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Klimaanlage

Eine Klimaanlage ist eine technische Anlage, deren Aufgabe in der Schaffung eines angenehmen Raumklimas besteht. Hierzu gehören unterschiedliche Aspekte:

• Die Raumtemperatur wird in einem angenehmen Bereich gehalten. Dies ist an kalten Tagen oft eher die Aufgabe einer Heizungsanlage; in sehr gut wärmegedämmten Gebäuden, etwa Passivhäusern, kann auch eine Klimaanlage (→ Warmluftheizung) diese Funktion übernehmen. Häufiger jedoch (zumindest in Mitteleuropa) dient eine Klimaanlage der Kühlung an heißen Sommertagen – meist durch Abkühlung der Umluft, seltener durch Zufuhr von gekühlter Frischluft.
• Auch die Luftfeuchtigkeit soll in einem gewissen Bereich (z. B. zwischen 40 und 55 %) gehalten werden. An schwülen Sommertagen kann daher eine teilweise Entfeuchtung der Luft zur Aufgabe einer Klimaanlage gehören. In bestimmten Gegenden, die häufig schwüles Wetter haben, kann dies für den Komfort essenziell sein.
• Eine ausreichende Belüftung, also ein regelmäßiger Austausch der Luft zwecks Entfernung unerwünschter Substanzen und damit der Aufrechterhaltung einer guten Luftqualität, ist ebenfalls wichtig.

Es gibt unterschiedliche lufttechnische Anlagen für Gebäude, die oft nur einen Teil der genannten Funktionen bieten:

• Reine Lüftungsanlagen sorgen teils nur für den Luftaustausch, aber es gibt auch Lüftungsanlagen mit zusätzlicher Warmluftheizung und/oder Befeuchtung. Die Befeuchtung kann entweder durch aktive Befeuchtung erfolgen (mit Verdampfung von Leitungswasser) oder durch eine teilweise Feuchterückgewinnung aus der Abluft.
• Teilklimaanlagen mit Kühlfunktion (die in der Regel eine Kältemaschine enthalten) können oft zusätzlich oft im Sommer eine Entfeuchtung bewirken, manchmal auch eine Befeuchtung im Winter. Es gibt auch viele Klimaanlagen, die mit Umluft arbeiten, also keine Frischluft zuführen, und Räume nur abkühlen können. Beispielsweise dienen die verbreiteten Split-Klimageräte oft nur der Kühlung und haben keine Lüftungsfunktion. Ähnlich gibt es beispielsweise Kühldecken, die ebenfalls nur den Aspekt der Kühlung abdecken.
• Vollklimaanlagen bieten alle Funktionen an.

Eine Klimaanlage wird in der Regel fest in ein Gebäude eingebaut. Es gibt zentrale Klimaanlagen, bei denen sich die gesamte Lufttechnik in einem Kellerraum befindet und die Luftverteilung im ganzen Gebäude über Luftleitungen z. B. in den Zimmerdecken erfolgt. Einzelraum-Klimaanlagen (dezentrale Geräte, etwa für Seminarräume) werden häufig als Split-Geräte ausgeführt, bei denen sich im Raum nur ein Verdampfer, ein Ventilator und die Steuerung befinden. Dieses Innengerät ist über eine Kältemittelleitung mit einem Außengerät verbunden, welches den Kompressor, den Kondensator (wo die Abwärme abgegeben wird) und einen weiteren Ventilator enthält. Sogenannte Multi-Split-Anlagen haben mehrere Innengeräte (u. U. in unterschiedlichen Räumen), die mit einem einzigen Außengerät verbunden sind. Ferner gibt es Monoblock-Geräte, bei denen Verdampfer, Kompressor und Kondensator in einem Gehäuse untergebracht sind, und die auf der Innenseite einer Außenwand oder eines Fensters eingebaut werden, mit zwei Bohrungen für die Kühlluft und ohne allzu auffällige Teile außen. Schließlich gibt es auch mobile Kompakt-Raumklimageräte (ebenfalls Monoblock-Geräte), die auf Rollen stehend im Raum aufgestellt werden. Außerdem gibt es mobile Luftentfeuchter, die nur entfeuchten, aber nicht kühlen.

Im Vergleich zu zentralen Anlagen sind dezentrale Klimageräte meistens deutlich weniger effizient betreffend Energie und Betriebskosten, u. U. auch für die Wartung.

Ansonsten sind heute auch sehr viele Autos mit Klimaanlagen ausgestattet. Auch hier ist eine Abkühlung und Entfeuchtung der Zuluft möglich, ebenfalls oft der Umluftbetrieb. Mehr Details hierzu bietet ein Abschnitt am Ende des Artikels.

