Wie man mit Wärmepumpen Räume auch kühlen kann

Die thermische Behaglichkeit ist ein zentraler Faktor der technischen Bauhygiene. Mit zunehmender Zahl an Hitzetagen und Tropennächten wird der Kreislauf von Menschen zunehmend häufiger belastet, bei vulnerablen Personen nicht selten bis an die Grenze der Belastbarkeit. Die Kühlung von Gebäuden wird deshalb auch in Mitteleuropa zu einem immer wichtigeren Thema.

Im Beitrag zum Innenraumklima an Hitzetagen und in Tropennächten wurde bereits festgehalten, dass eine Erdsonden-Wärmepumpe sowohl passiv (ohne Verdichter) als auch aktiv kühlen kann, während eine Luft-Wasser-Wärmepumpe nur aktiv kühlt – und das ausgerechnet dann am schlechtesten, wenn die Aussenluft selbst am heissesten ist. Dieser Beitrag vertieft diese Unterscheidung: Welche Anlagetypen was leisten, mit welchem Stromaufwand, worauf es beim Verteilsystem ankommt, was sich bei einer bestehenden Anlage nachrüsten lässt – und ab wann sich ein Ersatz der ganzen Anlage eher lohnt als eine Nachrüstung.

Zwei Prinzipien: passives und aktives Kühlen

Bei der passiven Kühlung, oft «Natural Cooling» oder Geocooling genannt, steht der Verdichter der Wärmepumpe still. Es zirkuliert lediglich die Sole zwischen Erdsonde und Verteilsystem, unterstützt durch die Umwälzpumpen. Genutzt wird die konstante Erdreichtemperatur von rund 10 bis 12 °C in einigen Metern Tiefe als Wärmesenke. Bei der aktiven Kühlung läuft der komplette Kältekreislauf inklusive Verdichter in umgekehrter Richtung; das setzt eine Wärmepumpe voraus, deren Kältekreis werkseitig reversibel ausgelegt ist (Vierwegeventil, zusätzliches Expansionsventil, passende Steuerung).

Bei Luft-Wasser-Wärmepumpen ist die aktive Kühlung die einzige Option, und ihre Effizienz fällt tendenziell tiefer aus als bei Sole-Wasser-Geräten, weil die Aussenluft im Sommer selbst warm ist und als Wärmesenke ungünstiger wirkt – gerade dann, wenn die Kühllast am grössten ist. Dennoch bleibt sie im Betrieb üblicherweise sparsamer als ein klassisches Klimagerät, weil die benötigte Temperaturdifferenz zwischen Kälteseite und Raum kleiner ist.

Erdsonde oder Aussenluft – zwei sehr unterschiedliche Ausgangslagen

Die Wahl der Wärmequelle entscheidet damit vorab, welche Kühlwege überhaupt offenstehen:

• Sole-Wasser-Wärmepumpe (Erdsonde oder Grundwasser): einzige Bauart, die passives Kühlen ermöglicht. Zusätzlich ist – sofern der Kältekreis reversibel ist – auch aktives Kühlen möglich. Das Erdreich bleibt auch im Hochsommer eine kühle Senke.
• Luft-Wasser-Wärmepumpe: kein passives Kühlen möglich, da die Aussenluft dafür nicht kühl genug ist. Aktives Kühlen ist nur möglich, wenn das Gerät werkseitig reversibel ausgelegt ist – das ist längst nicht bei jedem Modell der Fall.

Verteilsystem: Boden-/Wandheizung geeignet, Radiatoren meist nicht

Ob eine Kühlfunktion im Raum überhaupt spürbar ankommt, hängt massgeblich vom bestehenden Wärmeabgabesystem ab. Fussboden- und Wandheizungen sind dank ihrer grossen Fläche für Kühlbetrieb gut geeignet: Eine Vorlauftemperatur von rund 18 bis 20 °C genügt, um die Raumtemperatur spürbar zu senken, ohne dass die Bauteiloberfläche unter den Taupunkt der Raumluft fällt. Eine Taupunktüberwachung, die Feuchte und Temperatur misst und die Kühlung bei Kondensationsgefahr sofort abschaltet, ist dabei zwingend – sowohl beim passiven wie beim aktiven Betrieb.

