Kühlen mit einer Wärmepumpe: alles über Funktionen, Vor- und Nachteile
Vielen ist gar nicht bewusst, dass sie mit einer Wärmepumpe auch kühlen können. Dafür wird der Kältekreislauf einer Wärmepumpe umgedreht. Wie das Kühlen mit einer Wärmepumpe im Detail funktioniert und welche Vor- und Nachteile es hat, liest du hier.
Das Wesentliche in Kürze
Wärmepumpe als Klimaanlage: Sowohl Luft-Wasser- als auch Grundwasser- und Erdwärmepumpen können heizen und kühlen. Dazu kehren sie den Kältekreislauf um: Statt Wärme aus der Umwelt ins Haus zu transportieren, leiten sie diese von innen nach außen.
Aktive und passive Kühlung: Alle modernen Wärmepumpen beherrschen die aktive Kühlung mittels Kompressor. Diese Funktion kann die Heizflächen unter idealen Bedingungen auf bis zu 20 Grad abkühlen. Die passive Kühlung ist nur Grundwasser- und Erdwärmepumpen vorbehalten – der Kühleffekt ist dabei gering.
Voraussetzungen: Um Innenräume mit der Wärmepumpe zu kühlen, brauchst du große Heizflächen, idealerweise Fußboden- oder Wandheizungen. Klassische Heizkörper können die Kühlung nicht leisten. Du kannst sie aber durch Gebläsekonvektoren ersetzen.
Angenehme Kühlung: Der Kühleffekt ist mit Wärmepumpen weniger stark als mit herkömmlichen Klimaanlagen, es sind generell nur wenige Grad möglich. Dafür erzeugen sie keinen unangenehmen Luftzug, trocknen die Raumluft nicht aus und fügen sich unsichtbar ins Interieur ein.
Bekannt aus
Mit einer Wärmepumpe kühlen – wie viel Grad sind möglich, welche Vor- und Nachteile gibt es?
Eine Wärmepumpe ist immer eine gute Investition – aber wusstest du, dass du mit ihr auch kühlen kannst? Zu Beginn bekommst du erst einmal einen kurzen Überblick über die wichtigsten Punkte.
Vorweg zum Verständnis der Tabelle: Wärmepumpen kühlen je nach Modell entweder aktiv oder passiv. Bei der aktiven Kühlung kehrt die Wärmepumpe den Kältekreislauf um und betreibt den Kompressor, um aktiv Wärme aus dem Gebäude zu transportieren. Bei der passiven Kühlung hingegen nutzen Erd- und Grundwasserwärmepumpen die natürliche Kühle des Erdreichs oder Grundwassers, um Wärme ganz ohne den Kompressor abzugeben. Alle technischen Details dazu erläutern wir in späteren Kapiteln.
Die optimalen Voraussetzungen für das Kühlen mit der Wärmepumpe
Es gibt im Wesentlichen zwei Bedingungen, die dein Haus erfüllen sollte, damit die Wärmepumpe dein Haus kühlen kann. Die Wärmepumpe sollte nicht sehr viel Leistung aufbringen müssen, um die Räume auf das gewünschte Niveau herunterzukühlen, und die Kühle sollte möglichst lange in den Räumen vorhalten.
Die erste wichtige Voraussetzung sind möglichst große Heizflächen. Fußbodenheizungen oder Wandheizungen eignen sich am besten für das Kühlen deiner Innenräume. Konventionelle Heizkörper hingegen, wie sie noch in vielen Bestands- und Altbauten zu finden sind, haben nicht die nötige Leistung und Fläche. Sie können die Kälte nicht effizient abgeben und führen möglicherweise zu Kondenswasserbildung. Allerdings kannst du sie durch Gebläsekonvektoren ersetzen, da sie die Luft aktiv umwälzen und die Kühlleistung steigern. So musst du im Bestand nicht zwangsläufig eine Fußbodenheizung verlegen lassen.
Eine hochwertige Dämmung ist für effizientes Kühlen unerlässlich. Stark gedämmte Häuser heizen sich langsamer auf, da sie die Wärme von außen abhalten. So muss die Wärmepumpe weniger arbeiten, um die gewünschte Raumtemperatur zu halten. Besonders bei passiver Kühlung, die auf natürliche Kältequellen wie Erdreich oder Grundwasser setzt, ist das essenziell. Eher ungünstig sind in diesem Sinne auch große Fensterflächen ohne Sonnenschutz, da sich die Raumtemperatur durch die Sonneneinstrahlung stark erhöht. In solchen Fällen stößt insbesondere die passive Kühlung schnell an ihre Grenzen.
