Aktive und passive Kühlung mit Wärmepumpen

Eine Alternative zu Klimaanlagen stellen Wärmepumpen mit Kühlfunktion dar. Zur Gebäudekühlung bieten Wärmepumpen zwei Verfahren: die aktive und die passive Kühlung.

Gallerie

Aktive Kühlung
Ist eine hohe und individuell regelbare Kühlleistung erwünscht, empfiehlt sich die aktive Kühlung (active cooling). Dabei wird das Funktionsprinzip der Wärmepumpe – die Aufnahme von Wärme aus der Umwelt und die Abgabe an das zu beheizende Gebäude – umgedreht. Das Gebäude wird sozusagen zum Kühlschrank. Die Wärmepumpe muss dazu mit einem reversierbaren beziehungsweise 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, natürlichen oder stillen Kühlung (natural cooling), nutzen erdgekoppelte Wärmepumpen die niedrige Temperatur des Erdreichs 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 fünf Grad Celsius gekühlt werden.

Die passive Kühlung profitiert davon, dass die Temperatur in der Erde ab einer Tiefe von 15 Metern ganzjährig bei rund zehn Grad Celsius 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 etwas die Kühlwirkung, macht aber wiederum das anschließende Heizen mit der Wärmepumpe im Winter effektiver.

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.

Investitionskosten
Die passive Kühlung ist nicht ganz so wirkungsvoll wie die aktive Kühlung. Dafür punktet sie aber mit geringeren Investitionskosten und einem energieeffizienteren Betrieb, der nahezu frei von klimaschädlichen CO2-Emissionen ist.

Für Einfamilienhäuser ist die passive Kühlung über Flächenheizsysteme in der Regel sinnvoller als die aktive Kühlung, da die Zusatzinvestitionskosten überschaubar sind. Nach einer Studie des Umweltbundesamts ist bei Eigenheimen die Umrüstung einer bestehenden Sole-Wasser-Wärmepumpe für die passive Fußbodenkühlung sogar wirtschaftlicher als die Nachrüstung einer automatischen Sonnenschutzanlage.

Werden Bürogebäude passiv gekühlt, lassen sich nach Berechnungen des Bundesverbands Wärmepumpe (BWP) bis zu achtzig Prozent der Jahreskühlkosten im Vergleich zur Kühlung mit konventionellen Raumklimageräten einsparen. Bei aktiver Kühlung sind es zwanzig Prozent.

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