Energielabel an Klimaanlagen für den Hausgebrauch geben Auskunft über den Stromverbrauch
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Klimageräte und Wärmepumpen: Die komplexen Prüfverfahren für das Energielabel unter der Lupe der BAM
Seit Juni 2003 werden Klimageräte bis 12 Kilowatt in Effizienzklassen eingestuft. Und im September 2015 wurde für Wärmepumpen das Energielabel in Europa eingeführt.
Damit die Geräte auf den europäischen Markt dürfen, müssen sie bestimmte technische Mindestanforderungen erfüllen. Die Messverfahren, mit denen die Angaben auf dem Energielabel ermittelt werden, wie beispielsweise Geräuschemission und Energieeffizienz, sind in Normen festgelegt. In einem Forschungsprojekt überprüfen Experten der BAM nun diese Normen: Wie gut die Verfahren im Labor das reale Nutzerverhalten wiedergeben und ob sie genaue Ergebnisse liefern. Carsten Palkowski aus dem BAM-Referat Ökodesign und Energieverbrauchskennzeichnung ist Experte für Klimageräte und Wärmepumpen.
Zum Heizen und Kühlen von Räumen können Klimageräte oder auch Wärmepumpen eingesetzt werden. Um deren Effizienz beurteilen zu können, muss ihre Leistungsfähigkeit unter verschiedenen Prüfbedingungen gemessen werden. Eine nicht ganz einfache Aufgabe, da die Messsituation komplex ist. Herr Palkowski, was kann man hier verbessern?
Die Normen DIN EN 14825 und DIN EN 14511 beschreiben die Prüfbedingungen sehr genau. Parameter wie Temperatur, Druck, Feuchte, Heiz- oder Kühlleistung sind festgelegt. Dennoch lässt die Norm offen, wie das Gerät beispielsweise zu Beginn in die stationären Prüfpunkte gebracht wird. Manchmal sind dafür zusätzlich noch weitere Informationen vom Hersteller erforderlich. Das lässt die Norm zu. Die Prüfung muss aber unabhängig von weiteren Herstellerinformationen durchführbar sein. Und wir gehen noch einen Schritt weiter: Weg von der stationären Prüfung, bei der die Regelung des Prüflings nicht berücksichtigt wird und hin zur dynamischen Prüfung unter Berücksichtigung der Regelung. Immerhin wollen wir mit unseren weiterentwickelten Methoden die Geräte realitätsnäher prüfen, als heute bislang möglich. Denn die Außentemperatur ändert sich nun mal während des Tages. Und wie die Geräte darauf reagieren, wollen wir mit unserer Prüfmethode auch abbilden.
Aber erst mal einen halben Schritt zurück. Um zur dynamischen Prüfung zu kommen, habe ich zunächst eine Prüfmethode entwickelt, bei der die Wärmepumpe oder das Klimagerät bei eingeschalteter Regeleinheit die stationären Messpunkte frei anfährt. Während der gesamten Messung bleiben alle Prüfbedingungen konstant, also stationär. Die technische Prüfumgebung und die Prüfbedingungen entsprechen der Norm. Für das freie Anfahren braucht es allerdings mehr Zeit bis Wärmepumpen oder Klimageräte die stationären Messpunkte erreicht haben.
Hier konnte ich zeigen, dass für beide Gerätetypen dieses Verfahren sehr gut funktioniert. Es gibt die Leistungsfähigkeit der Geräte sehr genau wieder. Und die nach jetziger Norm angewandten Korrekturfaktoren könnten damit wegfallen.
In einer Klimakammer werden die Klimageräte dynamisch, das heißt mit variierender Außentemperatur geprüft.
Quelle: BAM, Referat Ökodesign und Energieverbrauchskennzeichnung
Stationäre und dynamische Prüfung – was ist der Unterschied?
