Kühlen mit reversibler Wärmepumpe – das bringt's im Vergleich zur Klimaanlage.

Das, was Thermoskannen bei Getränken leisten, machen reversible Wärmepumpen für Gebäude: Sie wärmen und kühlen die Räume, je nachdem, was gerade gefordert ist. Angesichts hoher Energiekosten und in Zeiten der Klimakrise sind effiziente Heiz- und Kühlsysteme wie die reversible Wärmepumpe richtig spannend. Schließlich ist eine Wärmepumpe das wohl energieeffizienteste Heizsystem. Wie effizient Wärmepumpen arbeiten, kannst du an der sogenannten Jahresarbeitszahl (JAZ) erkennen. Sie ergibt sich aus dem Verhältnis von Stromaufwand und Wärmeertrag – gemittelt über ein ganzes Betriebsjahr hinweg. Einer Faustformel zufolge erzeugen Wärmepumpen je nach Typ aus einer Kilowattstunde (kWh) Strom rund 3 bis 5 kWh Heizwärme. Elektrische Wärmepumpen arbeiten zudem effizienter als alte Gas- oder Ölheizungen.

*Die Rechnung basiert auf einem durchschnittlichen Heizenergieverbrauch und Mittelwerten für Normalverbrauch.

Quelle: Heizspiegel 2023 von co2online.

Da Wärmepumpen Strom benötigen, um Umweltenergie in Wärme umzuwandeln, ist es besonders wichtig, hier auf erneuerbare Energien zu setzen. Nur so wird wirklich klimafreundlich geheizt und gekühlt. Entweder wird die benötigte Energie selbst mit einer PV-Anlage erzeugt oder die Wärmepumpe wird mit einem grünen Wärmepumpenstromtarif versorgt. Andernfalls verursachst du mit einer Wärmepumpe schnell viele hundert Kilogramm CO2 pro Jahr.

5 Gründe und Erfahrungen, mit einer Wärmepumpe zu kühlen.

Mit Wärmepumpe statt Klimaanlage kühlen: Deshalb macht es Sinn.

Sommer in Deutschland, das heißt inzwischen 30 Grad Celsius werden regelmäßig überschritten, Hitzewellen nehmen zu und auch die Zahl der Hitzetoten steigt, die inzwischen die Anzahl der Verkehrstoten pro Jahr überschreitet. Die Anzahl der sogenannten "Hitzetage", also Tage mit mindestens 30 °C über ganz Deutschland gemittelt hat sich laut Deutschem Wetterdienst (DWD) seit den 1950er Jahren von etwa drei Tagen pro Jahr auf derzeit neun Tage pro Jahr verdreifacht. Kein Wunder also, dass die Nachfrage nach einer Kühlung im Haus in Deutschland zunimmt.

Kann eine Wärmepumpe auch kühlen? Ja. Mit einer reversiblen Wärmepumpe, die idealerweise mit einer PV-Anlage verknüpft und so besonders effizient ist, kann man zu jeder Jahreszeit ein angenehmes Raumklima schaffen. Das ist deutlich nachhaltiger als eine Klimaanlage, die nur an einigen Sommertagen im Jahr läuft, schnell ins Geld geht und auch noch für zusätzliche CO2-Emissionen sorgt, wenn du herkömmlichen Strom beziehst. Dennoch haben sowohl reversible Wärmepumpe als auch Klimaanlage ihre Vorteile (siehe Tabelle). Eine reversible Wärmepumpe ist aber eine ernsthafte Alternative zur Klimaanlage.

Vergleich: Vorteile von Wärmepumpen und Klimaanlagen.

Ein Argument für eine reversible Wärmepumpe dürfte in jedem Fall ihr Vorteil sein, dass eine Wärmepumpe quasi ganzjährig im Einsatz ist, während eine Klimaanlage nur wenige Tage oder Wochen pro Jahr genutzt wird. Somit ist die Wirtschaftlichkeit bei einer Wärmepumpe deutlich höher als bei einer Klimaanlage, zumal du für eine Wärmepumpe einen kostengünstigeren Spezialtarif nutzen kannst.

Kann eine Wärmepumpe eine Klimaanlage zum Kühlen ersetzen?

