Kühlen mit der Wärmepumpe

Wie funktioniert das Kühlen mit der Wärmepumpe?

Drei Aufgaben kann eine Wärmepumpe auf ökonomische und umweltfreundliche Art meistern: klassische Beheizung, die Raumkühlung als Alternative zur Klimaanlage und die Erwärmung des Trinkwassers.

Geht es um den Aspekt der Kühlung mit einer Wärmepumpe, wird das grundlegende Funktionsprinzip einfach umgekehrt. Auf diese Weise wird der Wärmeerzeuger quasi zum Kühlschrank. Wirft man einen Blick auf die Geschichte der Wärmepumpe, ist dieses Prinzip auch der Grundgedanke beziehungsweise Ursprung der modernen Wärmepumpe. Konkret wird der Wärmefluss der Wärmepumpe umgekehrt. Das heißt, Verdampfer, Verdichter, Verflüssiger und Expansionsventil kommen beim Prozess des Kühlens an anderen Stellen im Kreislauf zum Einsatz als bei der Wärmeerzeugung. 

Es gibt verschiedene Varianten, die Räume zu kühlen

Um die Räume im Sommer zu kühlen, gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Einerseits kann das richtige Lüftungsverhalten helfen. Dabei sollten die kühlen Morgen- und Nachtstunden genutzt werden, um die Fenster weit zu öffnen und frische Luft reinzulassen. Andererseits können auch kleine mobile Klimaanlagen in den entsprechenden Räumen aufgestellt oder größere fest installiert werden. Das manuelle Lüften ist gerade während der sogenannten tropischen Nächte meist nicht hilfreich, da die Temperaturen auch dann nicht auf ein bestimmtes Niveau sinken.

Das Kühlen via Klimaanlage ist hingegen relativ kostenintensiv, da die Anlagen mit Strom betrieben werden. Hinzu kommt, dass gerade in Mitteleuropa die Klimaanlagen nur wenige Wochen im Jahr genutzt werden. Aufgrund dessen ist eine Anschaffung meist nicht wirtschaftlich. Das Kühlen mit der Wärmepumpe ist bei vielen noch nicht sehr bekannt. Dabei lassen sich auf diese Weise verschiedene Funktionen in einem Gerät vereinen, das darüber hinaus zu einem großen Teil kostenlose Umweltenergie nutzt. 

Klimaanlage versus Kühlen mit einer Wärmepumpe

Anders als die klassischen Klimaanlagen, die gekühlte Luft über einen oder mehrere Kanäle im Haus zu dem Bestimmungsort transportieren, kühlt eine Wärmepumpe über die Wasserleitungen des Heizungssystems die entsprechenden Räume. Dabei gibt es zwei Möglichkeiten: das active und das passive cooling.

Eine Alternative ist außerdem die solare Kühlung, die sich ebenfalls mit einer Wärmepumpe realisieren lässt. Solarthermie ersetzt dabei als thermischer Verdichter den sonst üblichen energiehungrigen elektrischen Kompressor. 

Natural cooling als Form der Kühlung mit der Wärmepumpe

Die passive Kühlung (passive cooling), im Fachjargon gern auch als "natural cooling" bezeichnet, arbeitet mit der natürlichen Umgebungstemperatur. Dabei eignen sich für diese Art der Kühlung nur die Sole- und die Wasser-Wasser-Wärmepumpen. Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe ist hingegen eher ungeeignet. Das Grundwasser beziehungsweise die Soleflüssigkeit nehmen die Wärme mithilfe eines Wärmetauschers aus dem vorhandenen Heizkreislauf auf und geben diese schließlich unmittelbar danach nach außen ab. Die Wärmepumpe ist, getreu der "passiven Funktionsweise", während dieses Vorgangs ausgeschaltet, was wiederum die laufenden Kosten reduziert. Es findet lediglich eine allgemeine Regelung der einzelnen Komponenten statt, jedoch kein aktiver Vollbetrieb. Die Raumkühlung erfolgt in diesem Fall also effizient durch die einfache Aufnahme und Abgabe der Wärme an den Boden über die Sonden.

Um das Kühlen mit einer Wärmepumpe auf diesem Wege zu ermöglichen, bedarf es eines Wärmetauschers, einer Umwälzpumpe und eines zusätzlichen 3-Wege-Ventils, das die Funktion der Wärmepumpe im klassischen Sinne umgeht. 

Funktion der passiven Kühlung in der Wärmepumpe im Detail

Grundsätzlich wird der Verdichter bei diesem Prinzip nicht angetrieben. Die Sole oder das Wasser, welche als Wärmeträgermedien fungieren, gelangen zum Wärmetauscher. Dort gelangt Heizwasser mit der entsprechenden Raumtemperatur hin. Der Wärmetauscher sorgt hier für einen Temperaturausgleich. Auf diese Weise gelangt das herunter gekühlte Heizwasser in das Heizungsabgassystem und zirkuliert dort.

Kühlen mit der Wärmepumpe – active cooling 

Die zweite Option ist die sogenannte "aktive Kühlung" oder im Fachjargon das "active cooling". Bei der aktiven Kühlung mit einer Wärmepumpe wird die eigentliche Funktionsweise der Wärmepumpe, nämlich das Trinkwasser zu erwärmen oder schlicht zu heizen, einfach umgedreht. Das heißt: Die Heizung verdampft das Kältemittel mit der Wärme aus dem Haus und gibt diese über den Verflüssiger an die Wärmequellenanlage (Solekreis, Luftwärmetauscher) ab. Wie der Name "active cooling" schon deutlich macht, ist der Verdichter der Wärmepumpe dafür in Betrieb und benötigt folglich auch Strom. 

Funktion im Detail zum active cooling

Anders als bei der Wärmeerzeugung wird in diesem Fall der Innenluft die Wärme entzogen und nach draußen abgeführt. Die Wärmeübertragung erfolgt aktiv mithilfe des Kompressors.

Der Verflüssiger wird zum Verdampfer. Die Raumwärme wird auf das Kältemittel übertragen. Um zum Verdichter geführt zu werden, bedarf es eines 4-Wege-Ventils. Darüber hinaus ist ein zweites Expansionsventil notwendig. Beide Komponenten ermöglichen es, dass die Fließrichtung in der Wärmepumpe automatisch umgekehrt wird und dass gleichzeitig geheizt werden kann, um im Sommer mit der Wärmepumpe auch für die Warmwasserbereitung zu sorgen.

Wichtig: Da Wärmepumpen die Gebäudekühlung über eine Flächenheizung realisieren, darf diese die Taupunkttemperatur nicht unterschreiten. Denn dann könnte sich Feuchte auf oder im Boden niederschlagen und Schäden verursachen. Sicherheit bieten spezielle Fühler, die die Kühlleistung bei bedrohlichen Situationen (abhängig von Temperatur und relativer Feuchte) herunterfahren. 

Nicht jede Wärmepumpe kann ab Werk kühlen

Vor der Anschaffung der Wärmepumpe sollte ein Heizungsinstallateur konsultiert werden. So stellen Sie sicher, dass das gekaufte Gerät auch zur Raumkühlung geeignet ist. Um eine aktive Raumkühlung vollziehen zu können, muss die Wärmepumpe in ihrer Funktionsweise reversibel sein. Existiert bereits eine Wärmepumpe, die nicht reversibel ist, kann sie mitunter zur passiven Kühlung genutzt werden, sofern ein Drei-Wege-Ventil eingebaut werden kann. Eine umfassende Beratung schafft Klarheit und hilft Ihnen sicherzustellen, dass Sie auch eine Kühlfunktion nutzen können, sofern das gewünscht wird.