Luft/Luft-Wärmepumpen

Bei Luft/Luft-Wärmepumpen wird – wie bei allen Wärmepumpen – Wärmeenergie aus der Umwelt genutzt, um sie für die Beheizung eines Gebäudes einzusetzen. Dabei nutzen sie die in der Außenluft wie auch die in der Innenraumluft vorhandene Wärmeenergie. Streng genommen ist die Luft/Luft-Wärmepumpe keine „echte“ Wärmepumpe, da sie nicht über einen Kältemittelkreislauf verfügt, sondern nach dem Prinzip eines Wärmetauschers funktioniert. Die Verteilung der Wärme im Gebäude erfolgt über ein Lüftungssystem. Man spricht auch von einem Lüftungswärmesystem.

Gallerie

Überblick und Arten

Luft/Luft-Wärmepumpen nehmen unter den Wärmepumpen eine Sonderstellung ein. Statt die gewonnene Umweltenergie durch Verdampfung und Kompression auf ein höheres Wärmeniveau zu bringen, wird sie mit der Wärmeenergie der Abluft aus den Innenräumen angereichert und bei Bedarf nacherhitzt. Die Übergabe der Wärmeenergie an den Raum erfolgt nicht durch Radiatoren oder Flächenheizungen, sondern ausschließlich über Zuluftleitungen, weswegen Luft/Luft-Wärmepumpen immer auch Teil eines kompletten Lüftungssystems sind. Deshalb sind sie auch nur unter bestimmten Voraussetzungen geeignet. Der zusätzliche Einbau einer Heizungsanlage mit wasserführenden Leitungen und Heizkörpern bzw. Flächenheizungen ist in hochgedämmten Gebäuden, wie sie seit 2020 nach der EU-Gebäuderichtlinie verpflichtend sind, nicht nötig. Auch mache Multisplitanlagen arbeiten ähnlich wie Luft/Luft-Wärmepumpen.

Funktionsweise

Herzstück der Geräte ist der Wärmetauscher, meist ein Plattenwärmetauscher oder Kreuzstromwärmetauscher, in dem die Wärmeenergie aus der Raumluft an die durch Ventilatoren angesaugte Außenluft übergeben wird. Mit diesem Prinzip wird die Frischluft erwärmt, wobei der verbrauchten Raumluft bis zu 95 Prozent der Wärmeenergie entzogen werden und für die Zuluft wieder zur Verfügung gestellt werden können. Meist folgt dann noch ein (elektrischer) Zuluftnacherhitzer, mit dem die Lufttemperatur auf das gewünschte Niveau gebracht wird. Über Belüftungsleitungen gelangt die erwärmte Luft schließlich zu den einzelnen Räumen, die dadurch erwärmt werden.

Voraussetzungen

Da die Luft/Luft-Wärmepumpe im Grunde eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung (bei Wohngebäuden einer kontrollierten Wohnraumlüftung KWL) ist, muss das Gebäude, in dem sie eingebaut wird, wie bereits erwähnt, hochgedämmt sein. Oftmals ist das nur bei Passiv- oder Niedrigenergiehäusern der Fall, die eine Heizlast von weniger als 10 Watt pro Quadratmeter nicht überschreiten. Deshalb müssen die Voraussetzungen zum Einbau eines Lüftungswärmesystems bereits zu Beginn der Planung geschaffen werden. Auch wenn der Wärmetauscher selbst nicht viel Platz einnimmt, muss für die Lüftungsleitungen genügend Platz eingeplant werden. Die Verlegung ist etwa in abgehängten Decken oder auch im Doppelboden möglich. Die Auswahl an Systemen und Möglichkeiten auf dem Markt ist groß, weswegen entsprechende Fachleute bei der Planung hilfreich sind.

Sanierung in Bestandsbauten

Altbauten erfüllen meist nicht die Voraussetzungen für den Einbau einer Luft/Luft-Wärmepumpe bzw. die Nutzung eines Lüftungswärmesystems. Grund dafür ist die oftmals fehlende Luftdichtigkeit, die für einen effizienten Betrieb nötig wäre. Sie in nicht dichten Bestandsbauten herzustellen, bedeutet einen sehr hohen Aufwand, der im Hinblick auf das Gesamtziel der Heizungssanierung nicht zu rechtfertigen ist. Andere Heizsysteme sind bei der Sanierung im Bestand also bevorzugt einzuplanen.