Radiatoren sind für den Kühlbetrieb dagegen ungeeignet. Ihre kleine Fläche würde eine sehr tiefe Vorlauftemperatur erfordern, die praktisch immer unter dem Taupunkt liegt – Kondensat am Heizkörper und tropfnasse Böden wären die Folge. Spezielle Niedertemperatur-Radiatoren mit ausreichend grosser Fläche existieren, sind aber die Ausnahme. In Gebäuden mit reiner Radiatorenheizung bleibt bei Nachrüstwunsch meist nur, in einzelnen, stark betroffenen Räumen Gebläsekonvektoren zu ergänzen: kompakte Geräte mit Ventilator, die auch bei moderaten Vorlauftemperaturen brauchbare Kühlleistungen von rund 2 bis 5 kW pro Gerät erbringen. Das ist deutlich günstiger als der nachträgliche Einbau einer vollständigen Fussboden- oder Wandheizung, bringt aber Lüftungsgeräusche mit sich und deckt naturgemäss nur einzelne Räume ab, nicht die ganze Wohnung.

Komfortlüftung und Aussenluft-Vorwärmer: ein oft übersehener Zusatznutzen

Ein Aussenluft-Vorwärmmodul, wie es in manchen Komfortlüftungen an den Solekreis angebunden ist, dient in erster Linie dazu, die kalte Aussenluft im Winter mit Wärme aus dem Erdreich vorzuwärmen, bevor sie zum Wärmerückgewinnungs-Wärmetauscher der Lüftung gelangt. Das schützt diesen Wärmetauscher vor Vereisung und senkt den Heizwärmebedarf zusätzlich. Dasselbe Register lässt sich im Sommer in umgekehrter Richtung betreiben: Dann kühlt die Kühle des Erdreichs über die Sole die einströmende, warme Aussenluft vor – im Grunde dasselbe Prinzip wie die im Referenzartikel beschriebene erdgekoppelte Zuluft-Vorkühlung (Geocooling) über einen geschlossenen Sole-Kühlkreis.

Ob eine Anlage über eine Komfortlüftung verfügt – und ob diese zusätzlich über ein solches Vorwärm-/Vorkühlmodul verfügt –, beeinflusst deshalb, wie aufwendig sich eine Kühlung der Zuluft realisieren lässt:

• Ohne Komfortlüftung: Kühlung wirkt ausschliesslich über das Verteilsystem (Boden-/Wandheizung, allenfalls Gebläsekonvektoren).
• Mit Komfortlüftung, ohne Vorwärmmodul: Die Zuluft lässt sich zwar grundsätzlich zusätzlich kühlen, dafür braucht es aber ein neues Register im Lüftungskanal und eine entsprechende hydraulische Einbindung an den Solekreis.
• Mit Komfortlüftung und bestehendem Aussenluft-Vorwärmmodul: Hier ist die hydraulische Verbindung zwischen Solekreis und Lüftungsgerät bereits vorhanden und funktioniert als Wärmetauscher grundsätzlich in beide Richtungen. Die sommerliche Nutzung zur Zuluft-Vorkühlung erfordert deshalb meist keinen neuen Register-Einbau, sondern in erster Linie eine Anpassung der Steuerungslogik (damit der Wärmefluss auch umgekehrt zugelassen wird) sowie eine Taupunktüberwachung des Registers und des Kanals, die im reinen Vorwärmbetrieb nicht nötig war.

Wichtig bleibt in jedem Fall die hygienische Bauart: Ein geschlossenes Register, durch das die Sole zirkuliert, ist einem offenen Luft-Erdregister, durch das die Aussenluft direkt strömt, klar vorzuziehen, da Letzteres Kondensat- und Mikrobiologie-Risiken birgt. Zudem ersetzt die über die Lüftung übertragbare Kühlleistung keine raumweise Kühlung über die Fläche – die hygienisch nötige Luftmenge ist dafür schlicht zu gering. Sie temperiert die Zuluft spürbar, mehr nicht.

Der stille Vorteil: sommerliche Regeneration der Erdsonde

Ein Aspekt, der bei der reinen Komfortbetrachtung leicht untergeht: Jede Wärmemenge, die im Sommer über die Erdsonde ins Erdreich zurückgeführt wird – ob durch passives oder aktives Kühlen –, wirkt der winterlichen Auskühlung des Bodens entgegen. Wird einer Sonde über Jahre nur Wärme entzogen, sinkt die Bodentemperatur in ihrer Umgebung graduell; die sommerliche Wärmeeinspeisung gleicht das teilweise aus. Das erhöht die Quellentemperatur zu Beginn der nächsten Heizperiode und verbessert damit die Arbeitszahl der Wärmepumpe im Winter. Für Sondenfelder mit mehr als vier Erdsonden verlangt die Norm SIA 384/6 ohnehin eine rechnerische Auslegung über 50 Jahre, bei der die mittlere Soletemperatur einen Wert von −1.5 °C nicht unterschreiten darf – die sommerliche Regeneration ist damit auch normativ Teil der langfristigen Betrachtung. Wird eine Kühlnutzung bereits bei der Auslegung eines neuen Sondenfelds mitgeplant, lässt sich die erforderliche Sondenlänge unter Umständen sogar reduzieren, weil sich der winterliche Entzug und der sommerliche Eintrag über die Jahre teilweise ausgleichen.

