Wohnhaus Familie Partl
Nachhaltigkeit mit System: Die Familie Partl heizt und kühlt ihr neues Zuhause mit einer…
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Die Wärmepumpe ist ein Multitalent. Weil sie heizen und kühlen kann. Richtig geplant und gebaut ist sie sparsam und umweltfreundlich im Betrieb. Lesen Sie hier, wie genau das Kühlen mit der Wärmepumpe funktioniert und was hinter den Begriffen aktive und passive Kühlung steckt. Darüber hinaus geben wir Ihnen einen guten Überblick über Fußbodenkühlung, Deckenkühlung und Co.
Was sind das nur für heiße Sommer! Die Tropentage nehmen zu. In den Nächten kühlt es nicht mehr richtig ab. Durch die großen Glasfronten der Wohnräume und Büros heizt uns die Sonne zusätzlich ein. Wer auf eine Wärmepumpe zum Heizen setzt, kann sich den Wunsch nach angenehmen Raumtemperaturen recht einfach erfüllen. Weil die Wärmepumpe auch kühlen kann, spart man sich die zusätzliche Klimaanlage. Eine Investition, die sich im Lauf der Jahre auch finanziell bezahlt macht.
Werfen wir zunächst einen kurzen Blick auf das Grundprinzip: Die Wärmepumpe gewinnt Umweltenergie aus Erde, Grundwasser oder Luft und macht sie für die Temperierung von Gebäuden nutzbar. Dazu benötigt sie elektrischen Strom (siehe auch Funktion der Wärmepumpe). Das gilt sowohl für den Heiz- als auch für den Kühlbetrieb.
Beim Kühlen mit der Wärmepumpe werden die Heizflächen alternativ als Kühlflächen genutzt. Statt des warmen Heizungswassers zirkuliert kühles Wasser in den Rohren und reduziert die Raumtemperatur um zwei bis 5 °C. Das ist die häufigste Kühlvariante mit der Wärmepumpe. Je nach Wärmepumpentyp und Art der Temperaturverteilung ergeben sich noch weitere Kühlmöglichkeit, dazu weiter unten mehr.
Das Kühlen mit der Wärmepumpe ist eine echte Alternative zur Klimaanlage. Dabei unterscheiden wir zwei prinzipielle Varianten: Die kostengünstigere und stromsparendere passive Kühlung (Natural Cooling) und die aktive Kühlung. Die konkreten Möglichkeiten für die Kühlung richten sich dabei vor allem nach der Art der Wärmepumpe. Es macht nämlich einen großen Unterschied, ob man mit der Erdwärmepumpe, mit der Grundwasserwärmepumpe oder mit der Luftwärmepumpe kühlen will.
Bei der passiven Kühlung kombiniert man in der Regel eine Erd- oder Grundwasserwärmepumpe mit einem wasserführenden Verteilsystem wie zum Beispiel einer Fußbodenheizung.
Dabei werden die niedrigen Temperaturen des Erdreichs bzw. des Grundwassers direkt an das Heizungswasser in der Fußbodenheizung (oder anderer Heiz- bzw. Kühlvarianten) übertragen und in die Räume geleitet. Gleichzeitig wird die überschüssige Wärme aus den Räumen in das Erdreich bzw. Grundwasser abgeleitet.
Bei der passiven Kühlung eines Gebäudes bleibt die Wärmepumpe bis auf die Regelung und die Umwälzpumpe inaktiv. Das macht den Betrieb sensationell günstig. Zum Einsatz kommt die passive Kühlung vor allem in Einfamilienhäusern und im Wohnungsbau. Aber auch in Industrie und Gewerbe setzt sich diese Art der Gebäudekühlung immer mehr durch. Zwar ist die maximal erzielbare Kühlleistung nicht mit jener einer Klimaanlage vergleichbar – in vielen Fällen reicht sie aber für eine angenehme Temperierung der Räume völlig aus. Voraussetzung ist eine Bauweise, die konstruktive Maßnahmen zum Schutz vor Überhitzung berücksichtig, mehr dazu am Ende des Artikels.
Bei der aktiven Kühlung wird der Kältemittelkreislauf der Wärmepumpe umgekehrt. Das Gebäude wird zur Wärmequelle, dem die Wärmepumpe aktiv Wärme entzieht, die sie anschließend an die Umwelt abgibt. Für diese Betriebsart wird mehr elektrischer Strom benötigt als für den passiven Betrieb.