Mit einer Wärmepumpe zu kühlen kann eine Alternative zur Klimaanlage darstellen, sofern das System gut geplant und richtig ausgelegt wird. Die passive Kühlung mit Wärmepumpe ist sogar günstiger und die abgeführte Wärme lässt sich etwa für die Brauchwassererwärmung nutzen. Des Weiteren kühlt eine Wärmepumpe sehr schonend, eine gesundheitsschädliche Unterkühlung ist nicht möglich. Die Geräte arbeiten jedoch oftmals nur in gut gedämmten Gebäuden effektiv und können nicht zur Raumentfeuchtung eingesetzt werden.

So funktioniert das Kühlen mit Wärmepumpe.

Eigentlich sind Wärmepumpen – wie der Name schon sagt – dazu da, Räume zu wärmen. Die dafür benötigte Energie nimmt die Wärmepumpe zum größten Teil kostenlos aus der Umwelt, zum Beispiel aus der Luft, dem Grundwasser und/oder dem Erdboden.

Tolles Prinzip: Wärmepumpen wandeln Energie aus der Umwelt in Wärme um.

Um zu kühlen, wird in der Wärmepumpe der Prozess quasi umgekehrt. Deswegen reversibel. Damit heizt du im Winter mit der Wärmepumpe deine Räume und im Sommer kühlst du sie. Wie praktisch! Das Kühlen mit Wärmepumpe funktioniert über eine passive oder eine aktive Kühlung. Bei der passiven Kühlung wird die Wärme aus dem Gebäude an die im Sommer kühlere Wärmequelle abgegeben. Das heißt, Regelung und Umwälzpumpe sind ausgeschaltet. Du brauchst keinen Strom für diesen Prozess. Bei der aktiven Kühlung brauchst du hingegen Strom, damit die Wärmepumpe wie ein Kühlschrank funktioniert. Im Unterschied zur passiven Kühlung kannst du die Temperatur weiter senken. Das Praktische ist: Du kannst deine bestehende Wärmepumpe in den meisten Fällen relativ einfach nachrüsten.

Passive Kühlung mit Wärmepumpe.

Die passive Kühlung funktioniert nur in Kombination mit einer Sole-Wasser- oder Wasser-Wasser-Wärmepumpe. Hier reicht die natürliche Umgebungstemperatur des Erdreichs oder Wassers, um die Raumtemperatur um etwa drei Grad Celsius zu senken. Um passiv mit einer Wasser- oder Erdwärmepumpe zu kühlen, wird deine klassische Wärmepumpe um ein paar technische Geräte ergänzt: Einen Wärmetauscher, ein 3-Wege-Ventil und eine Umwälzpumpe sind dazu nötig. Mithilfe des Wärmetauschers wird die Wärme aus dem Raum direkt ins Erdreich oder an das Grundwasser abgeführt, die Wärmepumpe selbst wird dabei sozusagen umgangen.

Der größte Unterschied zur sogenannten aktiven Kühlung mit der Wärmepumpe ist, dass der Verdichter beim passiven Kühlen nicht aktiv ist. Die Wärmepumpe ist beim passiven Kühlen also bis auf Regelung und Umwälzpumpe ausgeschaltet. Das macht die passive Kühlung besonders energiesparend, aber reduziert natürlich verglichen zur aktiven Kühlung auch die Leistungsfähigkeit. „Aktuell ist die Standardlösung im Einfamilienhaus (Neubau) die Luft-Wärmepumpe. Diese kann aber nur aktiv kühlen“, betont Viessmann-Experte Alexander Fabrici.

Funktionsweise und Kosten der passiven Kühlung:

• Kühlt sanfter, also weniger stark (Nachteil an sehr heißen Sommertagen).
• Kostengünstiger, weil nur die Umwälzpumpe arbeiten muss.

Aktive Kühlung mit Wärmepumpe.

Je nach Art der Wärmepumpe sind bei der aktiven Kühlung zusätzliche Bauteile erforderlich. Die aktive Kühlung funktioniert mit Luft-Wasser-Wärmepumpen oder Luft-Luft-Wärmepumpen und kann die Luft im Raum stärker kühlen. Bei Luft-Wärmepumpen kann die aktive Kühlung durch die Reversibilität am einfachsten umgesetzt werden. Durch die „aktive“ Umkehr des Kreislaufs wird dem Raum Wärme entzogen und über die Wärmepumpe nach draußen geleitet. Bei der aktiven Kühlung ist dazu die Wärmepumpe angeschaltet und verstärkt so den Kühleffekt. Auch mit Erd- und Wasserwärmepumpen kann aktiv gekühlt werden. Die entzogene Wärme kann dabei zusätzlich für die Warmwasseraufbereitung genutzt werden. Welche Wärmepumpen aktiv kühlen, ist für Laien nicht direkt erkennbar. Beim Hersteller Viessmann wird beispielsweise in der Typbezeichnung „AC“ für „active cooling“ vermerkt.

