Ist es besser, Ihr Haus den ganzen Tag zu kühlen oder die Klimaanlage auf dem Weg nach draußen anzupassen? Westend61 über Getty Images
Heiße Sommertage können hohe Stromrechnungen bedeuten. Die Menschen wollen sich wohlfühlen, ohne Energie und Geld zu verschwenden. Vielleicht hat sich Ihr Haushalt um die beste Strategie zur Kühlung Ihres Raums gestritten. Was ist effizienter: die Klimaanlage den ganzen Sommer über ohne Pause laufen zu lassen oder sie tagsüber auszuschalten, wenn man nicht da ist, um sie zu genießen?
Wir sind ein team von architekten und Gebäudesysteme Ingenieur der Energiemodelle verwendet hat, die die Wärmeübertragung und die Leistung von Klimaanlagen simulieren, um diese Dauerfrage anzugehen: Müssen Sie mehr Wärme aus Ihrem Haus entfernen, indem Sie den ganzen Tag über kontinuierlich Wärme abführen oder nur am Ende des Tages überschüssige Wärme abführen?
Die Antwort läuft darauf hinaus, wie energieintensiv es ist, Wärme aus Ihrem Haus zu entfernen. Sie wird von vielen Faktoren beeinflusst, wie z. B. wie gut Ihr Haus isoliert ist, Größe und Typ Ihrer Klimaanlage sowie Außentemperatur und Luftfeuchtigkeit.
Unseren unveröffentlichten Berechnungen zufolge kann es weniger Energie verbrauchen, Ihr Zuhause zu heizen, während Sie bei der Arbeit sind, und zu kühlen, wenn Sie nach Hause kommen, als es konstant kühl zu halten – aber es kommt darauf an.
Die Klimaanlage den ganzen Tag hochfahren, auch wenn Sie nicht da sind?
Denken Sie zuerst darüber nach, wie sich Wärme überhaupt ansammelt. Es fließt in Ihr Haus, wenn das Gebäude weniger gespeicherte Wärme hat als draußen. Wenn die Wärmemenge, die in Ihr Haus fließt, durch eine Rate von „1 Einheit pro Stunde“ angegeben wird, muss Ihre Klimaanlage immer 1 Einheit Wärme pro Stunde abführen. Wenn Sie Ihre Klimaanlage ausschalten und die Wärme ansammeln lassen, könnten Sie am Ende des Tages bis zu acht Stunden Wärme haben.
Es ist jedoch oft weniger als das – Häuser haben eine Grenze, wie viel Wärme sie speichern können. Und die Wärmemenge, die in Ihr Haus gelangt, hängt davon ab, wie heiß das Gebäude zu Beginn war. Wenn Ihr Haus beispielsweise nur 5 Wärmeeinheiten speichern kann, bevor es sich mit der Außenlufttemperatur einpendelt, müssen Sie am Ende des Tages höchstens 5 Wärmeeinheiten abführen.
Außerdem verlangsamt sich der Prozess der Wärmeübertragung, wenn sich Ihr Zuhause aufheizt; schließlich erreicht es im Gleichgewicht eine Wärmeübertragung von Null, wenn die Innentemperatur gleich der Außentemperatur ist. Ihre Klimaanlage kühlt bei extremer Hitze auch weniger effektiv, sodass das Ausschalten während der heißesten Stunden des Tages die Gesamteffizienz des Systems erhöhen kann. Diese Effekte bedeuten, dass es keine einfache Antwort darauf gibt, ob Sie die Klimaanlage den ganzen Tag aufblasen oder warten sollten, bis Sie abends nach Hause kommen.
Energieverbrauch durch verschiedene A/C-Strategien
Stellen Sie sich einen Testfall eines kleinen Hauses mit typischer Isolierung in zwei warmen Klimazonen vor: trocken (Arizona) und feucht (Georgia). Verwenden Software zur Energiemodellierung erstellt vom US National Renewable Energy Laboratory zur Analyse des Energieverbrauchs in Wohngebäuden, haben wir uns mehrere Testfälle für den Energieverbrauch in diesem hypothetischen 1,200 Quadratmeter großen Haus angesehen.