Gesundheitliche Aspekte

Der Hauptzweck jeder Klimaanlage sollte die Förderung von Gesundheit und Komfort sein. Leider wird dieser Zweck bei schlechter Ausführung jedoch häufig verfehlt:

• Schlecht gewartete Anlagen, insbesondere solche mit aktiver Luftbefeuchtung, können von Keinem (z. B. Schimmelpilzen) befallen werden und diese dann mit der Luft im Gebäude verbreiten. Diese Keime können dann beispielsweise Atemwegsprobleme und Allergien auslösen.
• Bei ungünstiger Luftzuführung in die Räume kann Staub aufgewirbelt werden, und es kann zu unangenehmen Zuglufteffekten kommen.
• Viele Anlagen (besonders dezentrale) verursachen auch einen störenden Geräuschhintergrund.

Negative Wirkungen von schlecht funktionierenden Klimaanlagen können zum Sick-Building-Syndrom beitragen, also zu gesundheitlichen Beschwerden der Bewohner.

Energieverbrauch von Klimaanlagen in Gebäuden

Viele Klimaanlagen verursachen im Betrieb (und teils sogar allein schon durch ihren Einbau) einen hohen Energieverbrauch, und zwar meist in Form von elektrischer Energie. Die verschiedenen Aspekte der Klimatisierung tragen hierzu in recht unterschiedlichem Ausmaß bei und werden im Folgenden separat diskutiert.

Belüftung

Die Luft wird mit Ventilatoren befördert, die von Elektromotoren angetrieben werden. Durch die langen Betriebszeiten kann ein erheblicher Verbrauch entstehen. Jedoch ist der Verbrauch für die Ventilatoren gering, wenn die Anlage energetisch optimiert ist: Es werden effiziente und intelligent bedarfsgesteuerte Elektromotoren und effizient konstruierte Ventilatoren verwendet, und die Lüftungskanäle sind für einen niedrigen Strömungswiderstand konstruiert (z. B. mit großzügigen Leitungsquerschnitten, glatten Innenwänden und ohne zu enge Kurven). Reine Lüftungsanlagen können heute z. B. ein Einfamilienhaus mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von 50 W oder noch weniger komplett belüften.

Kühlung

Wesentlich mehr Energie als die Belüftung erfordert meist die Kühlung. Hierbei wird die Zuluft mit einer Kältemaschine (meist einer elektrisch angetriebenen Kompressionskältemaschine) abgekühlt, bevor sie den Räumen zugeführt wird. Die Kältemaschine dient effektiv als eine Wärmepumpe, die Wärme aus der Zuluft in einen Rückkühler (meist bei höherer Temperatur) "pumpt".

Viele Anlagen mit Kältemaschine arbeiten weit entfernt vom thermodynamischen Optimum, da sie ineffiziente Kältemaschinen verwenden, die gegen unnötig hohe Temperaturdifferenzen (z. B. aufgrund wenig effektiver Rückkühler und im Taktbetrieb) arbeiten müssen. Zudem wird leider oft auf angemessenen Sonnenschutz verzichtet, und ineffiziente Elektrogeräte (z. B. Glühlampen) erzeugen eine zusätzliche Wärmelast, die dann weggekühlt werden muss. Besonders ungünstig sind viele Fälle, in denen Klimaanlagen die Folgen technisch unzulänglicher Architektur ausgleichen müssen.

Genauso wie bei der Beheizung ist es wichtig, zunächst einmal die Wärmelasten im Raum zu minimieren. Beispielsweise sollte durch einen guten äußeren Sonnenschutz, durch eine gute Wärmedämmung des Gebäudes (vor allem bei Dachzimmern) und effiziente Beleuchtung und Elektrogeräte der Wärmeeintrag minimiert werden. Natürlich ist es auch unsinnig, bei laufender Klimaanlage zu dauerzulüften, wodurch ständig wieder warme Luft von außen in den Raum gerät. Wenn möglich, sollte die Klimaanlage automatisch deaktiviert werden, sobald Fenster geöffnet werden.

Im nächsten Schritt sollte die Leistung des Kühlaggregats sinnvoll dem Bedarf angepasst werden. Eine Temperaturregelung mit Thermostat gewährleistet dies noch keineswegs zwangsläufig. Heute wird nämlich oft noch ein Taktbetrieb realisiert, d. h. das Kälteaggregat wird je nach der momentanen Temperatur entweder ein- oder ausgeschaltet. Dies ist energetisch sehr ungünstig (besonders bei Überdimensionierung des Aggregats). In jedem Fall ist es aber sehr viel effizienter, die Drehzahl des Kompressors gleitend oder zumindest in Stufen dem Bedarf anzupassen (z. B. über einen Frequenzumrichter = Inverter). Die im Teillastbereich erreichten Leistungszahlen sind dann in der Regel sogar höher als bei Volllast, weil die internen Temperaturgradienten bei geringerer Leistung kleiner ausfallen, das Aggregat also effektiv gegen eine geringere Temperaturdifferenz arbeiten muss. Die heute ermittelten SEER-Werte (siehe unten) berücksichtigen (anders als die früher nur bei Volllast ermittelten Leistungszahlen) diesen wesentlichen Vorteil der Inverter-Geräte.

