Kühlen mit der Wärmepumpe
Ratgeber Wärmepumpe
Wie kühlt eine Wärmepumpe
Wärmepumpen lassen sich auch zur Kühlung der Wohnräume einsetzen, wenn die notwendigen technischen Voraussetzungen erfüllt sind. Egal ob Luft/Wasser-, Sole/Wasser- oder Wasser/Wasser-Wärmepumpe – anders als klassische Klimaanlagen kühlt die Wärmepumpe ganz ohne unangenehmen Luftzug über die Wasserleitungen der Fußboden- bzw. Wandheizung.
Dabei wird zwischen zwei Betriebsweisen unterschieden, dem aktiven Kühlen und passiven Kühlen. Das Prinzip ist bei beiden Kühlungsvarianten gleich: Statt wie im Heizbetrieb der Umwelt Wärme zu entziehen und an das zu beheizende Gebäude abzugeben, wird im Sommer die überschüssige Raumwärme aufgenommen und nach außen abgeführt.
Passive Kühlung mit einer Wärmepumpe
Die passive Kühlung (natural cooling) basiert ausschließlich auf dem Prinzip der Wärmeübertragung. Über die jeweiligen Heizkreise wird dem Gebäude Wärmeenergie entzogen und direkt dem Primärkreis der Wärmepumpe mit einem zusätzlichen Wärmetauscher zugeführt.
Über den Primärkreis wird die Wärmeenergie an das Erdreich oder das Grundwasser abgegeben. Während der passiven Kühlung ist die Wärmepumpe nicht in Betrieb – bleibt ausgeschaltet „passiv“. Als Kühlfläche eignet sich auch hier eine Fußbodenheizung oder eine Wandheizung.
Geeignete Wärmepumpen:
Aktive Kühlung mit einer Wärmepumpe
Für die aktive Kühlung (active cooling) muss die Wärmepumpe reversibel sein. Das bedeutet: Der Kältekreisprozess muss sich umkehren lassen.
Denn für die aktive Kühlung läuft er in entgegengesetzter Richtung ab. Bei der Kühlung entzieht das Wasser, das in den jeweiligen Heizkreisen oder separaten Kühlkreisen zirkuliert, dem Gebäude Wärmeenergie und wird direkt der Wärmepumpe zugeführt.
In der Wärmepumpe sorgt der umgekehrte Kältekreisprozess dafür, dass die Raumwärme an die Außenluft abgegeben wird. Die Wärmepumpe bleibt „aktiv“. Als Kühlfläche für die aktive Kühlung eignet sich eine Fußboden- oder Wandheizung.
Geeignete Wärmepumpen von Kermi:
Unterscheidung zwischen aktiver und passiver Kühlung
Passive Kühlung
Bei der passiven Kühlung wird das Wasser im Wärmeverteilersystem ausschließlich durch den Wärmeaustausch mit dem Erdreich abgekühlt. So strömt etwa 18 Grad Celsius kaltes Wasser durch die Heiz- bzw. Kühlkreise und entzieht den Wohnräumen die Wärme.
Die Wärmeabfuhr wird über einen zusätzlichen Wärmetauscher realisiert, so dass die überschüssige Wärme in das Erdreich geleitet wird. Die Wärmepumpe arbeitet dabei nicht aktiv. Lediglich die Wärmequelle- und die Heizungspumpe sind in Betrieb und sorgen für eine Zirkulation sowie den notwendigen Wärmeaustausch.
Aktive Kühlung
Bei der aktiven Kühlung wird das Funktionsprinzip der Wärmepumpe umgedreht. So nimmt die Wärmepumpe an Hitzetagen Raumwärme auf und kühlt sie über den Verdichter ab. Das Gebäude wird sozusagen zum „Kühlschrank“.
Die Wärmepumpe arbeitet aktiv. Der Kältemittelkreislauf aus Verdampfen, Verdichten und Verflüssigen läuft dabei in entgegengesetzter Richtung zum Heizbetrieb ab: Der ursprüngliche Verdampfer wird zum Verflüssiger und der Verflüssiger wird zum Verdampfer.
Wichtig:
Wenn die Kühlung über eine Fußboden- oder Wandheizung realisiert wird, darf sollte die Taupunkttemperatur nicht unterschritten werden. Sonst könnte sich Feuchte auf oder im Boden niederschlagen und Schäden verursachen. Sicherheit bieten spezielle Fühler, die die Kühlleistung bei einer Taupunktunterschreitung (abhängig von Temperatur und relativer Feuchte) herunterfahren.
