Eine Wärmepumpe funktioniert im Prinzip wie ein Kühlschrank: Die aus der Umwelt entzogene Wärme wird in der Wärmepumpe mithilfe eines Kältemittels durch Verdichtung auf ein höheres Temperaturniveau gebracht und dann über ein sogenanntes Wärmeverteilsystem (z. B. Fußbodenheizung, Radiatoren) an die Umgebung abgegeben.
Kühlen mit der Luft/Wasser-Wärmepumpe
In der Fußbodenheizung zirkuliert in kalten Monaten das durch die Wärmepumpe erwärmte Heizungswasser, so ist es behaglich warm. Zum Kühlen wird der Kältekreis der Luft/Wasser-Wärmepumpe in seiner Funktion umgedreht und arbeitet dann über das im Kältekreis eingebaute Vier-Wege-Ventil reversibel. Durch die Umschaltung wird kühles Wasser durch die Fußbodenheizung geschickt und senkt so die Raumtemperatur. Die dem Gebäude entzogene Wärme wird bei Luft/Wasser-Wärmepumpen über den Lüfter an die Umgebung abgegeben.
Es gibt zwei Möglichkeiten, Wärmepumpen zum Kühlen zu nutzen: die passive oder die aktive Kühlung. Die Lösungen liefern unterschiedlichen Nutzen.
Passive Kühlung
Das sogenannte passive Kühlen (auch Natural Cooling) nutzt die ganzjährig niedrigeren Temperaturen des Erdreichs oder des Grundwassers für die Kühlung und ist nur mit Wärmepumpen möglich, die das Erdreich als Wärmequellen nutzen. Bei der Sole/Wasser-Wärmepumpe entzieht die Soleflüssigkeit die Wärme über einen Wärmetauscher aus dem Heizkreis und führt sie an die Erdsonde ab. Bei Wasser/Wasser-Wärmepumpen übernimmt das Grundwasser diese Aufgabe. Dabei reicht es, wenn lediglich die Umwälzpumpen sowohl im Heizkreislauf wie auch in der Wärmequelle arbeiten – der Verdichter muss nicht laufen (passiv). Der technische und finanzielle Aufwand bei der Montage und die Betriebskosten für das passive Kühlen mit der Wärmepumpe sind relativ gering. Es lässt sich in der Regel eine gute Temperierung der Innenräume erreichen, die tatsächliche Kühlleistung hängt jedoch sehr stark von der Dimensionierung der Wärmequelle ab. Ein positiver Nebeneffekt hierbei ist, dass die Erdsonden sich durch die von den Wohnräumen zugeführte Wärme regenerieren. Dies kann die Effizienz der Wärmepumpe für den Heizbetrieb steigern.
Aktives Kühlen mit der Wärmepumpe
Das Prinzip des aktiven Kühlens mit einer Wärmepumpe ist grundsätzlich mit jeder Wärmepumpe möglich. Luft/Wasser-Wärmepumpen können nur aktiv kühlen, da die Wärmequelle - Außenluft im Sommer - für die passive Kühlung zu warm ist.
Bei der aktiven Kühlung wird die Funktionsweise der Wärmepumpe durch ein integriertes Vier-Wege-Ventil einfach umgekehrt. Bei dieser Methode ist der Verdichter in Betrieb und die Wärmepumpe kann im Vergleich zur passiven Kühlung dauerhaft niedrige Kühlwassertemperaturen sicherstellen.
Die Betriebskosten beim aktiven Kühlen sind höher als bei der passiven Kühlung, da der Verdichter weiter betrieben wird. Sinnvoll ist in einem solchen Fall die Kombination mit einer Photovoltaikanlage, da der Strom genau dann benötigt wird, wenn die Sonne scheint. So wird auch in den Sommermonaten der Eigenanteil an selbst erzeugtem Strom gesteigert.
Welche Voraussetzungen müssen geschaffen werden?
Soll eine Wärmepumpe auch zum Kühlen verwendet werden, muss das restliche Heizsystem darauf abgestimmt werden. Herkömmliche Heizkörper (Radiatoren) eignen sich nicht zur Kühlung, da sie durch ihre geringe Fläche die Raumluft nur eingeschränkt kühlen können. Hinzu kommt die erhöhte Gefahr der Kondenswasserbildung.
Bei der aktiven Kühlung unterscheidet man zwischen zwei Arten: stille und dynamische Kühlung.
Bild: Glen Dimplex Deutschland GmbH
Stille Kühlung
Bei der sogenannten stillen Kühlung werden Fußboden-, Wand- und Deckenheizsysteme zusätzlich zum Kühlen genutzt. Durch die großen Übertragungsflächen ist keine aktive Ventilatorunterstützung erforderlich und es entsteht auch keine Geräuschentwicklung (still). Die Kühlwassertemperatur muss über dem Taupunkt gehalten werden, um die Bildung von Kondensat zu vermeiden. In den zu kühlenden Räumen übernimmt ein intelligenter Raumtemperaturregler (z.B. Smart RTC von Dimplex) die Überwachung der Raumtemperatur und Feuchte. Der erforderliche Heizungsmischer hält dann die Kühlwassertemperatur automatisch oberhalb des vom Dimplex-Wärmepumpenmanagers berechneten Taupunktes. Die stille Kühlung ist also ideal geeignet, um einer allmählichen Erwärmung des Gebäudes entgegenzuwirken.