Eine weitere wichtige Frage ist, auf welche Weise die Kälte in die Räume eingebracht werden soll. In der Regel geschieht dies über die Abkühlung der Raumluft, und dies häufig im Umluft-Verfahren. Da recht große Luftmengen umgesetzt werden müssen, um die Kälte einigermaßen effektiv zu übertragen, entsteht im Raum häufig eine deutliche Luftbewegung – was manchmal lästig ist, unter Umständen aber auch den kühlenden Effekt unterstützt, ähnlich wie man sonst ja auch ersatzweise Ventilatoren aufstellt. Es gibt aber auch eine ganz andere Möglichkeit: Kühldecken, die von gekühltem Wasser durchflossen werden. In diesem Fall kann eine ganz sanfte und lautlose Luftbewegung durch natürliche Konvektion entstehen. Teils erfolgt der Wärmetransport aber auch über Wärmestrahlung, die von der Kühldecke absorbiert und nur in geringerem Maße wieder abgegeben wird. Energetisch gesehen können Kühldecken recht günstig sein – im Wesentlichen nicht wegen des Verzichts auf einen Ventilatorantrieb, sondern weil die Kältemaschine weniger tiefe Temperaturen erzeugen muss: Man betreibt Kühldecken mit Temperaturen nur leicht unterhalb der Zimmertemperatur, da dort sonst Feuchtigkeit kondensieren könnte. Dies setzt natürlich ausreichend große gekühlte Flächen voraus, was wiederum zu erhöhten Installationskosten führen kann. Außerdem besteht natürlich die Einschränkung, dass eine Entfeuchtung der Luft nicht möglich ist.

Manche moderne Klimaanlagen nutzen zumindest zum Teil das "free cooling", d. h. sie verwenden Kälte aus der Umwelt anstelle von Kälte aus einer Kältemaschine. Auf diese Weise lässt sich der Energieverbrauch stark vermindern. Beispiele sind die Nutzung von Kälte aus Flusswasser, einem See oder dem Erdreich (über eine Erdwärmesonde). Eine interessante Möglichkeit ist auch die Entnahme von Kälte aus einem Eisspeicher, der in Verbindung mit einer Wärmepumpe zur Warmwasserbereitung und im Winter zur Beheizung dient. Teils wird in Klimaanlagen auch die adiabatische Kühlung durch Verdampfen von Wasser genutzt, obwohl hierbei ein gewisser Wasserverbrauch resultiert und die Luftfeuchtigkeit in der Umgebung erhöht wird. Außerdem besteht eine gewisse Gefahr, dass sich im warmem Wasser Legionellen übermäßig vermehren, die dann in die Umgebung freigesetzt werden und schwere Infektionen auslösen können; sorgsam ausgewählte Maßnahmen für eine gute Hygiene sind unabdingbar, um dies zu vermeiden. Dasselbe gilt für manche Rückkühlanlagen anderer Arten von Klimaanlagen, die die Abwärme an die Außenluft abgeben sollen.

Vereinzelt gibt es auch schon Klimaanlagen, die gleichzeitig heizen und kühlen können, und zwar so, dass die bei der Kühlung anfallende Wärme für die Heizung verwendet wird; somit wird quasi Wärmeenergie nur innerhalb des Gebäudes verschoben, und nur wenn hierbei noch ein Wärmeüberschuss verbleibt, muss dieser nach außen abgeführt werden. Dieser Ansatz führt in der Regel zu deutlich energieeffizienteren Lösungen. Das heute noch üblichere Verfahren ist es allerdings, das Heizen und Kühlen mit separaten Anlagen vorzunehmen, ohne die genannten Synergien zu nutzen.