Nun kannst du vielleicht schon einschätzen, ob sich eine Wärmepumpe in deinem Eigenheim nicht nur zum Heizen, sondern auch zum Kühlen eignen würde. Als Nächstes betrachten wir, wie das Ganze funktioniert – Achtung, es wird technisch!
Wie eine Wärmepumpe grundsätzlich funktioniert
Um zu verstehen, wie eine Wärmepumpe kühlen kann, lohnt es sich, einen kurzen Blick auf die Funktionsweise zu werfen.
Eine Wärmepumpe ist im Grunde ein Gerät, das Wärme von einem Ort zu einem anderen transportiert. Wenn es kalt ist und du heizen möchtest, entzieht sie der Außenluft, dem Erdreich oder dem Grundwasser Wärmeenergie und gibt diese an dein Heizsystem ab. Das Herzstück jeder Wärmepumpe ist der sogenannte Kältekreislauf. Er besteht aus vier Hauptkomponenten:
1. Verdampfer
Ihn durchfließt ein zunächst flüssiges Kältemittel. Es nimmt die Wärme aus der Umgebung auf (also je nach Art der Wärmepumpe aus der Luft, dem Grundwasser oder dem Erdreich), woraufhin das Kältemittel verdampft. Wärmepumpen-Kältemittel, beispielsweise Propan, haben nämlich sehr niedrige Siedepunkte, sodass sie selbst bei –10 Grad Celsius Außentemperatur bereits verdampfen.
2. Verdichter (Kompressor)
Die geringe Wärmeenergie der Umgebung reicht natürlich nicht, um ein Haus damit zu heizen. Darum steigert die Wärmepumpe sie auf clevere Weise: Sie komprimiert das gasförmige Kältemittel im Verdichter, wodurch es sehr heiß wird.
3. Wärmetauscher (Kondensator)
Das heiße Kältemittel gibt seine Wärme an das Heizsystem ab – also beispielsweise an einen Warmwasserspeicher oder direkt an das Heizwasser in den Leitungen. Die Temperatur des Kältemittels sinkt und es kondensiert.
4. Expansionsventil
Das noch immer unter hohem Druck stehende Kältemittel dehnt sich beim Durchgang durch das Expansionsventil aus, wodurch es weiter abkühlt und sich vollends verflüssigt. Nun kann es erneut Wärme aufnehmen und der Kältekreislauf beginnt von vorn
Funktionsweise einer Wärmepumpe
Im Sommer kann die Wärmepumpe diesen Prozess umkehren: Sie entzieht deinem Haus Wärme und gibt sie an die Umgebung ab. So herrscht in deinen Räumen selbst an brütend heißen Sommertagen eine spürbar niedrigere Temperatur als draußen. Schauen wir uns mal im Detail an, wie das geht.
Aktives und passives Kühlen mit der Wärmepumpe
Die zwei Methoden, mit denen eine Wärmepumpe kühlen kann, nennt man die aktive und die passive Kühlung. Beide Varianten haben ihre eigenen Besonderheiten und Einsatzmöglichkeiten. Das aktive Kühlen haben alle modernen Wärmepumpen drauf, also Luft-Wasser-, Luft-Luft- sowie Grundwasser- und Erdwärmepumpen. Das passive Kühlen hingegen funktioniert nur mit Grundwasser- und Erdwärmepumpen. Warum das so ist, wirst du gleich verstehen.
1. Aktive Kühlung: die leistungsstarke Variante
Bei der aktiven Kühlung läuft der Kältekreislauf der Wärmepumpe umgekehrt zur Wärmefunktion ab, also wie bei einer Klimaanlage. Darum heißen solche Geräte reversible Wärmepumpen. Im Grunde arbeitet das System allerdings weiter wie gewohnt, denn die Wärmepumpe muss nicht wirklich „rückwärts“ laufen. Der Trick liegt in einem Bauteil namens 4-Wege-Ventil. Es sorgt dafür, dass das Kältemittel in entgegengesetzter Richtung durch das System fließt.
Durch diesen Richtungswechsel tauschen die Komponenten ihre Rollen: Der Verdampfer wird zum Verflüssiger, der Hochdruckbereich wird zum Niederdruckbereich, und die Seite, die zuvor Wärme abgegeben hat, nimmt nun Wärme auf. So wird das gesamte System quasi auf links gedreht:
Das Kältemittel nimmt die Wärme nicht aus der Umgebung, sondern aus den Innenräumen auf. Das geschieht im Wärmetauscher, der nun als Verdampfer fungiert.