Die meisten Luftwärmepumpen der neuesten Generation verfügen bereits über eine eingebaute Kühlfunktion. Die Aktivierung der Kühlfunktion ist ohne bzw. mit sehr geringen Hardwarekosten möglich
Bei Erdwärmepumpen ist das nur bei einem Teil der Hersteller der Fall, das Nachrüsten ist aber bei allen Geräten möglich. Eingesetzt wird diese Methode dort, wo eine höhere Kühlleistung benötigt wird, wie zum Beispiel in Büro- und Gewerbegebäuden. Sie eignet sich auch bestens für den Wohnhausbereich. Zu beachten: Die Kühlleistung der Wärmepumpe ist geringer als die Heizleistung.
Bei Grundwasserwärmepumpen ist eine aktive Kühlung nicht erforderlich, weil durch den ständigen Strom des Grundwassers immer genug Kältepotential zur Verfügung steht.
Auch bei der Verteilung der Kühlenergie in den Räumen gibt es eine ganze Reihe von Möglichkeiten und Systemen. Dabei unterscheiden wir zwischen stillen und dynamischen Verteilsystemen.
Großflächige wasserführende Verteilsysteme wie zum Beispiel Fußboden- oder Wandheizungen können auch zum Kühlen mit der Wärmepumpe verwendet werden. Sie arbeiten geräuschlos und sorgen für eine sanfte, zugluftfreie Verteilung der Kühlenergie in den Räumen. Anders als bei Klimaanlagen (wo durch Lufteinbringung gekühlt wird) wird der Raum durch milde Strahlung gekühlt. Hier sind die häufigsten Vertreter:
Die großen Flächen von Fußbodenheizungen oder Wandheizungen eignen sich hervorragend zur Gebäudekühlung mit der Wärmepumpe. Bestehende Flächenheizsysteme lassen sich in der Regel gut dafür nutzen, Thermostate und Steuerungen müssen in der Regel angepasst werden. Für den nachträglichen Einbau gibt es verschiedene Systeme mit niedriger Aufbauhöhe, die praktisch in jeden Altbau passen.
Eine Deckenkühlung bzw. Klimadecke besteht aus wasserdurchströmten Rohrsystemen, die direkt unter die Decke montiert werden. Von hier aus sorgt sie für angenehme und behagliche Temperaturen im ganzen Raum. Die abgekühlte Luft sinkt zu Boden, während die warme Luft nach oben steigt. So wird die Luft gut durchmischt und der Raum gleichmäßig gekühlt.
Eine Deckenkühlung wird in den meisten Fällen (speziell bei der Sanierung) zusätzlich zur Heizung eingebaut. Das ist auch im Altbau gut möglich. Klimadecken haben eine recht geringe Einbautiefe von ca. 4 bis 15 cm und eignen sich somit auch sehr gut für die Nachrüstung. Bei modernen Neubauten mit geringem Heizwärmebedarf kann auch parallel über die Decke geheizt und gekühlt werden.
In Neubauten nutzt man immer öfter die Bauteilaktivierung (Betonkernaktivierung) nicht nur zum Heizen, sondern auch zum Kühlen. Dabei wird das Rohrsystem, in dem das Heizungswasser zirkuliert, direkt in die Betonteile des Hauses eingegossen. Die derart aktivierten Decken, Böden, Wände oder Stufen bilden dadurch ausgedehnte Heiz- bzw. Kühlflächen mit zusätzlicher Speicherfunktion.
Konventionelle Heizkörper, aber auch Niedertemperaturheizkörper mit größeren Übertragungsflächen können nur mit sehr geringem Kühleffekt eingesetzt werden. In günstigen Fällen lässt sich die Raumtemperatur maximal um ein Grad Celsius reduzieren. Es muss darauf geachtet werden, dass die Heizkörper nicht zu schwitzen beginnen (Kondensationsfeuchtigkeit) und Schäden an Böden oder Möbeln entstehen. Für eine zusätzliche Kühlleistung ist der Einbau von Ventilatoren erforderlich (siehe Fancoils weiter unten).
Bei der dynamischen Verteilung wird die Kühlenergie über einen Luftstrom in die Räume eingebracht. Diese Verteilsysteme sind sehr effektiv und reagieren schnell. Die Ventilatoren in modernen Systemen sind zwar in aller Regel bereits schalloptimiert, trotzdem ist bei dieser Art der Verteilung immer mit etwas Geräuschentwicklung zu rechnen. Auch dass stets etwas Zugluft entsteht, liegt in der Natur dieser Systeme.
Moderne Wärmepumpenheizkörper sind mit Gebläsekonvektoren (Ventilatoren) ausgestattet, die für eine effektivere Temperaturverteilung sorgen. Die Kühlenergie wird grundsätzlich – wie auch die Wärme – über die Flächen des Heizkörpers als Strahlungsenergie in den Raum abgegeben. Ist zusätzliche Leistung nötig, wird automatisch der Ventilator zugeschaltet. Die regelbaren Ventilatoren ermöglichen dabei eine sehr effektive und schnelle Raumklimatisierung. Auch die Entfeuchtung der Raumluft ist möglich, dafür ist allerdings ein zusätzlicher Kondensatabfluss notwendig.