Standardisierte jahreszeitliche Effizienzwerte

In früheren Jahren wurde die Energieeffizienz von Klimageräten mit einem Energy Efficiency Ratio (EER) quantifiziert; dies bedeutet das Verhältnis von Kälteleistung zur aufgewandten elektrischen Leistung bei gegebener Innentemperatur (27 °C) und Außentemperatur (35 °C) mit Volllastbetrieb des Kompressors. Für den Praxiseinsatz relevant ist freilich der durchschnittliche EER-Wert unter den tatsächlich auftretenden Temperaturbedingungen im Betrieb. Deswegen wurden die Normen entsprechend weiter entwickelt. Es gibt heute das sogenannte Seasonal EER (SEER) = Seasonal Energy Efficiency Ratio gemäß EN 14825; dies ist ein saisonal gemittelter Wert, der aus den gemessenen EER-Werten für verschiedene Temperaturen (20, 25, 30 und 35 °C) berechnet wird. Die Betrachtung von SEER-Werten (statt nur von EER-Werten) hat wichtige Vorteile für einen fairen Vergleich verschiedener Geräte. Details hierzu gibt der Artikel über das Energy Efficiency Ratio.

Gute Split-Klimageräte erreichen auch in kleinen Leistungsklassen (für Kühlleistungen von wenigen Kilowatt) SEER-Werte oberhalb von 8, können also im Schnitt achtmal so viel Wärme aus einem Raum entfernen, wie sie an Strom verbrauchen. Ältere Geräte können für die gleiche Leistung ohne weiteres mehr als doppelt so viel Strom benötigen.

Für reine Kaltwassererzeuger gibt es auch die Angabe des ESEER für European SEER. Entsprechende Werte können deutlich höher ausfallen als die SEER-Werte, da ein vereinfachtes Verfahren verwendet wird, welches auch die Standby-Verluste nicht berücksichtigt. Für Klimageräte sind grundsätzlich die SEER-Werte relevant.

Entfeuchtung

Die Entfeuchtung der Raumluft erfolgt auch in aller Regel über das Kühlaggregat, welches die Luft abkühlt. (Sie ist auch meist nur im Kühlbetrieb notwendig.) Wenn Luft über die gekühlten Rippen des Wärmeübertragers geführt wird, kann direkt an den Rippen der Taupunkt unterschritten werden, so dass ein Teil der Luftfeuchtigkeit auskondensiert und in flüssiger Form abgeleitet werden kann.

Für eine noch effektivere Entfeuchtung kann die Luft zunächst deutlich stärker abgekühlt werden, so dass der Taupunkt stärker unterschritten wird. Dann wird die Luft mit Hilfe der Abwärme des Kühlaggregats wieder ein Stück weit aufgewärmt, um die gewünschte Temperatur zu erreichen. Während diese Nacherwärmung mit sonst meist nicht nutzbarer Abwärme der Kältemaschine durchgeführt werden kann, erhöht die notwendige stärkere Abkühlung erheblich die notwendige Leistung des Kühlaggregats und vermindert auch dessen Leistungszahl, da das Aggregat gegen einen größeren Temperaturunterschied arbeiten muss. Deswegen und nicht nur wegen der Kondensationswärme erhöht die verstärkte Entfeuchtung den Energieaufwand erheblich.

Auch eine reduzierte Ventilatorleistung im Innengerät kann die Entfeuchtungsleistung erhöhen, weil die Luft im Gerät dann stärker abgekühlt wird. Dabei nimmt abgegebene Kälteleistung wegen der reduzierten Luftmenge aber ab; auch mit diesem Ansatz wird die Leistungszahl also schlechter.

Befeuchtung

Eine aktive Befeuchtung der Zuluft (vor allem im Winter oft gewünscht) erfordert oft viel Betriebsenergie, besonders wenn das zugeführte Wasser elektrisch beheizt wird, um es zu verdampfen. Gleichzeitig entsteht durch aktive Befeuchtung das Risiko einer Verkeimung, zumindest bei unzureichender Wartung.

Ohne wesentlichen Energieeinsatz kann dagegen im Winter eine Feuchterückgewinnung erfolgen. Hier wird in einem speziellen Wärmeübertrager nicht nur Wärme, sondern auch ein Teil der Feuchtigkeit aus der Abluft zurückgewonnen. Dies ist technisch ohne hygienische Risiken möglich, auch ohne hohen Wartungsaufwand. Die Feuchterückgewinnung verliert prinzipbedingt bei zunehmenden Lufttemperaturen ihre Wirksamkeit; sie arbeitet also genau dann effektiv, wenn sie benötigt wird, nämlich an kalten Tagen.

Heizung

Eine Warmluftheizung kann Wärme aus einer Heizungsanlage beziehen, die in einem Wärmeübertrager auf die Luft übertragen wird. Über die Zuluft lässt sich allerdings nur eine begrenzte Heizleistung einbringen, da die Wärmekapazität der Luft gering ist. Eine stärkere Heizung (wie auch Kühlung) ist nur mit zusätzlicher Umluft möglich.

