Forschung: Wie effizient ist die Kühlung mit Wärmepumpe?
Fraunhofer IBP hat Umkehrbetrieb von Wärmepumpen untersucht und mit Klimageräten verglichen
Heiße Sommertage wird es wegen des Klimawandels künftig in unseren Breiten wahrscheinlich häufiger geben. Bei der Planung eines Neubaus oder der energetischen Sanierung eines Bestandsbaus steht also möglw. auch der Einbau einer Klimaanlage zur Debatte. Eine Alternative dazu kann die Nutzung des Heizsystems zur Kühlung sein, denn manche Wärmepumpen lassen sich im Umkehrbetrieb auch zum Kühlen einsetzen. Wie sinnvoll das ist, hat das Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP anhand verschiedener Modelle untersucht und jetzt die Ergebnisse vorgelegt.
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Im Jahr 2016 wurden für die Kühlung von Wohn- und Geschäftsgebäuden rund 2.000 Terawattstunden verbraucht, so die Internationale Energie Agentur IEA. Weltweit macht das geschätzt rund zehn Prozent des gesamten Stromverbrauchs aus. Bis 2050 könnte sich diese Menge verdreifachen. In Deutschland rechnen Experten in den nächsten zwanzig Jahren mit einer Verdoppelung des Kühlenergieverbrauchs im Wohngebäudebereich, bei Nichtwohngebäuden rechnet das Umweltbundesamt mit einem Anstieg von 25 Prozent. Wärmepumpen jedoch können reversibel betrieben werden. So ließe sich der Betrieb oder gar die Neuanschaffung von Klimageräten umgehen und Energie einsparen.
Reversible Wärmepumpe versus Klimagerät
Um einschätzen zu können, inwiefern sich mit dieser Technologie die sommerliche Überhitzung vermeiden lässt, hat die Ingenieurin am Fraunhofer IBP Sabine Giglmeier mit ihrem Team eine Potenzialanalyse zweier unterschiedlicher Prinzipien durchgeführt. Wärmepumpen in Kombination mit Wärmeverteilern wie Radiatoren und Fußbodenheizungen wurden dabei mit Klimageräten verglichen, die ihre Abwärme über einen Schlauch durch das Fenster oder über einen Durchbruch in der Wand abführen. Zunächst wurde unter Laborbedingungen in einer Klimakammer getestet, wie gut die Kühlleistung von Wärmepumpen in Kombination mit Radiatoren oder Fußbodenheizungen ist. Anschließend wurden digitale Zwillinge dieser Systeme mit der Gebäudesimulationssoftware WUFI Plus geprüft. Mit der Software lassen sich Wärme und Feuchte (hygrisch) gekoppelt berechnen, unter Einbezug verschiedener Raumparameter. Das Ergebnis: Sowohl Radiatoren als auch Fußbodenheizungen haben das Potenzial, in Büroräumen mit einer Standardgröße von 16 Quadratmetern, Fenstergrößen bis zu drei Quadratmetern und zwei Mitarbeitenden die Raumlufttemperatur im Sommer signifikant zu reduzieren und einen angenehmen Kühleffekt zu erzeugen, ohne dass dabei an kalten Oberflächen unerwünschtes Tauwasser entsteht.
Zu kalt darf die Raumluft nicht werden
Wichtig dabei ist allerdings, dass die Kühlung taupunktgeführt erfolgt. Denn die Feuchtigkeit in der Raumluft schlägt sich an Oberflächen nieder, wenn sie kälter sind als die Taupunkttemperatur der Luft. Das Wasser im System darf also nicht kälter sein als die Taupunkttemperatur der Luft. Die Berechnungen der Forschenden ergab außerdem eine Reduktion der Übertemperaturstunden um über vierzig Prozent bei einer Radiatorgröße von siebzig Zentimeter auf einem Meter. Doppelt so große Radiatoren führen zu einer Reduktion von 65 Prozent im Vergleich zu einem ungekühlten Raum. Je größer schließlich der Fensterflächenanteil eines Raumes ist, desto größer muss auch die Kühlfläche sein, um komfortable Raumtemperaturen zu erhalten. Weitere Tests des Fraunhofer IBP ergaben, dass über Fußbodenheizungen sogar deutlich höhere Kühleffekte erzielt werden können. Noch zu prüfen sei nun, so die Forschenden, inwieweit das Gesamtsystem die Behaglichkeit des Nutzers beeinflusst (etwa durch zu kalte Fußböden) oder ob sich die Temperaturwechsel auf Fußbodenbeläge und andere Materialien im Raum auswirken.
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