dass die ganze Regelung deutlich träger wird. Dafür reicht oft schon ein Styrodurklotz von 20 x 20 x 60 mm, in den man den Sensor luftdicht einbaut.

Es gibt Anlagen, die einen Innentemperatursensor zusätzlich in der Fernbedienung haben. Man kann hier auf diesen Sensor umschalten. Diese Technologie nennt sich z.B. "Follow Me". Wenn die Fernbedienung dann an einem günstigen Ort im Raum liegt, kann die Regelung auch deutlich besser werden.

Denkbar wäre auch, den Temperatursensor durch einen Festwiderstand oder Trimmer (umschaltbar) zu ersetzen. Die meisten Temperatursensoren sind einfache NTC-Widerstände von typisch 5-15 KOhm @ 25 Grad. Ein fester Widerstandswert simuliert dann z.B. eine Temperatur von 20 Grad. Stellt man dann eine Soll-Temperatur von 21 Grad ein, heizt die Anlage (vielleicht) mit einer niedrigen Modulation durch. Bei einer Erhöhung der Soll-Temperatur erhöht sich die Modulation. Leider verhalten sich die Regler nicht nur einfach proportional. Was die Anlage aus so einer Manipulation macht, muss man experimentell ermitteln.

Beeinflussung über Offene Türen kann auch eine gute Möglichkeit sein. In der Übergangszeit, wo die Regelung oft Probleme macht, weil der Wärmebedarf der Räume noch zu gering ist, lässt man die Türen besser offen, so dass der Wärmebedarf steigt. Dies macht vor allem Sinn, wenn man die anderen Räume sowieso mitheizen will. Man kann es sogar über die Türstellung noch dosieren.

Die meisten Anlagen verfügen über Timerfunktionen. Darüber könnte man auch sinnvolle Heizprogramme anlegen, die ein längeres Takten verhindern. So lässt man z.B. eine Anlage in der Übergangszeit nur 1 Stunde laufen und schaltet dann wieder aus. Bevor die Anlage mit dem Takten beginnt, ist sie bereits wieder aus. Man könnte das auch "kontrolliertes Takten" bezeichnen. Gerade in Häusern, die gut gedämmt sind, reichen oft ein paar kurze Heizphasen, um für den Rest des Tages auf Soll-Temperatur zu bleiben.

Ist eine Anlage in einem kleinen Flur installiert, der schnell zu Überhitzung neigt, können hier Ventilatoren helfen. Diese können den Wärmetransport über die Luft in andere Räume stark verbessern. Generell kann ein verbesserter Wärmetransport in jeglicher Hinsicht das Regelverhalten von Anlagen deutlich verbessern.

Jede Anlage hat ihre Eigenheiten. Deshalb ist es sinnvoll, sich in Internetforen zu informieren, wie man welche Anlage am besten in den Griff bekommt und welche Anlage man besser gar nicht erst kaufen sollte. Man muss hier bedenken, dass bei Split-Klimageräten der Heizbetrieb oftmals noch nicht so gut durchentwickelt ist, wie der Kühlbetrieb.