Eine moderne Lüftungsanlage hat den Vorteil, dass die Frischluft dosiert ins Haus kommt. Die Fenster können geschlossen bleiben – und so kommt die erhitzte Sommerluft nicht mit voller Wucht in die Räume. Die warme, verbrauchte Raumluft wird ins Freie geleitet. Zusätzlich kann die Zuluft gekühlt werden. Entweder über im Erdboden verlegte Rohre oder über die Kühlfunktion der Wärmepumpe, was immer häufiger geschieht. Die gefilterte Zuluft wird in diesem Fall über einen Wärmetauscher gekühlt und in die Räume geleitet.
Moderne Wärmepumpen-Steuerungen und Raumthermostate können zentral vorprogrammiert werden. Sie wechseln automatisch vom Heizbetrieb in den Kühlbetrieb und umgekehrt. Auf Wunsch kann die Umstellung auch händisch erfolgen.
Bei der Steuerung von Wärmepumpen-Kühlungen ist der Taupunkt der limitierende Faktor. Wird er unterschritten, kondensiert das Wasser, das bis dahin in der Luft gelöst war. Das kann die Bausubstanz schädigen. Wenn also z. B. eine Fußbodenkühlung eine Temperatur unter dem Taupunkt erreicht, kann das dazu führen, dass sich Kondensat (Feuchtigkeit) bildet. Der Bodenbelag kann sich wölben, Schimmel kann entstehen. Das muss in jedem Fall vermieden werden.
Hochwertige Wärmepumpen mit Kühlfunktion sind daher mit einer Taupunktüberwachung ausgestattet, die mit Temperaturfühlern bzw. Temperaturwächtern verbunden ist. Wird die zulässige Temperatur unterschritten, schreitet die Wärmepumpenregelung sofort ein. Dabei gilt:
Widmen wir uns nun nochmal der günstigsten Kühlvariante mit der Wärmepumpe: dem Natural Cooling oder der passiven Kühlung. Dabei sehen wir uns an, welche Wärmepumpen- und Kollektortypen die besten Kühlleistungen liefern.
Wir erinnern uns: Beim Natural Cooling wird direkt mit den Temperaturen aus der Tiefe der Erde gekühlt. Daher ist die erzielbare Kühlleistung auch von der Temperatur in Erdreich bzw. Grundwasser abhängig. Und diese wiederum hängt davon ab, in welcher Tiefe die Energie gesammelt wird und wie groß die Anlage ist.
Außerdem können die Temperaturen gegen Ende des Sommers höher sein, wenn sich über die Zeit mehr Wärme im Erdreich angesammelt hat. Beim Grundwasser spielen diese saisonalen Schwankungen nur eine sehr geringe Rolle und müssen bei der Auslegung der Anlagen nicht berücksichtigt werden.
Übliche Erd- bzw. Grundwasser-Temperaturen im Hochsommer:
Betrachtet man diese Werte, wird schnell klar, dass die passive Kühlung mit Grundwasser oder Tiefensonden eine wesentlich bessere Kühlleistung bringt als mit Flächenkollektoren. Grundwasserwärmepumpen sind dabei noch eine Spur effizienter, weil die Wärme, die vom Haus zurückgeführt wird, mit dem Wasser abfließt. Sie beeinflusst die Temperatur des zufließenden Grundwassers nicht wesentlich. Bei Erdwärmepumpen hingegen wird die Wärme, die vom Haus kommt, ans umgebende Erdreich abgegeben. Das regeneriert das Erdreich zwar für den Heizbetrieb im Winter, wirkt sich aber auf den Kühlbetrieb leistungssenkend aus.
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Verwendet man eine Wärmepumpe zur aktiven Kühlung, ist die Anschaffung einer Photovoltaikanlage immer eine Überlegung wert. An heißen Sommertagen, wenn am meisten Kühlleistung benötigt wird, kann eine gut ausgelegte PV-Anlage nämlich die gesamte Antriebsenergie für die Wärmepumpe bereitstellen. Dadurch sinken Netzstrombedarf und laufende Betriebskosten. Außerdem wird bei der Eigenstromerzeugung durch Sonnenlicht kein CO2 ausgestoßen. Und das macht den Kühlbetrieb der Wärmepumpe besonders klimafreundlich.
