Wärmepumpe zum Kühlen: Funktionsweise und was realistisch ist

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Kühlen mit der Wärmepumpe? So funktioniert es

Aktives Kühlen: Luft-Wasser-Wärmepumpen

Passives Kühlen: Erdwärme- und Grundwasserwärmepumpen

Passende Wärmeverteiler

Voraussetzungen, um die Kühlleistung zu verbessern

Wie viel Abkühlung ist realistisch?

Vor- und Nachteile

Wärme im Winter, Abkühlung im Sommer: So funktioniert es

Im Heizbetrieb entzieht eine Wärmepumpe einem natürlichen Energieträger wie der Luft, der Erde oder dem Grundwasser Wärme. Letztere gibt sie dann über einen Wärmeverteiler wie eine Fußbodenheizung oder Heizkörper an das Hausinnere ab. 

Beim Kühlen wird dieser Prozess umgekehrt. Dabei arbeitet die Wärmepumpe nach dem gleichen Funktionsprinzip wie ein Kühlschrank. So nimmt sie Wärme über die Wärmeverteiler auf und gibt sie nach außen ab. Wie das im Detail funktioniert, ist abhängig von der jeweiligen Wärmepumpenart. Während Luftwärmepumpen aktiv kühlen, besitzen Grundwasser- und Erdwärmepumpen eine passive Kühlfunktion.

Aktives Kühlen: Luft-Wasser-Wärmepumpen

Wärmepumpen mit entsprechender Funktion verfügen über ein Umschaltventil, womit sich der Kältekreislauf anders herum nutzen lässt. Dabei macht sich die Wärmepumpe ein Naturgesetz zunutze. Demnach fließt Wärme immer von warm nach kalt. 

Durch die Fußboden-, Wand- oder Deckenheizung fließt Wasser. Da die Temperatur des Heizungswassers niedriger ist als die Raumtemperatur, nimmt es die Wärme auf und transportiert sie zum Verdampfer. Dort stößt das erwärmte Wasser auf ein Kältemittel. 

Das Kältemittel verdampft, geht also von flüssig in gasförmig über. Anschließend gelangt das nun gasförmige Kältemittel in den sogenannten Verdichter. Seine Aufgabe ist es, das Kältemittel zusammenzupressen, wodurch die Temperatur stark ansteigt und damit wärmer als die Außenluft wird. Da die Temperatur des Kältemittels nun höher ist als die der Außenluft, wird die Wärme nach außen abgegeben. Danach kühlt ein Expansionsventil das Kältemittel stark ab, sodass es erneut kälter als die Raumtemperatur ist. Nun kann der Kreislauf von vorne beginnen.

Wie beim Heizen auch benötigt der Verdichter beim Kühlen Strom. Das aktive Kühlen mit Wärmepumpen hat somit spürbare Auswirkungen auf den Stromverbrauch.

Passives Kühlen: Erdwärme- und Grundwasserwärmepumpen

Passives Kühlen ist ausschließlich mit Wärmepumpen möglich, die das Erdreich oder das Grundwasser als Wärmequelle nutzen. Dabei handelt es sich um Sole-Wasser-Wärmepumpen (Erdwärmepumpen) und Wasser-Wasser-Wärmepumpen (Grundwasserwärmepumpen). 

Das Erdreich hat ganzjährig eine Temperatur von rund 8 bis 12 Grad. Über einen Wärmetauscher wird die Wärme aus dem Haus direkt an diesen kühlen Untergrund abgegeben. Als Transportmittel dient bei Sole-Wasser-Wärmepumpen die Sole in der Erdsonde oder dem Erdkollektor und bei Wasser-Wasser-Wärmepumpen das Wasser im Grundwasserbrunnen. 

Im Gegensatz zur aktiven Kühlung bleibt der Verdichter beim passiven Kühlen aus, weshalb auch von einer natürlichen oder stillen Kühlung gesprochen wird. Lediglich die Umwälzpumpen verbrauchen geringe Mengen Strom. Das macht die passive Kühlung deutlich günstiger als die aktive Variante. Dafür ist die Kühlleistung jedoch begrenzter.

Passende Wärmeverteiler

Um mit einer Wärmepumpe kühlen zu können, spielt darüber hinaus die Art der Wärmeverteilung eine entscheidende Rolle. Klassische Heizkörper sind aufgrund ihrer geringen Fläche nicht geeignet. Stattdessen empfiehlt sich eines der folgenden Systeme: 

• Flächenheizung: Am besten eignen sich großflächige Verteiler wie Fußbodenheizungen, Wand- und Deckenheizungen. Eine Deckenkühlung ist dabei wirkungsvoller als eine Fußbodenkühlung, weil kühle Luft nach unten sinkt.
• Betonkerntemperierung (BKT): Eine Alternative zur Flächenheizung ist die sogenannte Betonkerntemperierung. Ein Verfahren, bei dem ein Gebäude über seine eigene Bausubstanz geheizt und gekühlt wird. Dabei werden wasserführende Rohrleitungen direkt in tragende Betonbauteile eingegossen, oft in Geschossdecken. 
• Gebläsekonvektoren: Wer eine spürbar stärkere Kühlung wünscht, kann auf Gebläsekonvektoren setzen. Diese aktive Kühlung verteilt die Kälte über ein integriertes Gebläse, kühlt schneller und kann die Luft zusätzlich entfeuchten. Das Ganze ist allerdings nicht ganz geräuschlos.

