Voraussetzungen zum Kühlen mit der Wärmepumpe
Um eine Wärmepumpe zum Kühlen zu verwenden, sind bestimmte Voraussetzungen erforderlich. Dies sind die wichtigsten:
- Umkehrbarkeit der Wärmepumpe: Die Wärmepumpe muss so konstruiert sein, dass sie den Kältemittelkreislauf umkehren kann, um kalte Luft oder Flüssigkeit zu erzeugen. Nicht alle Wärmepumpen sind „reversibel“, daher ist es wichtig, eine Wärmepumpe auszuwählen, die speziell für den Kühlbetrieb ausgelegt ist.
- Wärmequellen: Eine Wärmepumpe benötigt eine Wärmequelle, um effizient zu funktionieren. Im Kühlbetrieb wird die Wärme aus dem Raum oder der zu kühlenden Umgebung aufgenommen und über die Wärmepumpe an die Umgebung (Luft draussen oder Erdsonde) abgegeben.
- Temperaturdifferenz: Die Effizienz einer Wärmepumpe hängt von der Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und Wärmesenke ab. Je grösser die Temperaturdifferenz, desto schwieriger ist es für die Wärmepumpe, die gewünschte Kühlleistung zu erbringen. Daher ist es ideal, wenn die zu kühlende Umgebung nicht zu hohe Temperaturen aufweist und die Wärmesenke eine niedrigere Temperatur hat.
- Steuerung und Regelung: Eine geeignete Steuerung und Regelung der Wärmepumpe ist wichtig, um den Kühlbetrieb effizient zu steuern und die gewünschte Temperatur zu erreichen und aufrechtzuerhalten. Vielfach sind dafür zusätzliche Fühler für die Temperatur und Feuchtigkeit notwendig.
Es ist wichtig anzumerken, dass nicht alle Wärmepumpen für den Kühlbetrieb geeignet sind. Für Kühlen mit der Wärmepumpe, sollte sichergestellt sein, dass sie dafür ausgelegt ist und die oben genannten Voraussetzungen erfüllt.
Unterschiedliche Arten der Kühlung
Bei der Kühlung werden die Wärmepumpenseite, die Abnehmerseite (Verteilsystem im Gebäude) und der Taupunkt betrachtet, um die Betriebsarten zu beschreiben. Die Begriffe „aktive/passive“ Kühlung beschreiben, ob der Wärmepumpenkompressor zur Kühlung ein-/ausgeschaltet ist. Die Begriffe „dynamische/stille“ Kühlung beschreiben, ob mit Gebläseunterstützung und Taupunktunterschreitung (z. B. Gebläsekonvektoren, etc.) oder über ein Flächensystem oberhalb des Taupunkts (z. B. Fussbodenheizung, etc.) gekühlt wird.
Aktive Kühlung mit der Wärmepumpe
Reversible/Inverter Wärmepumpen sind für die aktive Kühlung geeignet. Dabei wird über das interne 4-Wege-Ventil der Kältekreis umgekehrt. Der Kompressor arbeitet aktiv, um das Heizwasser abzukühlen. Bei den Luft-Wasser-Wärmepumpen wird die Aussenluft, bei Sole-Wasser (Erdsonden) die Sole-Flüssigkeit aus dem Boden als Energiequelle genutzt.
Passive Kühlung
Die passive Kühlung kommt in der Regel bei Sole-Wasser (Erdsonden)- oder Wasser-Wasser-(z.B. Seewasser) Wärmepumpen zum Einsatz. Bei der passiven Kühlung arbeitet der Kompressor während des Kühlbetriebs nicht. Als Quelle dient das Erdreich oder das Grundwasser, welches über einen Wärmetauscher direkt oder gemischt mit dem Rücklauf (zur Temperatursteuerung) durchs System gepumpt wird.
Dynamische Kühlung
Bei der dynamischen Kühlung wird bewusst der Taupunkt unterschritten, um hohe Kälteleistungen zu erreichen. Dabei wird die Raumluft über einen Wärmetauscher geführt (z. B. Gebläsekonvektor). Gleichzeitig kann die Raumluft entfeuchtet werden. Für die Entfeuchtung benötigen die Gebläsekonvektoren einen Kondensatablauf. Für die dynamische Kühlung sind nur
Pufferspeicher mit einer dampfdiffusionsdichten Isolierung geeignet. Alle Rohrleitungen, die für diese Kühlbetriebsart genutzt werden, müssen ebenfalls mit einer dampfdiffusionsdichten Isolierung gedämmt sein.
Stille Kühlung
Bei der stillen Kühlung liegt die Kühlmitteltemperatur oberhalb des Taupunkts. Boden-, Decken- oder Wandflächen nehmen die Wärme des Raums auf und übertragen sie auf das Heizwasser. Um den Taupunkt nicht zu unterschreiten, wird die Vorlauftemperatur höher angesetzt als bei der dynamischen Kühlung. Um den Taupunkt zu überwachen, wird ein Fühler in einem Referenzraum (z.B. Wohnzimmer) installiert. Die übertragbare Kühlleistung ist geringer als bei der aktiven Kühlung über Gebläsekonvektoren.
Kühlung mit der Fussbodenheizung
Eine Fussbodenheizung kann sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen von Räumen eingesetzt werden. Im Kühlbetrieb sollte die Oberflächentemperatur der Fussbodenheizung 20 °C nicht unterschreiten. Um die Einhaltung der Behaglichkeitskriterien zu gewährleisten und um die Tauwasserbildung zu vermeiden, müssen die Grenzwerte der Oberflächentemperatur beachtet werden. Zur Erfassung des Taupunkts muss z. B. in den Vorlauf der Fussbodenheizung oder im Wohnraum ein Taupunktfühler eingebaut werden. Dadurch kann die Kondensatbildung, auch bei kurzfristig auftretenden Wetterschwankungen, verhindert werden.
Falls Raumthermostaten eingesetzt werden, müssen diese für den Kühlbetrieb geeignet sein. Ansonsten verhindern sie den Durchfluss des kühlen Wassers durch das Bodenheizungssystem.
Kühlung mit Radiatoren
Beim Kühlen mit Radiatoren kann sich relativ schnell Kondensation an den Oberflächen der Radiatoren bilden. Daher sind reine Radiatoren nicht geeignet für die Kühlung. Eine mögliche Alternative bilden Konvektoren (Fan-Coils)
Fazit
Kühlen mit der Wärmepumpe ist absolut Realität und kein Traum mehr. Wenn die genannten Bedingungen erfüllt sind, kann dadurch die Temperatur in den Räumen auch an heissen Sommertagen angenehm bleiben. Wichtig: Die Wärmepumpe eignet sich v.a. im Kühlmodus über die Bodenheizung nicht um rasch ein überhitztes Gebäude runter zu kühlen. Kühlen mit der Wärmepumpe funktioniert nur im kontinuierlichen Betrieb, weil die Übertragung der „Kälte“ über die Bodenheizung träge ist.