Dynamische Kühlung
Höhere Kühlleistungen lassen sich mit Gebläsekonvektoren erzielen. Durch die aktive Unterstützung der Wärmeübertragung mit Ventilatoren kann auch bei hoher Luftfeuchtigkeit mehr Kühlleistung übertragen werden. Die Kühlwassertemperaturen liegen unterhalb des Taupunktes und kühlen und entfeuchten so die Raumluft. Das anfallende Kondensat muss über einen Kondensatablauf abgeführt werden.
Der Umgang mit Kondensat
Bei der dynamischen Kühlung müssen alle Rohrleitungen und Verteiler mit einer dampfdiffusionsdichten Dämmung ausgerüstet werden, sodass die Rohrleitungen nicht „schwitzen“. Die Vermeidung bzw. das Abführen von Kondensat ist bei der Projektierung zu berücksichtigen.
Bei der stillen Kühlung wird nach dem Heizkreis-Mischer die Temperatur über dem berechneten Taupunkt gehalten. Ein zusätzlich an den Verteilern angebrachter Taupunktwächter unterbricht den Kühlbetrieb, falls es dort z. B. durch hohe Luftfeuchtigkeit zu einem Kondensatanfall kommt.
Umschaltung der Wärmepumpe auf Kühlung
Der Dimplex-Wärmepumpenmanager kann über die automatische Umschaltung des Betriebsmodus den Kühlbetrieb aktivieren, wenn die Außentemperatur über einen längeren Zeitraum den einstellbaren Außentemperaturwert übersteigt. Natürlich ist auch ein manueller Eingriff über den Regler am Gerät oder eine mobile Home App möglich.
Wie umweltfreundlich ist das Kühlen mit der Wärmepumpe?
Eine Wärmepumpe nutzt keine fossilen Brennstoffe, sondern Umweltenergie aus Luft, Erdreich oder Grundwasser, die sie mit elektrischer Energie vervielfacht. Folglich ist ihr Betrieb sehr emissionsarm, bei Bezug von Ökostrom oder Eigenstromnutzung über die PV-Anlage sogar vollständig klimaneutral. Dabei spielt es keine Rolle, ob mit der Wärmepumpe geheizt oder gekühlt wird.
Bild: Glen Dimplex Deutschland GmbH
Wärmepumpenheizkörper als Nachrüstlösung
Eine Nachrüstung der stillen Kühlung ist unter gewissen Bedingungen möglich. Normale Heizkörper sind jedoch für die Kühlung ungeeignet. Mit System E bietet beispielsweise der Hersteller Dimplex eine speziell für Renovierungen entwickelte Wärmepumpe an. Das Wärmepumpensystem wurden für den Betrieb mit Heizkörpern konzipiert und erreicht selbst bei Vorlauftemperaturen von 55°C höchste Effizienzbewertungen (A+++). Für den Fall, dass die Vorlauftemperaturen gesenkt werden sollen oder eine stille Kühlung gewünscht wird, bietet der Hersteller im Systemzubehör auch Wärmepumpenheizkörper. Diese ermöglichen eine Absenkung der Vorlauftemperatur im Heizbetrieb für noch mehr Effizienz und bieten im Kühlbetrieb eine angenehme stille Kühlung.
Wärmepumpe mit Kühlung planen und installieren
Egal, ob Wärmepumpen zum Heizen oder Kühlen zum Einsatz kommen: Wärmepumpen eignen sich für nahezu jedes Gebäude. Die Wahl der passenden Wärmepumpe richtet sich nach dem vorhandenen Platz im Gebäude oder auf dem Grundstück, dem Gebäudeenergiebedarf und der Bebauungssituation.
Eine fachgerechte Planung und Installation durch den Handwerker ist wichtig für die langfristige Zufriedenheit der Bewohnerinnen und Bewohner. Dimplex liefert hierfür ein breites Portfolio an geeigneten Produkten für jede Anwendung im Bereich Heizen und Kühlen an.
Umweltbeitrag einer Wärmepumpe
Wärmepumpen schonen das Klima, denn sie beziehen rund dreiviertel der Energie zum Heizen aus der Umwelt. Somit wird weniger CO2 in die Atmosphäre abgegeben. Um die fast kostenlose Umweltwärme nutzbar zu machen, benötigen Wärmepumpen lediglich einen kleinen Anteil Strom für Antrieb, Pumpen, Stellventile und die Steuerung. Die Technik und die Kosten variieren, abhängig davon, ob die Energie aus der Luft, der Erde oder dem Wasser gewonnen wird.
1 Wärmepumpen liefern prinzipiell immer gleichzeitig Wärme- und Kühlenergie
2 Sole/Wasser-Wärmepumpen und Wasser/Wasser-Wärmepumpen können passiv kühlen. Hierbei arbeitet nur die Umwälzpumpe und der Verdichter bleibt passiv.
3 Luft/Wasser-Wärmepumpen können nur aktiv kühlen. Der Verdichter muss dabei also den Betrieb aufnehmen
Bild: Glen Dimplex Deutschland GmbH