Voraussetzungen, um die Kühlleistung zu verbessern

Damit das Kühlen per Wärmepumpe funktioniert, gelten neben der Wärmeverteilung folgende weitere Voraussetzungen:

• Taupunktüberwachung (Schutz vor Kondenswasser): Beim Kühlen sinkt die Temperatur der Flächen unter die Raumtemperatur. Wird der sogenannte Taupunkt unterschritten, kann sich Feuchtigkeit auf Boden oder Wänden niederschlagen. Eine integrierte Taupunktüberwachung verhindert dies, indem sie die Vorlauftemperatur automatisch anpasst.
• Gute Dämmung: In einem schlecht gedämmten Haus dringt im Sommer viel Wärme von außen ein. Die ohnehin begrenzte Kühlfunktion der Wärmepumpe ist in Gebäuden mit unzureichender Isolierung kaum spürbar.
• Verschattung: Der größte Wärmeeintrag kommt im Sommer durch die Fenster. Ohne guten Sonnenschutz kühlt die Wärmepumpe gegen die Sonneneinstrahlung an. Rollläden, Raffstores oder Markisen halten die Hitze ab, bevor sie überhaupt in den Raum gelangt. Das ist deutlich wirksamer als innenliegende Jalousien.
  

Wie viel Abkühlung ist realistisch?

Wichtig an dieser Stelle ist eine realistische Erwartungshaltung. So ersetzt eine Wärmepumpe mit Kühlfunktion keinesfalls eine herkömmliche Klimaanlage, die einen Raum innerhalb weniger Minuten abkühlt. 

Realistisch lässt sich die Raumtemperatur um etwa 2 bis 3 Grad gegenüber außen absenken. An Hitzetagen mit 30 Grad wird es im Haus also nicht eiskalt, aber spürbar angenehmer. In sehr gut gedämmten Gebäuden mit Gebläsekonvektoren sind bis zu 7 Grad Abkühlung möglich.

Vor- und Nachteile

Abschließend fassen wir die wichtigsten Vor- und Nachteile einer Wärmepumpe mit Kühlfunktion noch einmal zusammen:

Vorteile:

• Geringe Betriebskosten: Insbesondere bei einer Erdwärmepumpe mit passiver Kühlung fallen kaum Stromkosten an. Mit einer Wärmepumpe zu kühlen ist damit deutlich günstiger als mit einer Klimaanlage. 
• Kein zusätzliches Kühlsystem nötig: Da ein bestehendes System umfunktioniert wird, fallen keine zusätzlichen Anschaffungs- und Installationskosten an. 
• Angenehme Temperierung: Bei Fußboden-, Wand- oder Deckenheizungen erfolgt die Kühlung großflächig und zugfrei. Es entstehen keine kalten Luftströme wie bei vielen Klimageräten.
• Keine direkten CO₂-Emissionen: Während des Kühlbetriebs entstehen am Gerät keine direkten CO₂-Emissionen. Die indirekten Emissionen hängen vom Stromverbrauch und dem eingesetzten Strommix ab. Beim passiven Kühlen fällt der Strombedarf in der Regel gering aus, da der Verdichter nicht arbeitet. 
• Verbesserter Wohnkomfort: Die Raumtemperatur kann an heißen Tagen oft um 2 bis 5 °C abgesenkt werden, was das Wohnklima deutlich verbessert.

Nachteile:

• Begrenzte Kühlleistung: Eine Wärmepumpe ersetzt keine vollwertige Klimaanlage. Während eine Klimaanlage Räume auf 20 °C oder weniger herunterkühlen kann, erreicht eine Flächenkühlung nur moderate Temperaturabsenkungen.
• Keine Entfeuchtung: Fußboden- oder Deckenkühlungen senken zwar die Temperatur, entziehen der Luft aber kaum Feuchtigkeit. Dadurch kann sich die Raumluft an schwül-heißen Tagen weiterhin unangenehm anfühlen.
• Kondenswasser möglich: Wird die Vorlauftemperatur zu stark abgesenkt, kann sich Kondenswasser auf Böden, Decken oder Leitungen bilden. Deshalb begrenzen viele Systeme automatisch die Kühlleistung.