Funktionsweise und Kosten der aktiven Kühlung:

• Kann stärker kühlen.
• Kostenintensiver, da die Wärmepumpe voll in Betrieb ist.

Wie viel Grad Kühlung sind möglich im Sommer?

Welche Temperaturen du erreichst, wenn du mit der Wärmepumpe kühlst, ist abhängig von der Wärmequelle: Grundwasser hat durchschnittlich 10 Grad und kann damit Räume sehr gut kühlen. Allerdings sollten daheim für die Räume nicht weniger als ca. 18 Grad eingestellt werden, sonst wird der Taupunkt unterschritten, wodurch es zu Feuchtschäden durch Kondenswasser im Gebäude kommen kann. Allgemein eignen sich für das Kühlen mit Wärmepumpe vor allem großflächige Heizungen, wie Wand- oder Fußbodenheizungen. Mit herkömmlichen Heizkörpern ist kein Kühlen möglich, da sie wegen ihrer kleinen Fläche die Raumluft nur sehr beschränkt kühlen.

Reversible Wärmepumpe: Mit dieser Kosteneinsparung kannst du rechnen.

Willst du mit deiner Wärmepumpe im Sommer auch kühlen, ist das nicht teurer, als wenn du zuhause mit einer Klimaanlage kühlst. Die umfassende Lösung für Kühlen und Heizen, also eine reversible Wärmepumpe, kann im Vergleich sogar preiswerter sein, weil etwa zusätzliche Kosten für die Anschaffung einer extra Klimaanlage entfallen und es Wärmepumpen-Spezialtarife gibt.

80 % weniger Betriebskosten mit passiver Kühlung im Vergleich zu einer Klimaanlage.

Im Vergleich mit einer herkömmlichen Klimaanlage verbraucht eine Wärmepumpe beim Kühlen weniger Strom: Bei passiver Kühlung beträgt die Einsparung laut Bundesverband Wärmepumpe rund 80 %, beim aktiven Kühlen immerhin noch 20 %. Dieser Kostenvorteil lässt sich noch einmal erhöhen, wenn du deine reversible Wärmepumpe mit einer Photovoltaikanlage kombinierst. Denn gerade in den Sommermonaten, wenn die Kühlfunktion gefragt ist, hast du mit einer PV-Anlage die höchsten Erträge und kannst den günstigen Solarstrom vom Dach direkt für die Wärmepumpe zur Kühlung nutzen.

Die Kombination aus Wärmepumpe und Photovoltaikanlage lohnt sich immer. Besonders jedoch beim aktiven Kühlen, denn dabei wird mehr Energie und somit Kosten benötigt als beim passiven Kühlen. Im Sommer wird der Solarstrom direkt für den Kühlbetrieb genutzt. Bei niedrigen Stromgestehungskosten des eigenen Solarstroms ist klar: Die Wärmepumpe mit PV-Strom zu betreiben, ist für deine Stromkosten am günstigsten.

Ist eine Nachrüstung möglich – und was kostet es?

Du hast schon eine Wärmepumpe zum Heizen? Sehr gut. Du willst künftig mit dieser auch kühlen? Auch das geht. Mit einer Nachrüstung. Bei den meisten Wärmepumpen-Modellen lässt sich die Kühlfunktion hin zu einer reversiblen Wärmepumpe relativ einfach nachrüsten. Allerdings ist es wesentlich günstiger, wenn man sich von Anfang an für eine reversible Wärmepumpe entscheidet und nicht erst nachrüsten muss. Ein anderer Nachteil beim Nachrüsten ist, dass du eventuell bauliche Änderungen vornehmen musst. Denn beim Kühlen mit einer Wärmepumpe gilt es, Feuchtigkeit durch Kondenswasser zu vermeiden. Besser ist es also, von Beginn an den Heiz- und Kühlkreislauf so auszulegen, dass kein Kondenswasser in Wänden oder Böden entstehen kann.

Kosten für Nachrüstung variieren je nach Wärmepumpen-Typ.

