Im Sommer kühl, im Winter warm
Gebäude lassen sich auch ohne Klimageräte temperieren – mit Wärmepumpen
Die Rotex Luft/Wasser-Wärmepumpe „HPSU compact“ ist serienmäßig mit einer integrierten Kühloption ausgestattet. Zur Kühlung wird der Prozess der Wärmepumpe in umgekehrter Richtung genutzt. Dem Gebäude wird Wärme entzogen und an die Außenluft abgegeben. Bild: Rotex
Die Luft/Wasser-Wärmepumpe „Logatherm WPL AR HT“ (Buderus) deckt den Heiz- und Kühlbedarf von größeren Wohngebäuden, Gewerbe und Industrie. Sie liefert 34 bis 177 kW Kälteleistung. Bild: Buderus
Die Sole-Wasser-Wärmepumpen der Baureihe „Terra Compact Ex“ von Roth können auch kühlen. Dafür ist ein externes Kühlpaket notwendig. Bild: Roth
Das Wärmepumpensystem „aro-therm“ von Vaillant deckt Heizleistungen zwischen 5 und 15 kW ab. Bei allen Leistungsklassen kann im Sommer als Mehrwert für den Haus- und Wohnungseigentümer die aktive Kühlfunktion genutzt werden. Bild: Vaillant
Kermi „x-change compact cool“ Luft/Wasser Wärmepumpe zur Außenaufstellung verfügt über eine Gebäude-Kühlfunktion durch reversiblen Kreislaufbetrieb. Bild: Kermi
Studien zeigen: Ausnahme-Sommer mit sehr hohen Temperaturen könnten schon bald zur Normalität werden. Klimaforscher prognostizieren, dass sich die Anzahl extremer Hitzewellen in den kommenden 25 Jahren vervierfachen wird. Auch die verbesserte Dämmung heutiger Gebäude trägt zu einem erhöhten Wärmeeintrag bei. Das Thema Kühlung wird daher künftig eine wichtige Rolle in der Gebäudetechnik spielen. Eine Alternative zu Klimaanlagen stellen Wärmepumpen mit Kühlfunktion dar.
Zwei Varianten der Kühlung
Zur Gebäudekühlung bieten Wärmepumpen zwei Verfahren: die aktive und die passive Kühlung.
Aktive Kühlung
Ist eine hohe und regelbare Kühlleistung erwünscht, empfiehlt sich die aktive Kühlung (active cooling). Dabei wird das Funktionsprinzip einer Luft/Wasser- oder Sole/Wasser-Wärmepumpe – die Aufnahme von Wärme aus der Umwelt und die Abgabe an das zu beheizende Gebäude – einfach umgedreht. Das Gebäude wird sozusagen zum Kühlschrank.
Die Wärmepumpe muss dazu mit einem reversierbaren bzw. umkehrbaren Kältekreislauf ausgerüstet sein. Der ursprüngliche Verdampfer wird zum Verflüssiger und der Verflüssiger wird zum Verdampfer. An Hitzetagen nimmt die Wärmepumpe die überschüssige Raumwärme auf und kühlt sie über den Verdichter ab. Wird ein Zusatzwärmeübertrager installiert, lässt sich die entstehende Abwärme effizient nutzen, beispielsweise zur Trinkwassererwärmung.
Passive Kühlung
Bei der zweiten Lösung, der passiven Kühlung (natural cooling, natürliche oder stille Kühlung), nutzen erdgekoppelte Wärmepumpen die niedrige Temperatur des Erdreiches oder des Grundwassers zur Klimatisierung. Der Verdichter der Wärmepumpe ist dabei nicht in Betrieb, was die Stromkosten senkt. Nur die Umwälzpumpen im Quellen- und Heizkreis arbeiten.
Bei Sole/Wasser-Wärmepumpen gelangt die Gebäudewärme von den Heiz- bzw. Kühlflächen über einen parallel zum Wärmepumpenkreislauf angeordneten Wärmeübertrager an den Solekreislauf und weiter ins Erdreich, wo sie abkühlt. Die gekühlte Sole wird anschließend wieder dem Heiz- oder Kühlkreis im Gebäude zugeführt und die Zirkulation beginnt von Neuem. In der Regel können Räume damit um rund 5°C gekühlt werden.
Die passive Kühlung profitiert davon, dass die Temperatur in der Erde ab einer Tiefe von 15 m ganzjährig bei rund 10°C liegt. Im Sommer stellt das Erdreich damit einen Kältespeicher und im Winter eine Wärmequelle dar. Durch die Wärmezufuhr im Sommer kann die Temperatur des Erdreichs ansteigen. Dies vermindert zwar zunächst die Kühlwirkung, ermöglicht aber die raschere Regenerierung der Erde und macht das anschließende Heizen im Winter dafür effektiver.