Für die Minimierung des Heizenergiebedarfs gelten die gleichen Aspekte wie bei einfachen Heizungsanlagen. Beispielsweise ist eine elektrische Heizung (Elektroheizung) energetisch ineffizient, und der Heizwärmebedarf kann durch Wärmedämmung reduziert werden. Relativ energieeffizient ist oft die Verwendung des Kälteaggregats als Wärmepumpe im Heizbetrieb, allerdings mit denselben möglichen Einschränkungen wie auch sonst bei Wärmepumpenheizungen, insbesondere Luft/Wasser-Wärmepumpen. (Typischerweise arbeiten zum Heizen eingesetzte Klimageräte als Luft/Luft-Wärmepumpe.)

Unerwünschte Nebenwirkungen

Der Betrieb von Klimaanlagen kann eine ganze Reihe unerwünschter Nebenwirkungen mit sich bringen, jedoch stark abhängig von den jeweiligen Umständen:

• Der Betrieb einer Klimaanlage kann einen erheblichen Energieverbrauch bedeuten. In günstigen Fällen dagegen (etwa mit free cooling oder solarer Kühlung) fällt die Betriebsenergie kaum ins Gewicht.
• Erhebliche ökologische Probleme können durch Kältemittel entstehen (siehe unten).
• Im Betrieb können Störungen durch Betriebsgeräusche und Vibrationen entstehen, vor allem durch Ventilatoren oder die Kompressoren von Kältemaschinen.
• Besondere Komforteinbußen entstehen durch den Betrieb mobiler Kompakt-Raumklimageräte, die tendenziell lauter sind und meist ein dauernd geöffnetes Fenster voraussetzen.
• Von manchen Personen wird die von den Ventilatoren erzeugte Zugluft als störend empfunden. Sie kann auch Staub aufwirbeln. Dieses Problem wird mit Kühldecken (d. h. ohne forcierte Luftströmungen) weitestgehend vermieden.
• Es entsteht ein gewisser Aufwand für die Wartung, beispielsweise die regelmäßige Säuberung von Luftfiltern. Bei lange vernachlässigter Wartung können verdreckte Luftfilter die Raumluft mit Keimen oder Schimmelgiften belasten.
• Gerade auch bei nachträglichem Einbau kann die Dichtigkeit des Gebäudes vermindert werden, und es können Wärmebrücken entstehen. Vor allem Zuluft- und Abluftkanäle sind diesbezüglich oft problematisch. Auf diese Weise kann im Winter ein erhöhter Heizwärmebedarf entstehen.

Aus diesen Gründen sollten Klimaanlagen nur dort eingesetzt werden, wo sie notwendig sind, und sie sollten in diesem Falle sorgfältig geplant und ausgeführt werden.

Klimatisierung mit Sonnenenergie

Insbesondere der Energiebedarf für Kühlung, der in der Regel den größten Teil des Energiebedarfs einer Klimaanlage ausmacht, entsteht vermehrt dann, wenn auch viel Sonnenenergie zur Verfügung steht. Dieser Umstand macht Sonnenenergie für die Deckung dieses Bedarfs besonders interessant, nachdem die eingeschränkte zeitliche Verfügbarkeit hier kaum eine Rolle spielt.

Für die solare Deckung gibt es prinzipiell zwei unterschiedliche Ansätze:

• Mit Photovoltaik (dezentral oder zentral) oder mit zentralen Solarkraftwerken basierend auf anderen Prinzipien (z. B. Solarthermie) lässt sich elektrische Energie gewinnen, die dann für elektrische betriebene Klimaanlagen verwendet werden kann. Diese Option ist z. B. in Japan seit der Fukushima-Katastrophe sehr interessant geworden. Sie profitiert von den stark gefallenen Kosten der Photovoltaik.
• Es ist auch möglich, mit Hilfe von Absorptionskältemaschinen Kälte direkt aus solar erzeugter Wärme zu gewinnen. Hierfür benötigt man Sonnenkollektoren, die ausreichend hohe Temperaturen erzeugen. Dieses Verfahren eignet sich eher für große Anlagen.

Die Nutzung selbst erzeugten Stroms aus Photovoltaik für die Klimatisierung ist insbesondere auch dadurch finanziell interessant, dass hierdurch ein direkter Eigenverbrauch entsteht, weil PV-Erzeugung und Bedarf zeitlich gut zusammenpassen. Da die spezifischen Kosten dieser Stromerzeugung für viele Abnehmer heute erheblich unter den Bezugskosten über das öffentliche Stromnetz liegen, können hier erhebliche Einsparungen realisiert werden.