Allgemeine Voraussetzungen
Beschattung
Ein wichtiger Bestandteil eines Gebäudes mit Kühlung ist die vernünftige Beschattung der Fensterflächen. Damit die Wirkung der Kühlung im Gebäude bemerkbar ist, müssen die solaren Gewinne durch die Sonne im Kühlfall auf ein Minimum reduziert werden, sonst wird an warmen Sommertagen mehr Wärmeenergie durch die Fenster ins Gebäude gebracht, als Kälteenergie durch die Kühlung zur Verfügung gestellt werden kann.
Kühlung im Raum
Damit das von der Wärmepumpe gelieferte kalte Wasser auch genutzt werden kann muss ein geeignetes Kühlsystem im Raum verbaut sein. Als einfachstes System gilt es, die verbaute Fußbodenheizung mit Hilfe von geeigneten Raumreglern und einer Taupunktüberwachung in eine Fußbodenkühlung zu verwandeln. Die Wirkung der Fußbodenkühlung im Raum ist jedoch stark abhängig vom Verlegeabstand der Fußbodenheizung, der Beschaffenheit des Fußbodens(z. B. Fliesen- oder Holzboden) und auch der Bauart des Gebäudes. Abhängig von diesen Faktoren kann die Fußbodenkühlung nur bedingt Eingriff auf die Raumtemperatur nehmen. Des weiteren kann es möglicherweise zu Komforteinbusen durch einen „kalten Fußboden“ kommen. Mögliche anderer oder auch zusätzliche Kühlsysteme wie z. B. Deckenkühlelemente oder auch Systeme mit Gebläsekonvektoren in verschiedene Ausführungen können die Kühlleistung im Raum in den meisten Fällen um ein vielfaches erhöhen.
Taupunkt
Ein sehr wichtiger Punkt bei der Kühlung eines Gebäudes ist der Taupunkt. Je nach Umgebungstemperatur, Vorlauftemperatur im Kühlsystem, Luftfeuchtigkeit und Oberflächenbeschaffenheit kann es bei der Kühlung in Gebäuden zu einer unerwünschten Feuchtigkeits- und Wasserbildung durch unterschreiten des Taupunkts kommen. Dies muss unbedingt vermieden werden, da bei unerwünschter Feuchtigkeits- und Wasserbildung große Schäden am Gebäude und im System entstehen können. Bei Verwendung der Kühlfunktion sind sämtliche Rohrleitungen und Formstücke aus korrosionsbeständigem Material zu erstellen. Ferner sind die betreffenden Rohrleitungen und Pufferspeicher/hydraulische Weichen innerhalb des Gebäudes dampfdiffusionsdicht zu dämmen.
Abhängig vom Kühlsystem muss entweder die Taupunktüberwachung gewährleistet sein und bei einer Taupunktunterschreitung, bevor Feuchtigkeit anfällt, die Kühlung des betreffende Systems deaktiviert werden, und/oder das anfallende Kondensat kontrolliert abgeführt werden (z. B. bei Gebläsekonvektoren).
Taupunktüberwachung in einem Fußbodenheiz- und Fußbodenkühlsystem
Empfohlen wird je ein Taupunktwächter direkt am Speicher, nach der betreffenden Heiz-/Kühlkreispumpe. Zusätzlich muss in jedem FBH-Verteiler ein Taupunktwächter installiert und angeschlossen sein.
Umschaltung von Heizen auf Kühlen - Change/Over-Signal (C/O)
Damit die gesamte Heiz-/Kühltechnik in einem Gebäude weiß, ob sich das System im Heiz- oder Kühlbetrieb befindet, gibt es das sogenannte Change/Over-Signal (C/O). Ein übergeordneter Regler entscheidet, meist anhand der Außentemperatur, ob geheizt oder gekühlt werden soll, dies übernimmt im Normalfall die Wärmepumpe. Hier wird bei der Umschaltung von Heizen auf Kühlung ein Kontakt geschlossen bzw. geöffnet. Dieser Kontakt teilt den anderen Teilnehmern im System (z. B. der Fußbodenheizung/-kühlung) mit, dass jetzt gekühlt wird.
Planung und Auslegung einer Kühlung
Um sicherzustellen, dass die Kühlung funktioniert, wird empfohlen auch jedes Kühlsystem mittels einer Kühlastberechnung auszulegen. Es muss die allgemeine Kühllast, die benötigte Kühlleistung der Systeme im Raum sowie alle weiteren benötigten Daten errechnet und geplant werden. Nicht zu vergessen sind Dinge wie z. B. Solare gewinnen durch die Sonneneinstrahlung, innere Gewinne durch elektrische Geräte oder Personen, der Luftaustausch durch manuelle oder kontrollierte Be- und Entlüftung des Gebäudes, usw. in die Berechnung mit einzubeziehen.