Investitionskosten
Zwar ist die passive Kühlung nicht ganz so wirkungsvoll wie die aktive Kühlung, punktet dafür aber mit geringeren Investitionskosten und einem energieeffizienteren Betrieb. Nach einer Studie des Umweltbundesamts ist bei Einfamilienhäusern die Umrüstung einer bestehenden Sole/Wasser-Wärmepumpe für die passive Fußbodenkühlung wirtschaftlicher als die Nachrüstung einer automatischen Sonnenschutzanlage. Werden Bürogebäude passiv gekühlt, lassen sich nach Berechnungen des Bundesverbands Wärmepumpe (BWP) bis zu 80% der Jahreskühlkosten im Vergleich zu einer Kühlung mit konventionellen Raumklimageräten einsparen. Bei einer aktiven Kühlung sind es immerhin noch 20%. Auch eine Kombination von aktiver und passiver Kühlung ist möglich: So empfiehlt es sich, bei geringerem Kühlbedarf zunächst die energiesparende passive Kühlung zu nutzen und bei größerer Hitze auf die aktive Kühlung umzuschalten.
Voraussetzungen für den Kühlbetrieb
Während herkömmliche Klimaanlagen gekühlte und warme Luft über Kanäle zu- und abführen, nutzen Wärmepumpen die Flächenheizsysteme zur Kälteübertragung. Die Kühlung erfolgt dabei durch Wärmestrahlung. Warme Oberflächen strahlen zur kalten Wand- oder Fußbodenheizung hin und kühlen sich dadurch ab. Es entstehen weder Zugluft noch Staubaufwirbelungen, was für Allergiker von Vorteil ist.
Da Kälte anders als Wärme nicht aufsteigt, sammelt sich bei Fußbodenheizungen die abgekühlte Luft jedoch über dem Boden an. Effektiver für die Raumkühlung sind daher Wandheizungen, denn dort ist der Anteil des Körpers, der mit der Kühlfläche im Strahlungsaustausch steht, größer als bei Fußbodenheizungen. Am größten ist der Kühleffekt bei einer Kühldecke, da durch die aufsteigende, warme Raumluft ein konvektiver Anteil hinzukommt. Optimale Einsatzgebiete dafür sind Industriehallen, Einkaufszentren oder Bürogebäude.
Werden Flächenheizungen eingesetzt, muss darauf geachtet werden, dass die Rohrleitung und die Heizflächen nicht zu stark abkühlen. Wird der Taupunkt der Raumluft unterschritten, kommt es zur Feuchtekondensation. Wann dies der Fall ist, hängt vom Luftdruck, der Lufttemperatur und der relativen Luftfeuchte ab. Abhilfe schafft die Installation einer Taupunktüberwachung. Dabei melden Feuchte- und Temperaturfühler problematische Werte an die Regelung der Wärmepumpe. Bevor der Taupunkt unterschritten wird, reduziert sie die Kühlung oder schaltet sie ganz ab. Für Einfamilienhäuser bieten sich zentrale Taupunktüberwachungen an. Bei größeren Gebäuden sind Taupunktwächter an den einzelnen Gebäudeachsen strategisch zu verteilen.
Eine weitere Möglichkeit zur Kühlung sind Gebläsekonvektoren. Da sie die Raumluft umwälzen, erfolgt die Kühlung schnell und effektiv. Bei einer integrierten Kondenswasserabfuhr ist eine eventuelle Unterschreitung der Taupunkttemperatur kein Problem.
Gebläsekonvektoren sind auch eine Option beim Einbau von kühlenden Wärmepumpen in Bestandsgebäude. Denn die dort meist vorhandenen Heizkörper eignen sich u.a. wegen ihrer zu kleinen Oberfläche nicht zur Kühlung. Generell ist die Temperierung mit Wärmepumpen jedoch eher für Neubauten interessant, da die Kühlwasserleitungen isoliert werden müssen, um auch dort eine Kondenswasserbildung zu vermeiden. Bei bereits unter Putz oder Estrich verlegten Rohren ist das nachträglich nicht mehr möglich.
Großes Marktangebot
Ob aktive oder passive Wärmeabfuhr: Die Hersteller bieten eine breite Palette an kühlenden Wärmepumpen, die alle Wärmequellen und Leistungsgrößen abdecken.
Internetadressen von Unternehmen und Verbänden, die sich mit der Kühlfunktion von Wärmepumpen befassen.
Bundesverband Wärmepumpe (BWP)
www.waermepumpe.de
Bosch Thermotechnik GmbH (Buderus)
www.buderus.de
Bosch Thermotechnik GmbH (Junkers)
www.junkers.com
Kermi GmbH
www.kermi.de
Remko GmbH & Co. KG
www.remko.de
Rotex Heating Systems GmbH
www.rotex-heating.com
Roth Werke GmbH
www.roth-werke.de
Stiebel Eltron GmbH & Co. KG
www.stiebel-eltron.de
Vaillant Deutschland GmbH & Co. KG
www.vaillant.de
Viessmann Werke GmbH & Co. KG
www.viessmann.de
