Erneuerbare Energien

Trumpf im Sommer

Kühlen mit Wärmepumpe – was es zu beachten gilt

Dienstag, 09.01.2024

Die Wärmepumpe ist im Neubau von Wohngebäuden mittlerweile das beliebteste Heizsystem.

Schematische Darstellung: Kühlen mit einer Sole/Wasser-Wärmepumpe.
Quelle: Stiebel Eltron
Schematische Darstellung: Kühlen mit einer Sole/Wasser-Wärmepumpe.

Doch ein echtes Alleinstellungsmerkmal der Wärmepumpe ist bislang immer noch zu wenig bekannt: Dafür ausgelegte Modelle können nicht nur heizen, sondern auch kühlen – und so das ganze Jahr über für eine angenehme Raumtemperierung sorgen.

Der Sommer 2023 hat auch Deutschland wieder einige Hitzewellen beschert. Vor dem Hintergrund immer höherer Durchschnittstemperaturen und damit auch heißerer Sommer sind energieeffiziente Kühllösungen zunehmend gefragter. Hier kommen – wieder einmal – Wärmepumpen ins Spiel. Sie sorgen nicht nur für eine zuverlässige Heizwärmeerzeugung und Warmwasserbereitung an kalten Tagen, sondern können darüber hinaus eine angenehme Raumtemperierung an heißen Sommertagen gewährleisten. Damit besitzen sie unter allen Heizsystemen ein echtes Alleinstellungsmerkmal. Gleichwohl ist die Kühlfunktion der Wärmepumpe selbst unter Heizungsfachleuten noch zu wenig bekannt und kommt in Deutschland bislang eher selten zum Einsatz. Zu Unrecht, wie ein genauerer Blick auf die Technik verrät – ist die Temperierung mittels Wärmepumpe doch eine energieeffiziente Alternative zu herkömmlichen Kühltechniklösungen. Grund genug, sich näher mit der Funktionsweise und den Planungsgrundlagen zu beschäftigen.

Wie kann die Wärmepumpe überhaupt kühlen, wenn sie doch in erster Linie ein Heizsystem ist? Um diese Frage zu beantworten, sollte zunächst das zugrundeliegende Funktionsprinzip des Heizbetriebs betrachtet werden: Die Wärmepumpe entzieht der Luft (Luft/Wasser-Wärmepumpe), dem Erdreich (Sole/Wasser-Wärmepumpe) oder dem Grundwasser (Wasser/Wasser-Wärmepumpe) thermische Umweltenergie und bringt diese mittels Kältemittelverdichtung auf ein höheres Temperaturniveau. Das Kältemittel, das in der Wärmepumpe zirkuliert, geht schon bei sehr niedrigen Temperaturen in den gasförmigen Zustand über – es verdampft bei Aufnahme der Umweltwärme. Ein Verdichter komprimiert den Kältemitteldampf, wodurch die Temperatur ansteigt. Über einen Wärmeübertrager gibt das Kältemittel dann die Wärme an das Heizungswasser im Wärmeverteil- und -speichersystem der Anlage ab. Anschließend wird das Kältemittel durch Druckreduktion (Entspannung) wieder verflüssigt, und der Kreislauf beginnt von vorne.

Aktive Kühlung mit reversibler Wärmepumpe

Zur Kühlung der Innenräume wird die Richtung des Wärmeflusses umgekehrt – dabei werden Wärmequelle und Wärmesenke getauscht: Statt die aus thermischer Umweltenergie gewonnene Wärme über Heizflächen an die kühlere Wohnraumluft abzugeben, nimmt das Heizwasser die Wärme aus dem Innenraum auf, die anschließend an die Umgebung abgegeben wird.

Dabei wird zwischen zwei Arten der Temperierung unterschieden: Sie kann entweder passiv oder aktiv erfolgen – bei letzterer bleibt der Verdichter aktiv. Bei der aktiven Kühlung wird der Kältemittelkreis umgekehrt (reversiert), sodass Verdampfer (Wärmequelle) und Kondensator (Wärmesenke) die Rollen tauschen. Das im Verteilsystem zirkulierende „kalte“ Wasser entzieht den Wohnräumen Wärme, die je nach Wärmepumpensystem an die Außenluft, das Grundwasser oder das Erdreich abgegeben wird. Das Grundprinzip der aktiven Kühlung findet übrigens schon seit Jahrzehnten in Haushalten auf der ganzen Welt Verwendung – in Form des Kühlschranks. Auch hier wird dem Kühlschrank-Innenraum Wärme entzogen, mittels Kältemittelverdichtung auf ein höheres Temperaturniveau gebracht und anschließend (über die Kühlrippen auf der Rückseite) an die Umgebung (Raumluft in der Küche) abgeführt.

Eine passive Kühlung ist mit Erd- und Grundwasser-Wärmepumpen möglich.
Quelle: Stiebel Eltron
Eine passive Kühlung ist mit Erd- und Grundwasser-Wärmepumpen möglich.

Passive Kühlung mit Erd- und Grundwasser-Wärmepumpen

Im Gegensatz zur aktiven Kühlung kommt der Verdichter bei der passiven Kühlung nicht zum Einsatz. Für den Kühl-betrieb wird hier lediglich ein zusätzlicher Plattenwärmeübertrager sowie ein quellenseitiges Umschaltventil benötigt. Die Wärme des Heizungswassers im Verteilsystem wird über den Plattenwärmeübertrager an das Quellenmedium der Wärmepumpe – also Sole oder Wasser – abgegeben. Die passive Kühlung ist somit nur möglich, wenn die Temperatur der im Kühlfall genutzten Wärme- bzw. Kältequelle relevant unter der Kühlmediumtemperatur liegt – in der Regel trifft das nur auf Erdreich und Grundwasser zu, weshalb für die passive Kühlung grundsätzlich nur Sole/Wasser- und Wasser/Wasser-Wärmepumpen in Frage kommen.

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