Probleme durch Kältemittel

Die Kältemaschinen einer Klimaanlage enthält ein Kältemittel, und etliche von diesen Substanzen können problematische Auswirkungen haben. Insbesondere bei Kleingeräten wie Autoklimaanlagen kommt es relativ häufig zu einem Verlust des Kältemittels, also zum Austreten in die Atmosphäre, was wegen der hohen Klimaschädlichkeit z. B. des bis 2011 praktisch ausschließlich genutzten R-134a (Tetrafluorethan) sehr umweltschädlich ist. Als Ersatzstoff wurde zunächst R-1234yf (Tetrafluorpropen) favorisiert, da es recht ähnliche Kälteeigenschaften wie R-134a hat und die Umrüstung somit keinen nennenswerten Aufwand bereitet. Dieser Stoff kam jedoch in die Kritik, da er brennbar ist, sich an heißen Teilen im Motorraum auch selbst entzünden kann und bei der Verbrennung sehr giftige und ätzende Stoffe freisetzt, insbesondere Fluorwasserstoff (HF). Bei einem Unfall werden die Fahrzeuginsassen also erheblich gefährdet, und es erfolgt eine wesentliche Umweltbelastung. Deswegen wird wieder vermehrt der Einsatz des unproblematischeren Kohlendioxids (CO₂, R-744) in die Diskussion, was allerdings die Aggregate wegen des höheren Drucks aufwendiger macht.

Bei stationären Anlagen kann das Austreten von Kältemitteln eher vermieden werden; dann ist es ökologisch von höherer Bedeutung, dass das Kältemittel eine hohe Energieeffizienz in den häufigsten Betriebszuständen ermöglicht. Gebräuchlich ist heute R-410A mit einem GWP von 1725; ein Kilogramm davon schädigt das Klima also innerhalb von 100 Jahren (siehe unten) so stark wie 1725 kg CO₂. Wenn eine kleine Klimaanlage davon 1 kg enthält und dies bei einem Leck komplett in die Atmosphäre austritt, entspricht dies ca. 1725 kg CO₂. Das wäre etwa der Klimaeffekt von 17 000 km Autofahren mit einem halbwegs sparsamen Kleinwagen. Dies zeigt, dass ein sorgfältiges Arbeiten mit solchen Kältemitteln sehr wichtig ist.

Maßnahmen, um eine Klimatisierung von Gebäuden unnötig oder sparsam zu machen

Die reine Belüftung von Gebäuden kann im Prinzip auch einfach durch Fensterlüftung erfolgen. Dies ist jedoch nur begrenzt effektiv; in der Praxis erfolgt dann oft eine unzureichende Belüftung mit entsprechenden Nebenwirkungen: Müdigkeit durch zu hohe Kohlendioxid-Konzentrationen in der Atemluft, mangelnde Abfuhr von Luftfeuchtigkeit und Gerüchen sowie die allmählich Ansammlung von Schadstoffen. Außerdem verursacht das Fensterlüften im Winter erhebliche Wärmeverluste, die dann von der Heizungsanlage ausgeglichen werden müssen. Deswegen ist eine kontrollierte Belüftung durch eine Lüftungsanlage zumindest im Winter energetisch vorteilhafter, wenn sie effizient ausgelegt ist, und erhöht ganzjährig die Luftqualität im Gebäude.

Wie oben erklärt, kann auf eine aktive Befeuchtung in der Regel verzichtet werden, da eine Feuchterückgewinnung aus der Abluft energetisch und hygienisch günstiger ist – auch im Vergleich zum Betrieb von einzelnen Luftbefeuchtern in den Räumen.

Wichtig ist die Vermeidung eines hohen Energieverbrauchs durch die Raumkühlung. Hierfür gibt es unterschiedliche Ansätze:

• Zunächst gilt es, jeden unerwünschten Wärmeeintrag in das Gebäude zu vermeiden. Hierzu dient einerseits ein außen angebrachter Sonnenschutz (bei dem in der Sonnenschutzeinrichtung entstehende Wärme an die Außenluft abgeführt wird) und andererseits der Einsatz von energieeffizienten Geräten (z. B. Energiesparlampen oder konventionelle Leuchtstofflampen statt Glühlampen), natürlich auch der Verzicht auf den unnötigen Betrieb von Geräten. Wichtig ist zudem eine sinnvolle Architektur, beispielsweise mit verminderter Einstrahlung bei hohem Sonnenstand, und ggf. auch eine Beschattung durch Pflanzen. Auch eine Wärmedämmung trägt dazu bei, dass weniger Wärme von außen in das Gebäude eindringen kann.