Das gasförmige Kältemittel wird anschließend im Kompressor verdichtet, wodurch seine Temperatur steigt. Klingt widersprüchlich, ist aber nötig, damit das Kältemittel die Wärme effizient an die Umgebung abgeben kann. Wärme fließt immer von einem wärmeren zu einem kühleren Bereich. Damit das Kältemittel die aufgenommene Wärme nach außen abgeben kann, muss es also heißer sein als die Umgebung.
Das erhitzte Kältemittel gelangt in den Verflüssiger, der sich außerhalb des Hauses befindet. So überträgt sich die Wärme an die Außenluft, das Erdreich oder das Grundwasser.
Nach der Wärmeabgabe wird das Kältemittel im Expansionsventil entspannt, wodurch es stark abkühlt. Es ist nun bereit, erneut Wärme aus dem Haus aufzunehmen, und der Kreislauf beginnt von vorn.
Der Kompressor der Wärmepumpe arbeitet aktiv, um den Kältekreislauf aufrechtzuerhalten. Dadurch ist das aktive Kühlen weitaus leistungsstärker – du kannst deine Heizflächen auf angenehme 20 Grad herunterkühlen.
Bei modernen Wärmepumpen – wie du sie unter anderem auch bei 1KOMMA5° erhältst – ist diese Kühlfunktion oft bereits standardmäßig integriert. Die aktive Kühlung von reversiblen Wärmepumpen bietet eine höhere Kühlleistung als die passive Variante und ist unabhängig von der natürlichen Temperaturdifferenz zwischen Innenräumen und Erdreich. Allerdings verbraucht sie mehr Energie, da der Kompressor in Betrieb ist.
Wie stark die Räume tatsächlich heruntergekühlt werden können, hängt von der Beschaffenheit des Gebäudes sowie der Heizflächen und natürlich von der Leistung der Wärmepumpe ab. Spürbarer als beim passiven Kühlen ist der Effekt auf jeden Fall – darum sind auch unbedingt Taupunkt-Sensoren in der Heizungsanlage nötig. Sie messen die Luftfeuchtigkeit und Temperatur in der Umgebung der Heizflächen, damit Kondenswasser und Schimmel keine Chance haben.
2. Passive Kühlung: die sanfte Variante
Bei der passiven Kühlung nutzt die Wärmepumpe die natürliche Kühle des Erdreichs oder des Grundwassers, um dein Zuhause zu temperieren. Das funktioniert so:
Im Sommer sind das Erdreich oder das Grundwasser kühler als die Raumluft – im Boden herrscht eine mittlere Temperatur von 10 Grad.
Die Heizflächen im Haus, etwa die Fußbodenheizung, nehmen die Wärme der Raumluft auf.
Eine Umwälzpumpe führt das warme Heizwasser zum Wärmetauscher, der die Wärme an die Sole abgibt.
Die Sole wird dann ins Erdreich oder Grundwasser geleitet, wo sie abkühlt.
Die abgekühlte Sole gibt ihre Kälte im Wärmetauscher wieder an das Heizwasser ab, das dann zurück in die Heizflächen fließt.
Dadurch fühlt sich der Fußboden kühler an und die Raumtemperatur sinkt um bis zu 3 Grad.
Das Besondere an der passiven Kühlung ist, dass sie sehr energieeffizient abläuft. Da Kompressor und Kältekreislauf der Wärmepumpe nicht aktiviert werden, verbraucht diese Methode nur minimal Strom – hauptsächlich für die Umwälzpumpe. Allerdings ist die Kühlleistung begrenzt, da sie von der natürlichen Temperaturdifferenz zwischen Innenraum und Erdreich beziehungsweise Grundwasser abhängt.
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Wärmepumpe vs. Klimaanlage – ein Vergleich
Wenn eine Wärmepumpe mit aktiver Kühlfunktion so gut funktioniert, brauchst du dann überhaupt noch eine Klimaanlage? Das hängt – wie so oft – sehr von deiner individuellen Wohnsituation und deinen Bedürfnissen ab. Vergleichen wir dazu einmal grundsätzlich Wärmepumpe und Klimaanlage miteinander.