Wir haben drei Temperaturstrategie-Szenarien betrachtet. Man hat die Innentemperatur konstant auf 76 Grad Celsius eingestellt. Eine Sekunde lässt die Temperatur während eines achtstündigen Arbeitstages auf 24.4 F (89 C) steigen – ein „Rückschlag“. Der letzte verwendet eine Temperaturabsenkung auf 31.6 F (89 C) für einen kurzen vierstündigen Arbeitstag.
Innerhalb dieser drei Szenarien haben wir uns drei verschiedene A/C-Technologien angesehen: eine einzige Stufe zentrale Klimaanlage, eine zentrale Luftwärmepumpe (ASHP) und Minisplit-Wärmepumpeneinheiten. Zentrale Klimaanlagen sind typisch für aktuelle Wohngebäude, während Wärmepumpen aufgrund ihrer verbesserten Effizienz immer beliebter werden. Zentrale ASHPs können leicht beim Eins-zu-eins-Ersatz von zentralen Klimaanlagen verwendet werden; Minisplits sind effizienter als zentrale Klimaanlagen, aber teuer in der Einrichtung.
Wir wollten sehen, wie sich der Energieverbrauch der Klimaanlage in diesen Fällen unterscheidet. Wir wussten, dass unabhängig von der verwendeten HLK-Technologie das Klimaanlagensystem sprunghaft ansteigen würde, wenn der Thermostatsollwert auf 76 F (24.4 C) zurückkehrte, und auch in allen drei Fällen am späten Nachmittag, wenn die Außenlufttemperaturen normalerweise am höchsten sind. In den Rückschlagfällen haben wir die Klimaanlage so programmiert, dass sie mit der Kühlung des Raums beginnt, bevor der Bewohner zurückkommt, um den thermischen Komfort zu gewährleisten, wenn er nach Hause kommt.
Energiemodelle können zeigen, wie viel Energie ein Haus unter bestimmten Bedingungen verbraucht – wie dem heißen, trockenen Sommerwetter in Phoenix. Die Forscher ließen die Zahlen zu drei verschiedenen HVAC-Technologien und drei verschiedenen Temperatureinstellungsstrategien laufen. Pigott/Scheib/Baker/CU Boulder, CC BY-ND
Die Forscher verwendeten die gleichen drei verschiedenen HLK-Technologien und drei Temperatureinstellungsstrategien, diesmal jedoch für ein Haus im heißen und feuchten Atlanta. Pigott/Scheib/Baker/CU Boulder, CC BY-ND
Was wir festgestellt haben, war, dass selbst wenn die Klimaanlage vorübergehend zu Spitzenzeiten aufheizt, um sich von den höheren Innentemperaturen zu erholen, der Gesamtenergieverbrauch in den Absenkfällen immer noch geringer ist als bei Aufrechterhaltung einer konstanten Temperatur über den Tag. Auf Jahresbasis mit einer herkömmlichen zentralen Klimaanlage könnte dies zu Energieeinsparungen von bis zu 11 % führen.
Die Energieeinsparungen können jedoch abnehmen, wenn das Haus besser isoliert ist, die Klimaanlage effizienter ist oder das Klima weniger dramatische Temperaturschwankungen aufweist.
Die zentrale Luftwärmepumpe und die Minisplit-Wärmepumpe sind insgesamt effizienter, bringen jedoch weniger Einsparungen durch Temperaturabsenkungen. Eine achtstündige Unterbrechung an Wochentagen bietet unabhängig vom Systemtyp Einsparungen, während die Vorteile einer vierstündigen Unterbrechung weniger einfach sind.
Über den Autor
Aisling Pigott, Ph.D. Studentin des Architekturingenieurwesens, University of Colorado Boulder; Jennifer Scheib, Lehrbeauftragter für Gebäudesystemtechnik, University of Colorado Boulder und Kyri Bäcker, Assistenzprofessor für Gebäudesystemtechnik, University of Colorado Boulder
Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.