• Wenn nachts die Außentemperatur deutlich abfällt, kann dies zur Auskühlung des Gebäudes genutzt werden – entweder durch Fensterlüftung oder über eine Lüftungsanlage. Bei der Fensterlüftung besteht das Problem, dass das ausgiebige Lüften in der Nacht oder am Morgen häufig vergessen wird; man denkt dann erst daran, wenn es heiß wird, es also schon zu spät ist.
• Falls mit diesen Maßnahmen immer noch ein Kühlbedarf besteht (was bei Wohn- und Bürogebäuden in Mitteleuropa in aller Regel nicht der Fall ist), sollte eine energieeffiziente Kühlanlage verwendet werden. Hierzu gehört nicht nur ein gutes Kühlaggregat mit angemessener Leistung, sondern auch eine gute Abfuhr der Abwärme – eventuell auch eine Abwärmenutzung z. B. für die Warmwasserbereitung.
• Auf mobile Kompakt-Raumklimageräte ist, soweit irgend möglich, zu verzichten (siehe unten), da diese energetisch recht ineffizient sind.

Man erkennt, dass der Verzicht auf lufttechnische Anlagen energetisch gesehen nicht unbedingt die beste Lösung darstellt. Insbesondere für die Lüftung und Feuchterückgewinnung können sie sehr effektiv und effizient sein. Dagegen gilt es, den Aufwand für die Kühlung soweit möglich zu reduzieren bzw. eine Kühlung ganz unnötig zu machen.

Man beachte, dass die Kühlung von Räumen nicht nur durch Zufuhr gekühlter Luft möglich ist: Wärme kann auch durch kaltes Wasser in einer Fußbodenheizung entzogen werden, oder durch eine Kühldecke. Der dann effizientere Wärmeübergang in einer solchen Luft-/Wasser-Anlage erleichtert die energieeffiziente Bereitstellung von Kälte und vermeidet eine Erhöhung der Luftmengen nur zum Zwecke des Wärmeübergangs. Im Idealfall kann eine "freie Kühlung" (Kühlung ohne wesentlichen Energieaufwand) realisiert werden, beispielsweise unter Verwendung der Erdwärmesonden einer Wärmepumpenheizung: Die überschüssige Wärme wird dann in das Erdreich eingebracht und kann später (bei Wärmebedarf) sogar helfen, die Wärmepumpe effizienter zu betreiben. Allerdings muss die Kühlleistung begrenzt werden, um die Kondensation (Feuchtigkeitsbildung) z. B. an Fußböden sicher zu vermeiden, und eine Entfeuchtung der Luft ist so natürlich nicht möglich.

Mobile Raumklimageräte

Die meisten heutigen Wohnhäuser in Mitteleuropa verfügen über keine eingebaute Klimaanlage, und ein nachträglicher Einbau wäre meist recht aufwendig. Wenn an heißen Sommertagen Räume zu warm werden, werden deswegen zunehmend mobile Kompakt-Raumklimageräte eingesetzt. Diese werden meist in dem zu kühlenden Raum aufgestellt. Die Abwärme solcher Monoblockgeräte wird über einen Abluftschlauch abgeführt, der z. B. über ein gekipptes Fenster nach außen geführt werden muss. Ein energetischer Nachteil ergibt sich bereits dadurch, dass durch dieses Fenster ständig wieder warme und ggf. auch feuchte Luft nachströmt. Hinzu kommt, dass die verwendeten kleinen Kälteaggregate mit kleinen Wärmeübertragern und Ventilatoren meist weniger effizient sind als diejenigen von stationären Klimaanlagen. Deswegen verursachen solche Geräte einen hohen Energieverbrauch – häufig z. B. in einem Büro weitaus mehr als alle anderen dort verwendeten Geräte zusammen. Auf jeden Fall sollte geprüft werden, ob ein solches Gerät nicht durch andere Maßnahmen – etwas durch besseren Sonnenschutz oder gezieltes Lüften bei Nacht – überflüssig gemacht werden kann.

Günstiger wäre an sich (auch bezüglich der Geräuschentwicklung), wenn das mobile Gerät außen aufgestellt werden könnte, weil dann die Abfuhr der Abwärme effizienter wäre, aber dafür sind die üblichen Geräte nicht vorgesehen.

Der Artikel über Kompakt-Raumklimagerät enthält viele weitere Details.

Klimaanlagen in Autos

Viele Fahrzeuge sind heute mit Klimaanlagen ausgestattet, da der damit erzielte Komfortgewinn im Sommer von vielen Käufern verlangt wird.