Bei der stationären Prüfung, die die Grundlage der aktuellen Normen ist, bleiben die Bedingungen an der Quellseite und der Senkenseite während der Messung konstant. Die Quellseite beschreibt, wo die Wärme aufgenommen wird. Für den Heizfall ist das bei Klimageräten die Außenluft oder bei geothermischen Wärmepumpen der Erdboden. Dann die Senkenseite, sie beschreibt, wo die Wärme abgegeben wird, also Heizkreislauf oder Innenraumluft. Die Regelung der Wärmepumpe oder des Klimagerätes ist bei den Messungen ausgeschaltet. Auch die Außentemperatur bleibt während der Messung konstant.
Bei der dynamischen Prüfung variieren wir die Außentemperatur und lassen die Wärmepumpe oder das Klimagerät darauf reagieren. Die Geräte müssen nun selbstständig ihre Leistung anpassen - wie zu Hause. Hier gibt es Effizienzpotential. Denn: Regelt die Wärmepumpe intelligent, spart sie Strom. Hinterlegt sind meine Messungen und Berechnungen mit Heizkurven, Klimadaten und Temperaturgewichtungen. Die Heizkurven sind mit Vorlauftemperaturen des Heizungssystems korreliert, die wiederum abhängig sind von der Außentemperatur. Ist es draußen sehr kalt, muss die Vorlauftemperatur entsprechend hoch sein, damit die Wohnung warm wird. Als Referenz für das mitteleuropäische Klima wird im EU-Bewertungssystem das Klima von Straßburg angegeben. Und bei der Temperaturgewichtung wird jeder Temperatur eine gewisse Häufigkeit zugeordnet. Denn +15 Grad Celsius ist in Deutschland häufiger als -10 Grad Celsius. Daher habe ich bei dem von mir entwickelten Temperaturzyklus Messtemperaturen gewählt, die auch in der Berechnung der aktuellen Prüfnorm gewichtet werden. Damit lassen sich die Ergebnisse, die nach der aktuellen Norm und meiner dynamischen Methode gemessen wurden, vergleichen.
Die Prüfbedingungen von Klimageräten und Wärmepumpen sind sehr komplex. Wie und wo fließen die Forschungsergebnisse ein?
Ich arbeite sehr eng zusammen mit Kolleginnen und Kollegen aus den Marküberwachungsbehörden und Prüfinstituten. In Verdachtsfällen überprüft die Marktüberwachung einzelne Geräte. Dafür beauftragt sie darauf spezialisierte Prüfinstitute. Auch wir lassen die Geräte in unserem Forschungsvorhaben von solchen Instituten prüfen. Ich kenne die technische Ausstattung unserer Partnerlaboratorien sehr gut und bin im ständigen Informationsaustausch mit allen Prüfteams. Derzeit laufen in fünf verschiedenen Instituten Vergleichsmessungen von mehreren Geräten mit unseren neu entwickelten Methoden.
Das sind schon komplexe Prüfungen, die auch zeitintensiv sind, sowohl nach den aktuellen Normen wie auch nach meinen Weiterentwicklungen. Man misst nicht nur den Stromverbrauch an der Steckdose hinter einem Gerät. Wärmepumpe und Klimagerät bestehen ja aus mehreren Komponenten: Grundsätzlich bilden Verdampfer, Verdichter, Kondensator, Drossel und nicht zuletzt der Regler ein interagierendes System.
Prüfinstitute und Marktüberwachungsbehörden sehen schon jetzt die Vorteile meiner Entwicklungen. Wenn die Messungen abgeschlossen sind, haben wir genug Daten, um ein neues Standardverfahren entwickeln zu können. Mein Ziel ist es, den Normungsausschuss dann von dieser neuen Lösung zu überzeugen.
Wer könnte von den Forschungsergebnissen profitieren?
Hersteller, Marktüberwachungsbehörden und ganz besonders die Verbraucherinnen und Verbraucher. Die von mir entwickelten Prüfmethoden bilden das Verhalten beim Heizen und Kühlen von Räumen realitätsnäher ab als die aktuellen Normen. Das schafft mehr Transparenz.