Nachrüstung bestehender Anlagen

Sole-Wasser-Wärmepumpen (Erdsonde, Grundwasser)

Passives Kühlen lässt sich an bestehenden Anlagen mit geeigneter Fussboden- oder Wandheizung in der Regel mit überschaubarem Aufwand nachrüsten: ein Plattenwärmetauscher zur Trennung von Sole- und Heizkreis, motorisierte Umschaltventile, eine zusätzliche Umwälzpumpe sowie ein Taupunktwächter. Je nach Ausgangslage dürfte dafür in der Schweiz mit Kosten in der Grössenordnung von einigen Tausend bis rund CHF 6'000 zu rechnen sein; einzelne kompakte Nachrüstmodule von Herstellern kosten für sich genommen deutlich weniger, decken aber nicht zwingend die gesamte notwendige Hydraulikanpassung ab. Verfügt die Anlage bereits über ein an den Solekreis angebundenes Aussenluft-Vorwärmmodul der Komfortlüftung, lässt sich dieses – wie oben beschrieben – meist mit vergleichsweise wenig Aufwand für die sommerliche Zuluft-Vorkühlung mitnutzen, da die Hydraulik bereits vorhanden ist und primär die Steuerung sowie die Taupunktüberwachung anzupassen respektive zu ergänzen sind. Aktives Kühlen nachzurüsten ist technisch anspruchsvoller, weil ein reversibler Kältekreis (Vierwegeventil, zusätzliches Expansionsventil, angepasste Steuerung) benötigt wird; das ist nicht bei jedem Modell möglich und sollte durch den Hersteller respektive Fachbetrieb verbindlich geprüft werden. Bei älteren Geräten ist dieser Umbau oft unwirtschaftlich – hier ist ein Ersatz durch ein Gerät mit werkseitiger Kühlfunktion meist die sinnvollere Option.

Luft-Wasser-Wärmepumpen

Ist der Kältekreis nicht bereits werkseitig reversibel ausgelegt, ist eine Nachrüstung der aktiven Kühlung an bestehenden Geräten in aller Regel nicht wirtschaftlich beziehungsweise technisch kaum sinnvoll umsetzbar. Wer eine Kühlfunktion an einer bestehenden Luft-Wasser-Anlage wünscht, kommt um den Ersatz des Innen- respektive Aussengeräts durch ein von Haus aus reversibles Modell praktisch nicht herum.

Wann sich ein Ersatz mehr lohnt als eine Nachrüstung

Ein Wärmepumpen-Verdichter erreicht üblicherweise eine Lebensdauer von 15 bis 25 Jahren beziehungsweise rund 60'000 bis 80'000 Betriebsstunden. Steht eine Anlage ohnehin näher am Ende dieser Lebenserwartung, spricht wenig dafür, in eine reine Kühl-Nachrüstung zu investieren – wirtschaftlicher dürfte es meist sein, den ohnehin absehbaren Ersatz vorzuziehen respektive gezielt darauf hinzuplanen und dabei direkt ein Gerät mit integrierter, werkseitiger Kühlfunktion zu wählen. Bei Luft-Wasser-Anlagen ohne werkseitige Reversibilität führt ohnehin kein wirtschaftlich sinnvoller Weg an einem Ersatz vorbei, sofern eine Kühlfunktion gewünscht ist.

Bei der Finanzierung ist zu beachten, dass Gebäudeprogramm und die meisten kantonalen Förderprogramme in der Regel ausschliesslich den Ersatz einer fossilen oder direktelektrischen Heizung durch ein erneuerbares System fördern; der reine Ersatz einer Wärmepumpe durch eine neue Wärmepumpe dürfte in den meisten Kantonen nicht förderberechtigt sein – die genauen Bedingungen sind jedoch kantonal unterschiedlich geregelt und im Einzelfall bei der zuständigen kantonalen Energiefachstelle zu prüfen. Die wirtschaftliche Betrachtung eines vorgezogenen Ersatzes stützt sich damit primär auf Effizienzgewinn und vermiedene Nachrüstkosten, nicht auf Fördergelder.