Wenn man die Kühlfunktion nachträglich einbaut, hängen die Kosten davon ab, welcher Wärmepumpen-Typ bereits verbaut ist. Auch deswegen empfiehlt es sich, schon beim Kauf einer Wärmepumpe zu überlegen, ob sie auch kühlen soll, damit du dir eine teure Nachrüstung ersparst. Bei Luftwärmepumpen ist das Nachrüsten mit aktivem Kühlen meist noch vergleichsweise günstig. Der Austausch der Ventile kostet ungefähr 500 bis 1.000 Euro. Soll bei einer Erdwärmepumpe passives Kühlen nachgerüstet werden, schlägt die Technik laut dem Portal heizung.de mit rund 2.000 bis 4.000 Euro zu Buche.

☝️ Gut zu wissen: Um mit der Wärmepumpe die Raumtemperaturen optimal zu senken, braucht es ein gutes Verteilsystem, also möglichst große Kühlflächen wie Fußboden- oder Wandflächenheizungen. Reguläre Heizkörper sind meist zu klein und ungeeignet. Falls hier auch umgerüstet werden muss, entstehen natürlich weitere Kosten.

Neue Energiequelle: Der Solar-Eisspeicher - so funktioniert's.

Mit einem Eisspeicher wird mithilfe von Wasser auf zweierlei Arten Energie gewonnen: Zum einen entzieht ein Wärmetauscher dem flüssigen Wasser Energie und leitet sie an die Wärmepumpe weiter. Zum anderen liefert der Eisspeicher auch dann Energie, wenn das Wasser zu Eis gefriert: die sogenannte Kristallisationsenergie. Wechselt Wasser seinen Aggregatszustand, wird dieselbe Energiemenge freigesetzt, die man bräuchte, um einen Liter Wasser von 0 auf 80 Grad Celsius zu erhitzen. Dieser Prozess lässt sich unendlich oft wiederholen.

Der Eisspeicher besteht aus einer Zisterne (in der Regel aus Beton), die unter der Erdoberfläche vergraben wird. Darin befinden sich große Spiralen aus Leitungen, durch die eine frostsichere Flüssigkeit fließt. Hier gibt es zwei Parteien: den Entzugs- und den Regenerationswärmetauscher. Ist alles fertig installiert, wird die Zisterne mit Wasser gefüllt und der Prozess aus Kristallisation und Verflüssigung kann beginnen. So wird neben der Erd- und Umgebungswärme auch die Kristallisationsenergie genutzt.

Neben der Heizung und Warmwasserbereitung eignet sich das Eisspeicher-System besonders gut zur Gebäudekühlung im Sommer. Dafür wird die Wärme aus dem Gebäudeinneren in dem Speicher zwischengelagert und kann später zum Heizen genutzt werden.

Das i-Tüpfelchen: Wärmepumpe effizient betreiben...

Viele Wärmepumpen lassen sich via App regeln, sodass die Heizung oder Klimatisierung von unterwegs gesteuert werden kann. Manche Wärmepumpen enthalten ein eigenes Energie-Managementsystem, wodurch das System immer maximal effizient arbeitet: Denn wer eine Wärmepumpe installiert, bringt eine Menge Energie in Bewegung – vor allem dann, wenn diese „im Team“ mit einer eigenen PV-Anlage und einem Stromspeicher arbeitet.

...mit Wärmepumpenstrom von Polarstern.

Immer wichtiger wird ein intelligentes Stromnetz, um erneuerbare Energie effizient zu integrieren. Idealerweise versorgt dabei die Photovoltaikanlage auf dem eigenen Hausdach die Wärmepumpe, die wiederum den überschüssigen Strom, den der Haushalt nicht direkt braucht, in Wärme umwandelt und im Pufferspeicher vorhält. Die gespeicherte Wärme kann zeitversetzt an die Räume abgegeben werden. Herrscht umgekehrt im öffentlichen Stromnetz ein Engpass, kann der Netzbetreiber die Stromversorgung deiner Wärmepumpe kurzzeitig unterbrechen. Wegen des Pufferspeichers merkst du das aber nicht. Auf alle Fälle honoriert er das durch niedrigere Entgelte, die du über den Wärmepumpentarif deines Energieversorgers spürst. Wir von Polarstern haben dafür Wirklich Wärmepumpenstrom mit 100 % echtem Ökostrom aus Deutschland. Voraussetzung für diese Tarife ist ein eigener, unterbrechbarer Stromzähler für die Wärmepumpe.