Erhöhung der Effizienz durch Erdwärmetauscher

Die Frischluft muss nicht oberirdisch angesaugt werden, sondern kann auch über einen Erdwärmetauscher oder einen Luftbrunnen vorgewärmt werden. Beim Erdwärmetauscher durchläuft die Luft zunächst ein Rohr oder ein Kiesbett in der Erde und nimmt die darin enthaltene Wärme auf. Ähnlich funktioniert ein Luftbrunnen, der jedoch tiefer als der Erdwärmetauscher in die Erde reicht. Die auf diese Weise vortemperierte Luft muss weniger stark nacherwärmt werden, wodurch die Energiebilanz verbessert wird. Im Sommer wiederum kann die Vortemperierung außerdem zur Kühlung der Raumluft genutzt werden.

Vor- und Nachteile

Unter den Wärmepumpen besitzt die Luft/Luft-Wärmepumpe die vergleichsweise niedrigsten Anschaffungskosten. Da die Installation einer Heizungsanlage mit der üblichen Technik nicht nötig ist, spart man viel Platz und Kosten. Allerdings muss Platz für die Luftkanäle in Decken oder Fußböden bleiben. Die Raumklimatisierung mit Luft/Luft-Wärmepumpen basiert auf dem Prinzip der Luftzirkulation, weswegen gleichzeitig nicht nur für stetig frische Luft gesorgt wird, sondern auch Schimmelbildung verhindert und somit die Baubiologie verbessert wird. Die Geräte können im Sommer außerdem relativ leicht zur Raumkühlung eingesetzt werden, durch Zuführen kühlerer (in der Erde vortemperierter) Luft sowie im umgekehrten Betrieb durch Abführen der erwärmten Innenraumluft (ohne Einsatz des Wärmetauschers). Auch dezentrale Geräte (selbstständig tätig oder im Gebäude vernetzt) lassen sich auf diese Art betreiben. Allergiker freuen sich ebenfalls über den Einsatz von einer Raumheizung durch ein Lüftungswärmesystem, denn die Luft ist frei von Staub und Pollen, aber auch von Viren und Bakterien. Luft/Luft-Wärmepumpen lassen sich schließlich einfach mit einer Photovoltaikanlage oder auch mit Solarthermie kombinieren.

Sie können üblicherweise nicht zur Erzeugung von Warmwasser genutzt werden. Auch Flächenheizungen wie Fußbodenheizungen können nicht betrieben werden, denn es gibt keinen (wassergeführten) Heizkreislauf. So sind sie nur unter bestimmten Voraussetzungen sinnvoll (s. Punkt Voraussetzungen) und bringen je nach gewünschtem Komfort keine ausreichenden Ergebnisse. Auch wenn die Geräte selbst recht wartungsarm sind, sind luftgeführte Klimatisierungsanlagen im Vergleich zu anderen Heizsystemen wartungsintensiver. Die Lüftungskanäle müssen regelmäßig geprüft und vor allem die Filter regelmäßig ausgetauscht werden. Der Betrieb von Luft/Luft-Wärmepumpen ist im Winter recht ineffizient, da die Luft zusätzlich stark erwärmt werden muss. Mitunter ist auch eine zusätzliche Luftbefeuchtung notwendig.

Splitanlagen zum Kühlen und Heizen

Eine weitere Anwendungsart der Luft/Luft-Wärmepumpe sind Kompakt- oder Splitgeräte mit Außen- und Inneneinheit, die für einen reversiblen Betrieb ausgelegt sind. Die sogenannten VRF- oder auch VRV-Multisplit-Systeme sind weiterentwickelte Splitanlagen. Die Abkürzung VRF steht für engl. Variable Refrigerant Flow, übersetzt variabler Kältemittelmassenstrom. Bei diesen Geräten handelt es sich ebenfalls um Luft/Luft-Wärmepumpen-Systeme. Beim Multisplitsystem versorgt eine Außeneinheit mehre Splitgeräte mit Wärmeenergie, die in den jeweiligen Geräten umgesetzt wird. Am weitesten verbreitet sind Luft/Luft-Kältemittelanlagen mit elektrischer Wärmepumpe. Es gibt aber auch Systeme mit integrierter Gaswärmepumpe. Elektro- wie auch Gas-VRF-Multisplitsysteme werden als Zwei- und Dreileiter-Systeme installiert. Bei Zweileiter-Systemen können von einer Außeneinheit im Gebäude alle Räume entweder gekühlt oder beheizt werden. Die Dreileiter-Systemen besitzen eine zusätzliche Kältemittelleitung und Umschalteinheit. Hier kann eine Außeneinheit manche Räume beheizen und zugleich andere kühlen. Dabei ist die sogenannte „Wärmeverschiebung“ möglich. Das bedeutet, dass beim Kühlprozess freiwerdende Wärme – zum Beispiel von Technikräumen – zu Geräten geleitet wird, die im Heizbetrieb arbeiten (z. B. Büroräume in der Nordseite). Damit ist eine hohe Effizienz dieser Klima-Heizanlage möglich.

Fachwissen zum Thema