Anders liegt der Fall, wenn noch eine fossile Heizung in Betrieb ist: Eine im Winter unreparierbar ausfallende Öl- oder Gasheizung sollte man nicht riskieren. Wer eine solche Anlage erst im Ausfall unter Zeitdruck ersetzt, hat in der Regel weder Zeit für einen Offertvergleich noch für eine optimale Dimensionierung inklusive Kühlfunktion – oft wird dann aus Zeitgründen wieder ein fossiles System eingebaut. Es empfiehlt sich deshalb, den Zustand einer Heizung, die älter als etwa 15 Jahre ist, proaktiv durch einen Fachbetrieb prüfen zu lassen und den Ersatz auf die wärmere Jahreszeit zu terminieren, wenn Zeit für Planung, Offerten und allfällige Fördergesuche bleibt.

Weitere Aspekte

Bei der Bewilligungsfrage lohnt sich eine genaue Unterscheidung, da hier zwei unabhängige Rechtsbereiche zusammenspielen: das Baurecht (ortsfeste Anlage ja/nein) und das kantonale Energierecht (Nachweispflicht für die Kühlung).

Baurechtlich ist ein mobiles Monoblock-Klimagerät mit Abluftschlauch, das keinen festen Wanddurchbruch benötigt, als nicht ortsfestes Gerät in der Regel baubewilligungsfrei. Ein fest installiertes Aussengerät dagegen – sei es dasjenige eines Split-Klimageräts oder das einer reversiblen Luft-Wasser-Wärmepumpe – gilt als ortsfeste Anlage und unterliegt in aller Regel der Baubewilligungspflicht sowie den Anforderungen der Lärmschutz-Verordnung. In dieser Hinsicht ist eine im Reversbetrieb aktiv kühlende Luft-Wasser-Wärmepumpe einem Split-Klimagerät tatsächlich gleichzusetzen. Eine reversible Sole-Wasser-Wärmepumpe (Erdsonde) hat demgegenüber gar kein Aussengerät; die Aussengerät-bezogene Baubewilligungs- und Lärmfrage stellt sich für sie deshalb gar nicht erst. Einzig die Erdsonde selbst benötigte bei ihrer Erstellung eine gewässerschutzrechtliche Bewilligung, unabhängig von einer späteren Kühlnutzung.

Energierechtlich gilt gestützt auf die Mustervorschriften der Kantone im Energiebereich (Modul 11, Formular EN-110) grundsätzlich, dass Kühlanlagen ohne Weiteres zulässig sind, wenn deren installierte elektrische Leistung für Medienförderung und -aufbereitung 12 W/m² nicht überschreitet; oberhalb dieser Schwelle sind zusätzlich die Effizienzanforderungen der Norm SIA 382/1 einzuhalten. Massgebend für die Nachweispflicht ist dabei in erster Linie nicht die Wärmequelle, sondern die Art der Kälteabgabe: Mehrere Kantone – so etwa der Kanton Bern in seiner Vollzugshilfe EN-110 BE – befreien reversible Luft-Wasser-, Wasser-Wasser- und Sole-Wasser-Wärmepumpen, die über das bereits vorhandene hydraulische Verteilsystem (Boden-/Wandheizung, Radiatoren) kühlen, ausdrücklich vom energierechtlichen Kühl-Nachweis, sofern keine zusätzlichen, eigens für die Kühlung eingebauten Abgabeelemente installiert werden. Nachweispflichtig bleibt dagegen eine reversible Luft-Luft-Wärmepumpe, die – wie ein klassisches Split-Klimagerät – die gekühlte Luft direkt in den Raum bläst. Auf die Frage des Nutzers zugespitzt: Der Reversbetrieb einer Erdsonden-Wärmepumpe über die bestehende Bodenheizung wird energierechtlich also eher gleich behandelt wie derjenige einer Luft-Wasser-Wärmepumpe – und nicht wie ein Split-Klimagerät. Andere Kantone setzen bei ganzheitlich über eine reversible Wärmepumpe gekühlten Wohngebäuden zusätzliche Bedingungen (das Aargauer Merkblatt «Kühlung in Wohnbauten» verlangt hier beispielsweise zusätzlich eine automatisierte Sonnenschutzsteuerung). Der Vollzug ist damit spürbar kantonal unterschiedlich geregelt; massgebend ist im Einzelfall die kantonale Energiefachstelle.

Weitere Details zur Bewilligungspraxis und zur mietrechtlichen Einordnung sommerlicher Überhitzung finden sich im Referenzartikel.