Wenn Sie sich darüber hinaus dafür interessieren, welchen Beitrag die Photovoltaikanlage für die Heizung mit der Wärmepumpe liefern kann, empfehlen wir Ihnen unseren Artikel Wärmepumpe mit Photovoltaik: Wie gut ist die Kombi wirklich?
Immer öfter werden auch Klimageräte zum Heizen und Kühlen von Einzelräumen eingebaut. Vielleicht kennen Sie das aus Feriendomizilen in südlichen Ländern. Hier wird das Klimagerät in der Übergangszeit und im Winter auch zum Heizen verwendet; die Wintertemperaturen sind dort aber ohnehin sehr moderat. Bei diesen Klimageräten handelt es sich um Luftwärmepumpen, die gewärmte bzw. gekühlte Luft in die Räume bläst – sogenannte Luft-Luft-Wärmepumpen.
In unseren Breiten verwendet man sie vor allem für Einzelräume (z. B. Schlafzimmer), in denen das Kühlen im Sommer wichtig ist und im Winter eine Heizungsunterstützung praktisch ist. Deshalb werden Klimageräte zunehmend zur Nachrüstung von einzelnen Räumen im Altbau verwendet. Auch für Gebäude, die nicht ständig bewohnt werden (Ferienwohnungen, Gartenhäuser) können Klimageräte eine gute Lösung mit reduzierten Investitionskosten sein.
Die Bautechnik kennt einige Kniffe, um die Überhitzung von Gebäuden im Sommer zu vermeiden. Auch wenn es ihr die moderne Architektur, die große Glasflächen und helle, lichtdurchflutete Räume bevorzugt, nicht immer einfach macht. Eine gute Wärmedämmung, schattenwerfende Vordächer, integrierter Sonnenschutz, begrünte Dächer und Fassaden unterstützen die Gebäudekühlung – und reduzieren die benötigte Kühlleistung.
Die wichtigsten Faktoren, die die Leistung der Gebäudekühlung in Österreich beeinflussen:
Das Kühlen mit der Wärmepumpe hat gegenüber einer Klimaanlage gleich mehrere Vorteile. Die wichtigsten sind:
Verglichen mit einer Klimaanlage sind beim Kühlen mit der Wärmepumpe auch einige Nachteile zu berücksichtigen. Die wichtigsten sind:
Hochwertige moderne Wärmepumpen verfügen teilweise in ihrer Standardausführung über eine Kühlfunktion und müssen nicht nachgerüstet werden. Für ein konkretes Gerät sind die Herstellerangaben zu prüfen. Oft ist aber der zusätzliche Einbau von einer Deckenkühlung oder von Gebläsekonvektoren nötig. In jedem Fall muss die Regelung fachgerecht programmiert bzw. eingestellt oder ergänzt werden.
Das kommt darauf an, was man unter besser versteht. Stille Verteilsysteme wie Deckenkühlungen bringen die Kühlenergie sanft, geräuschfrei und zugluftfrei in die Räume – was von vielen Menschen als sehr komfortabel empfunden wird. Bei Klimaanlagen gibt es aufgrund der Ventilatoren immer etwas Zugluft und Geräuschentwicklung. Betrachtet man die maximal mögliche Kühlleistung, sind Klimaanlagen leistungsstärker als Wärmepumpenkühlungen. Letztere können die Raumtemperaturen nur um ca. zwei bis fünf Grad Celsius senken – was in Wohnbereichen aber in den meisten Fällen völlig ausreicht.
Da Wärmepumpen zum überwiegenden Teil mit Umweltwärme aus Luft, Erde oder Grundwasser arbeiten, sind ihre Ökobilanzen grundsätzlich besser als die einer Klimaanlage. Sie sind sehr effizient und sparsam im Betrieb, wodurch sie weniger Strom verbrauchen. Wenn für den Betrieb der Wärmepumpe außerdem Ökostrom (zum Beispiel von der eigenen Photovoltaikanlage) genutzt wird, verbessert das die Ökobilanz zusätzlich.
Das passive Kühlen mit der Wärmepumpe ist im Betrieb sensationell günstig, da das Wärmepumpengerät bis auf die Regelung und die Umwälzpumpe ausgeschaltet bleibt. Aber auch das aktive Kühlen mit der Wärmepumpe kostet im Betrieb meist weniger als das Kühlen mit der Klimaanlage. Kombiniert man eine Photovoltaikanlage und nutzt hauseigenen Sonnenstrom als Antriebsenergie, benötigt man oft gar keinen zusätzlichen Netzstrom. Dann kostet das Kühlen im Betrieb – genau gar nichts.
Der Einbau von Wärmepumpen als Heiz- und Kühlsysteme wird in Österreich von Bund und Ländern gefördert. Die aktuellen Details dazu finden Sie unter Förderungen für Wärmepumpen.
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