Wie funktioniert Klimatechnik?
Die Temperierung von Räumen kann auf zwei Arten erfolgen: So werden Heizungen genutzt, um die Raumtemperatur zu steigern, während Klimaanlagen die Aufgabe haben, zu kühlen. Die Wärmeerzeugung lässt sich dabei auf verschiedene Weise realisieren: etwa durch die Verfeuerung fossiler Brennstoffe oder Holz, durch Solarthermie oder aber durch die Nutzung von Umweltwärme durch Wärmepumpen. Auf diese Weise bleiben unsere Häuser und Wohnungen sowie Gewerberäume und Industriehallen auch in kalten Jahreszeiten wohlig warm. Klimatechnik zum Kühlen funktioniert grundsätzlich anders als Verbrennungssysteme und quasi entgegengesetzt zum Heizen mit Solar oder Umweltwärme. Ihr Ziel ist es, Wärmeenergie aus den Räumen „herauszufiltern“ und schließlich nach draußen zu transportieren.
Eine Klimaanlage arbeitet im Grunde genommen wie ein Kühlschrank oder eine umgekehrte Wärmepumpe mithilfe eines Kältemittelkreislaufs. Durch Ventilatoren saugt das System warme Raumluft an. Diese gibt dann einen Teil ihrer thermischen Energie an das aufgrund seines niedrigen Drucks kalte Wärmeleitmedium ab. Das Kältemittel verdampft schließlich und die abgekühlte Luft temperiert den Raum. In einem Kompressor wird das Kältemittelgas im Anschluss verdichtet und seine Temperatur erhöht sich weiter, bis diese die Außentemperatur übersteigt. Nun kann es seine Wärmeenergie entsprechend des normalen Temperaturgefälles an die Außenluft abgeben und kondensiert wieder. Im letzten Schritt normalisiert ein Entspannungsventil den Druck des Kältemittels und der Kreislauf beginnt erneut. Einige Modelle erlauben es zudem, den Kältemittelkreislauf umzukehren, so dass sich die Geräte ähnlich wie Luft-Wärmepumpen auch zum Heizen nutzen lassen.
Klimatechnik muss sich jedoch nicht nur auf die Temperierung eines Raumes beschränken. Bestimmte Anlagen dienen auch dazu, etwa verbrauchte Luft mit hohem CO2-Anteil gegen frische von draußen auszutauschen oder Keime und andere Verschmutzungen herauszufiltern. Ebenfalls können Klimaanlagen auch aktiv der Regulierung der Luftfeuchtigkeit dienen. Während alle Systeme dieser Art dies indirekt tun – kalte Luft kann generell weniger Feuchtigkeit aufnehmen – lässt sich der Feuchtigkeitsanteil in der Luft mit Geräten mit gesonderter Be- und Entfeuchtungsfunktion individuell steuern.
Welche Alternativen gibt es zur „klassischen“ Klimatechnik?
Während ein Heizsystem in Wohn-, Gewerbe- und Industriegebäuden zur Grundausstattung gehört, ist Klimatechnik zum Kühlen weniger verbreitet. Dies liegt unter anderem an den hohen Nachrüstungskosten in Altbauten, während in Neubauten heutzutage immer öfter auch eine Klimaanlage mit eingeplant wird. Mobile Klimageräte ohne Installation – etwa Monoblock-Klimaanlagen, Raumkühler oder einfache Ventilatoren – können zwar ebenfalls Linderung in der Sommerhitze verschaffen, weisen jedoch eine vergleichsweise geringe Kühlleistung auf oder sind deutlich ineffizienter im Betrieb. Sie verbrauchen also weitaus mehr Strom für eine vergleichbare Temperierung.
Alternativ zur klassischen Klimaanlage in Verbindung mit einem Heizsystem lassen sich jedoch reversible Wärmepumpen als praktische Hybrid-Lösung nutzen. In den kalten Monaten ist das Gerät dabei in der Lage, den Heizbedarf zu decken, im heißen Sommer hingegen lässt sich der Kältemittelkreislauf umkehren. Dann entzieht die Wärmepumpe nicht mehr der Umweltwärmequelle die thermische Energie, um sie aufzubereiten und in die Räume zu leiten, sondern tut dies mit der Raumluft und gibt die Wärme schließlich an die Außenluft, das Erdreich oder das Grundwasser ab – abhängig davon, welches System genau genutzt wird. Dies hat zweierlei Vorteile: Zum einen verbrauchen Wärmepumpen im Kühlbetrieb oftmals weniger Strom als herkömmliche Klimaanlagen, zum anderen regeneriert die aus der Raumluft zugeführte Wärme Umweltwärmequellen wie Erdreich oder Grundwasser zusätzlich, so dass das Gerät in der sich anschließenden Heizperiode effizienter arbeitet.
Neben den „vertrauten“ Wärmequellen wie Luft, Boden und Grundwasser können Wärmepumpen jedoch noch auf andere Ressourcen zurückgreifen. In den letzten Jahren ist hierbei vermehrt das Abwasser in den öffentlichen Fokus gerückt. Dieses bietet als Wärmequelle sogar viele Vorzüge. Zum einen ist es nahezu endlos verfügbar, denn wo Menschen leben, fällt grundsätzlich Abwasser an. Dabei ist es auch das ganze Jahr über vergleichsweise warm (mit leichten Schwankungen zwischen Sommer und Winter), während hingegen die von Luft-Wasser-Wärmepumpen genutzte Umgebungsluft in der Heizperiode deutlich kälter ist. Im Gegensatz zu Erd- und Grundwasserwärmepumpen sind zudem keine teuren Bohrungen vonnöten, um die Wärmequelle zu erschließen, denn der Wärmetauscher wird in einem bereits vorhandenem Abwasserkanal installiert. Und nicht zuletzt erfolgt die Abwasserwärmerückgewinnung nah am Wiederverwerter (Hausbewohner, Industriebetrieb usw.), so dass sich anders als bei klassischen Wärmenetzen keine hohen Energieverluste beim Transport ergeben.
Mithilfe von Energie aus Abwasser ist es möglich, umweltfreundlich zu heizen oder Prozesswärme für die Industrie bereitzustellen. Ebenso lassen sich Abwasserwärmetauscher und -pumpen auch reversibel betreiben, um sich so als alternative Klimatechnik zum Kühlen zu etablieren.
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