Nachhaltige Kühlsysteme: Fußbodenkühlung vs. Klimatisierung

Kühlsysteme für nachhaltigen Raumklima-Komfort

Sowohl bei Neubauten als auch bei Renovierungsprojekten steht heute die Energieeffizienz im Vordergrund. Die Herausforderung besteht darin, ein nachhaltiges Gebäude zu realisieren, das auch ganzjährig behaglichen Komfort bietet. Mit dem richtigen Heiz- und Kühlsystem ist das leicht zu bewerkstelligen, vorausgesetzt, es ist auf das Gebäude und die Bedürfnisse seiner Bewohner abgestimmt.

Eine beliebte Lösung ist zum Beispiel die Ergänzung einer Heizkörperheizung durch ein aktives Kühlsystem wie eine Klimaanlage. Aber auch Gebläsekonvektoren oder Strahlungssysteme mit Flächenheizung und -kühlung können eine interessante Option sein. Schauen wir uns die Vor- und Nachteile der einzelnen Systeme an.

Klimatisierung

Der Hauptgrund für die Installation von Klimaanlagen ist ihre hohe Kühlleistung. Eine Klimaanlage kann auch mit einer Luftfilterfunktion ausgestattet sein, die Schadstoffe aus der Luft entfernt und so die Raumluftqualität verbessert. Darüber hinaus ist die Klimaanlage ein sehr zuverlässiges Mittel zur Kontrolle der Luftfeuchtigkeit, wodurch das Risiko von Feuchtigkeit, Schimmel oder schädlichen Bakterien verringert wird. In einigen Fällen können Klimaanlagen auch zum Heizen verwendet werden, doch müssen dafür bestimmte Bedingungen erfüllt sein.

Klimaanlagen bieten zwar ein hohes Maß an Komfort, haben aber auch einen relativ hohen Energieverbrauch. Außerdem enthalten sie häufig Kältemittel, die eine relativ geringe Lebensdauer haben und sich negativ auf die Umwelt auswirken. Die Herausforderung sowohl für die Hersteller als auch für die Endverbraucher besteht also darin, zu einer nachhaltigeren Umsetzung zu gelangen.

In ihrem Bericht über die Zukunft der Kühlung⁽¹⁾ greift die Internationale Energieagentur (IEA) das Thema auf und plädiert dafür, dass sich die Endverbraucher für effizientere Klimaanlagen entscheiden. Demnach liegt die durchschnittliche Effizienz der heute verkauften Klimageräte bei weniger als der Hälfte dessen, was handelsübliche Geräte heute leisten können – und bei einem Drittel der besten verfügbaren Technologien. Laut ihrem Efficient Cooling Scenario können wirksame Maßnahmen die durchschnittliche Effizienz von Klimaanlagen verdoppeln und den Energiebedarf für die Kühlung im Vergleich zum Referenzszenario um 45 % reduzieren.

Flächenkühlung

Ein Flächenheiz- und Kühlsystem nimmt keinen wertvollen Platz an der Wand ein und erzeugt keinen Lärm. Dank der Strahlungswärme oder Kühlung gibt es auch keine Staubzirkulation oder Zugluft. Darüber hinaus kann ein solches System leicht mit benutzerfreundlichen Steuerungen, wie unseren Unisenza-Regelungskomponenten kombiniert werden, um unterschiedliche Temperaturen für verschiedene Räume einzustellen. So wird der Komfort für die Bewohner optimiert und der Energieverbrauch gesenkt, da nicht genutzte Räume nicht unnötig beheizt oder gekühlt werden.

Darüber hinaus sind nur wenige zusätzliche Komponenten erforderlich, um unser Purmo-Flächenheizsystem in eine Purmo-Flächenheizung und -kühlung umzuwandeln. In der Regel wird ein 2-Rohr-System verwendet, bei dem für Heizen und Kühlen das gleiche Rohrsystem und die gleichen Komponenten genutzt werden können, wie für das reine Heizen. Auf diese Weise kann der ohnehin schon hohe Komfort und die Wohnqualität einer Purmo-Flächenheizung ohne großen zusätzlichen Material- und Kostenaufwand noch weiter gesteigert werden.

Grundsätzlich unterscheidet man bei der Flächenkühlung zwischen aktiver und passiver Kühlung, abhängig von der Kaltwassererzeugung.

• Passive Kühlung: Hauptsächlich werden hierfür Wasser/Wasser-, Sole/Wasser- und in seltenen Fällen Luft/Wasser-Wärmepumpensysteme eingesetzt. Bei der passiven Kühlung wird in der Regel das Erdreich oder Grundwasser als regenerative Kühlquelle genutzt. Im Falle der Kühlung wird das entsprechende Temperaturniveau über einen Wärmetauscher direkt auf das Systemwasser übertragen.
  