Um möglichen Verwirrungen vorzubeugen: Klimaanlagen sind de facto auch Wärmepumpen, sie funktionieren nur etwas anders. Statt das Heizwasser in Fußbodenheizung und Co. zu temperieren, blasen sie warme (oder kühle) Luft mithilfe von Ventilatoren in die Räume. Darum nennt man sie auch Luft-Luft-Wärmepumpen. Du kannst mit einer solchen Klimaanlage also auch heizen, jedoch kein Warmwasser aufbereiten. Grundsätzlich heizen Luft-Wasser-Wärmepumpen jedoch deutlich effizienter, Klimaanlagen (also Luft-Luft-Wärmepumpen) hingegen haben die Nase beim Kühlen eindeutig vorn.
1. Deine Wohlfühltemperatur
Die sogenannte thermische Behaglichkeit beschreibt, als wie angenehm wir die Raumtemperatur und die Luftqualität wahrnehmen. Klimaanlagen blasen kalte Luft direkt in den Raum. Das führt zwar zu einer schnellen Abkühlung, allerdings hat diese luftbasierte Art des Kühlens einige Nachteile: Vor allem kann die Klimaanlage Zugluft erzeugen, die manche Menschen als unangenehm empfinden. Wer geräuschempfindlich ist, könnte sich durch die Ventilatoren gestört fühlen. Zudem kann die Luft durch die Entfeuchtung trockener werden, was die Atemwege reizen kann. Wärmepumpen hingegen erzeugen lautlos eine gleichmäßige, sanfte Kühlung ohne Zugluft oder Austrocknen. Wasserführende Heizflächen speichern die Kälte besser als die Raumluft, darum hält der klimatisierende Effekt länger an – selbst, wenn du mal kurz lüftest.
Bei modernen Klimaanlagen sind diese Nachteile jedoch weniger bis gar nicht ausgeprägt: Innovative Technologien vermeiden Zugluft, reinigen die Raumluft und schaffen so ebenfalls ein angenehmes Raumklima.
2. Sparen mit Kühlfunktion
Da Wärmepumpen die natürliche Kühle des Erdreichs nutzen oder mit einem reversiblen Kältekreislauf arbeiten, sind sie äußerst energieeffizient. Klimaanlagen sind ebenfalls effizient, insbesondere moderne Split-Geräte mit Inverter-Technologie. Allerdings ist ihr Energieverbrauch in der Regel höher. Das liegt vor allem daran, dass ihr Trägermedium nicht Wasser, sondern Luft ist. Zudem müssen sie aktiv Kälte erzeugen, statt natürlich vorhandene Kälte (oder Wärme) von einem Ort zum anderen zu transportieren. Somit können auch die Betriebskosten bei Klimaanlagen um rund zwei Drittel höher ausfallen als beim Kühlen mit Wärmepumpen.
Außerdem ist eine regelmäßige Reinigung der Luftfilter unerlässlich, denn im Gebläse von Klimaanlagen können sich Bakterien und Staub sammeln. Das resultiert in höheren Wartungskosten für Luft-Luft-Wärmepumpen.
Im Idealfall kombinierst du deine Wärmepumpe mit einer Photovoltaik-Anlage. Denn da der höchste Kühlbedarf genau dann auftritt, wenn die Sonne am stärksten scheint, kannst du den selbst erzeugten Solarstrom direkt für den Betrieb deiner Wärmepumpe mit Kühlfunktion nutzen. Das reduziert die Betriebskosten erheblich.
3. Eine Frage des Designs
Klimaanlagen benötigen Innengeräte, die du an der Wand, etwa über einem Türrahmen, oder an der Decke montierst. Diese Geräte erhältst du mittlerweile in modernen Designs, sie bleiben aber dennoch ein sichtbarer Bestandteil des Raumes. Zudem brauchst du entweder für jedes Innengerät auch ein Außengerät an der Hausfassade. Oder du nutzt ein Multi-Split-Gerät, bei dem eine Außeneinheit mehrere Inneneinheiten versorgt. Dazu musst du aber die Inneneinheiten über Kühlmittelleitungen verbinden, wofür meist Wanddurchbrüche nötig sind. Da bei der Wärmepumpe die Kühlung über Fußboden- oder Wandheizungen erfolgt, ist kein sichtbares Gerät im Raum notwendig. Das System fügt sich unsichtbar in die Wohnumgebung ein.
Wohlig warm im Winter, angenehm kühl im Sommer
Wärmepumpen mit Kühlfunktion sorgen nicht nur im Winter für wohlige Wärme, sondern können auch im Sommer dein Zuhause um ein paar angenehme Grad herunterkühlen. Mit einer intelligenten Steuerung passt sich die Wärmepumpe automatisch an deine Bedürfnisse an und sorgt das ganze Jahr über für ein perfektes Raumklima.
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