Technisch wird dies meist so realisiert, dass der Kompressor des Kälteaggregats über einen Keilriemen direkt vom Verbrennungsmotor angetrieben wird. Solange die Klimaanlage ausgeschaltet bleibt, führt dies nur zu einem relativ schwachen Bremsen des Motors; jedoch wird bei eingeschaltetem Aggregat, wenn der Kompressor Druck aufbauen muss, dem Motor eine erhebliche Leistung entnommen (meist mehrere Kilowatt). Der Fahrer muss für die gewünschte Antriebsleistung entsprechend etwas mehr "Gas geben", und der Kraftstoffverbrauch steigt an. Der Mehrverbrauch pro Stunde hängt nicht unbedingt stark von der Fahrgeschwindigkeit ab, sondern eher von der Motordrehzahl: Hohe Drehzahlen kosten mehr. Der Mehrverbrauch bezogen auf gefahrene Kilometer ist besonders bei langsamer Fahrt stark spürbar, einfach weil dann jeder Kilometer einer längeren Betriebszeit entspricht. Im Stadtverkehr kann dies deutlich mehr als einen Liter pro 100 km ausmachen – im Stau sogar noch wesentlich mehr.

Ineffizient ist der direkte Antrieb nicht in erster Linie wegen der Reibungsverluste im Keilriemen, sondern weil die Antriebsdrehzahl nichts mit dem jeweiligen Leistungsbedarf des Klimaaggregats zu tun hat. Deswegen ist eine viel höhere Energieeffizienz möglich, wenn das Klimaaggregat durch einen eigenen drehzahlgeregelten Elektromotor vorgenommen wird. Dies geschieht bisher allerdings selten – am ehesten in Fahrzeugen mit Hybridantrieb (und zwar Vollhybrid), weil dort sonst die Klimaanlage bei rein elektrischem Fahren sonst nicht mehr einsatzfähig wäre. Eine drehzahlgeregelte Klimaanlage besitzt z. B. der Toyota Prius, bei dem sich deswegen die Verwendung der Klimaanlage kaum auf den Benzinverbrauch auswirkt. Bei konventionellen Klimaanlagen dagegen können die Energieverluste vom Fahrer nur durch einen sparsamen Einsatz und durch die Vermeidung hoher Motordrehzahlen vermindert werden.

Leider verursacht ein konventioneller (direkt angetriebener) Klimakompressor selbst bei ausgeschalteter Klimaanlage noch gewisse Energieverluste. Bei mittleren Motordrehzahlen von z. B. 3000 Umdrehungen pro Minute kann der davon verursachte Reibmitteldruck ca. 0,05 bar betragen. Bei einem Hubraum von 1,5 Litern und der genannten Drehzahl bedeutet dies eine Verlustleistung von ca. 188 Watt und einen Mehrverbrauch von grob geschätzt 0,05 bis 0,1 Litern pro Stunde. (Bei eingeschalteter Klimaanlage ist es je nach Motordrehzahl ca. drei- bis sechsmal mehr.) Hinzu kommt ein Effekt des Mehrgewichts auf den Verbrauch – grob geschätzt 0,1 bis 0,2 l / 100 km.

Erhebliche Sicherheitsbedenken bestehen zur Zeit (Stand 2014) wegen der Verwendung des Kältemittels R-1234yf (Tetrafluorpropen) in den meisten neuen Auto-Klimaanlagen. Im Falle eines schweren Unfalls kann es passieren, dass sich das ausströmende Kältemittel an heißen Motorteilen entzündet, wobei sehr ätzende und giftige Dämpfe entstehen. Da die Autoindustrie leider versäumt hat, rechtzeitig Klimaanlagen für den Betrieb mit dem weitaus unproblematischeren Kohlendioxid (CO₂, R-744) zu entwickeln, ist aber R-1234yf momentan das einzige einsetzbare klimafreundliche Kältemittel. Es ist zu hoffen, dass bald CO₂-Klimaanlagen zum Einsatz kommen können; da diese einen deutlich aufwendigeren Hochdruck-Kompressor benötigen, dürfte dies aber noch etwas Zeit brauchen.

Gelegentlich treten in Autos modrige Gerüche aufgrund von Kondenswasser auf, welches längere Zeit im Klimaaggregat verbleibt. Diese Gefahr kann reduziert werden, indem man die Klimaanlage auf den allerletzten Kilometern vor der Ankunft am Zielort abschaltet. Dann ist nämlich der Wärmeübertrager bei der Ankunft trocken, und es gibt keine Grundlage mehr für das Wachstum von Schimmelpilzen. Leider kann man dieses rechtzeitige Abschalten leicht vergessen.

Siehe auch: Split-Klimagerät, Lüftungsanlage, Luftfeuchtigkeit, Luftentfeuchter, Wärmepumpe, Eisspeicher, Kältemittel, free cooling, Kälteleistung