• Aktive Kühlung: Eine aktive Kühlung erfordert Energie zum Antrieb eines Kaltwassersatzes oder einer reversiblen Wärmepumpe. Ein in der Kältemaschine zirkulierendes Kältemittel entzieht dem zu kühlenden Systemwasser über einen Verdampfer überschüssige Wärme. Das Prinzip entspricht dem eines Kühlschranks, nur in größeren Dimensionen. Die bei beiden Kühlkonzepten erreichbare Kühlleistung hängt von der Kaltwassertemperatur und der effektiven Übertragungsfläche der Kühlfläche im Raum ab. Sie wird hauptsächlich durch die Taupunkttemperatur begrenzt. Selbst wenn die berechnete Kühllast und die geplante Raumtemperatur nicht erreicht werden, können die Raumtemperaturen um einige Grad gesenkt werden, was zu einem erheblichen Komfortgewinn gegenüber ungekühlten Gebäuden führt.

Ein Nachteil von Flächenkühlsystemen ist, dass ihre maximale Kühlleistung durch die Oberfläche des Bodens oder der Wand begrenzt ist. Außerdem muss für einen optimalen Betrieb die Bildung von Kondenswasser verhindert werden. Das bedeutet, dass alle Bereiche, die mit warmer Außenluft in Berührung kommen, wie Fenster, Türen, Entlüftungsöffnungen usw., ordnungsgemäß abgedichtet werden müssen.

Gebläsekonvektoren

Genau wie Strahlungssysteme eignen sich Gebläsekonvektoren wie der Vido S2 hervorragend für Niedertemperatur-Heizsysteme und können in Verbindung mit einer reversiblen Wärmepumpe sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen verwendet werden. Außerdem werden sie nicht so stark von der verfügbaren Fläche beeinflusst, so dass ihre Leistung gezielter auf den gesamten Heiz- und Kühlbedarf abgestimmt werden kann.

Andererseits benötigen Gebläsekonvektoren etwas Platz an der Wand und müssen ausreichend groß dimensioniert sein, damit die Ventilatoren nicht die meiste Zeit auf höchster Stufe laufen müssen. Dies würde sowohl den Energieverbrauch als auch den Geräuschpegel erhöhen.

Verschiedene Kühlsysteme im Vergleich

Im Rahmen des SCoolS-Projekts (Sustainable Cooling Systems) haben Forscher der Thomas More University of Applied Science und des belgischen Gebäudeforschungsinstituts mehrere Simulationen durchgeführt. Anhand dieser Simulationen untersuchten sie die Leistung nachhaltiger Kühlsysteme und verglichen sie mit Klimaanlagen als Referenz in Bezug auf Komfort (am besten) und Energieverbrauch (am höchsten). Wie erwartet können aktive Luftkühlungssysteme in 98 % der untersuchten Fälle mit einer Kühlleistung von 50 W/m²  einen guten Komfort bieten. Bei 15 bis 30 W/m² können die nachhaltigeren Systeme mit Oberflächenkühlung und Gebläsekonvektoren jedoch in 80 % der Fälle einen ähnlichen Komfort bieten.

Die Simulationen zeigen auch, dass bei der Anwendung nachhaltiger Kühlsysteme, wie Flächenkühlung oder Gebläsekonvektoren, der Energieverbrauch im Vergleich zu klassischen aktiven Kühlsystemen drastisch gesenkt werden kann. Voraussetzung dafür ist jedoch, dass die Regelung an das Gebäude und die Bedürfnisse der Bewohner angepasst ist. Darüber hinaus muss eine ausreichend große Spanne zwischen dem Sollwert und dem unteren Komforttemperaturniveau vorhanden sein, damit die höchsten Leistungsanforderungen im System und im Gebäude gepuffert werden können.⁽²⁾

Nachhaltige Kühlsysteme: das Gesamtbild

Wann immer die Wahl zwischen den verschiedenen oben genannten Kühlsystemen ansteht, ist es wichtig, das Gesamtbild zu betrachten. Das bedeutet, dass sowohl Heizung als auch Kühlung, aber auch die Eigenschaften des Gebäudes und die täglichen Aktivitäten der Bewohner berücksichtigt werden müssen. Steht zum Beispiel genügend Fläche für die Kühlung zur Verfügung, um ausreichenden Komfort zu gewährleisten? Wenn ja, dann ist eine Flächenkühlung sicherlich eine gute Option, die sowohl flexibel als auch energieeffizient ist. Bei einer hohen Belegungsrate könnte es jedoch besser sein, ein Kühlsystem mit Gebläsekonvektoren oder ein Klimagerät zu wählen, das besser auf den Kühlbedarf abgestimmt werden kann.

Quellenangaben
1. https://www.iea.org/reports/the-future-of-cooling
2. https://www.duurzamekoeling.be/uploads/1/0/2/1/102130926/8-180-21_wuyts.pdf