Coole Lösungen für kühle Räume
Wärmere Sommer und dichtere Bauweisen machen das Kühlen/Temperieren von Innenräumen vermehrt zum Thema. Free Cooling bietet dazu eine nachhaltige Lösung. Das System nutzt natürliche Quellen und sorgt auf ökologische Weise für angenehmere Temperaturen.
Für eine angenehmere Atmosphäre in Innenräumen braucht es mehr als nur die passende Einrichtung. Das Raumklima und vor allem die Raumtemperatur tragen wesentlich dazu bei, dass man sich zu Hause oder am Arbeitsplatz wohlfühlt. Die klimatischen Veränderungen lassen das Thermometer in den Innenräumen während der Sommermonate vermehrt in die Höhe klettern. Verdichtetes Bauen und bessere Dämmungen, die die Wärme über die Nachtstunden nur beschränkt nach aussen abgeben, sind weitere Faktoren für steigende Temperaturen. Das Kühlen von Wohn-, Büro- oder Gewerberäumen gewinnt darum immer mehr an Bedeutung.
Eine nachhaltige Möglichkeit der Kühlung/Temperierung ist Free Cooling. Bei dieser Methode wird die Kälte nicht mechanisch über eine Kältemaschine, beispielsweise eine Klimaanlage, erzeugt, sondern aus natürlichen Quellen der Umgebung bezogen. Mögliche Kältequellen sind das Wasser aus Seen und Flüssen, Grundwasser oder das Erdreich. Unabhängig von der genutzten Quelle funktioniert Free Cooling nach einem simplen Prinzip: Wärme wird aus dem Raum ab- und Kälte von einer Quelle zugeführt.
Die Energie aus dem Erdreich nutzen
Eine Möglichkeit für Free Cooling bietet die Erdsondentechnologie. Sie wird bisher hauptsächlich zum Heizen verwendet. Dabei transportieren Pumpen die Erdwärme aus rund 50 bis 200 Metern Bodentiefe über eine Trägerflüssigkeit – meist eine Mischung aus Wasser und Frostschutzmittel – zu einem Wärmetauscher. Die Wärmepumpe erhöht das Energieniveau und gibt die Wärme über einen zweiten Wärmetauscher an das Heizwasser im Heizkreislauf ab. Über die Bodenheizung wird die Raumtemperatur erhöht.
Beim Free Cooling wird das Wasser in der Bodenheizung durch die Raumtemperatur erwärmt. Über den Wärmetauscher wird diese Wärme an die Trägerflüssigkeit im Erdkreislauf abgegeben und in der Tiefe schliesslich ans Erdreich. Die Trägerflüssigkeit kühlt sich dabei ab. Sie wird im Erdkreislauf zum Wärmetauscher zurückgepumpt. Über den Tauscher wird das Wasser in der Bodenheizung gekühlt, die Raumtemperatur sinkt. «Damit diese passive Kühlung funktioniert, braucht es Flächenkühlsysteme wie Fussbodenheizungen, Kühldecken, Kühlsegel oder thermoaktive Bauteilsysteme. Bei Gebäuden, die mit Heizkörpern ausgestattet sind, funktioniert diese Methode nicht», erklärt Cornel Utz, Bereichsleiter HLK bei Amstein + Walthert Luzern. Das Unternehmen bietet qualitativ hochwertige Dienstleistungen in der Gebäudetechnik an und legt Wert auf die effiziente Nutzung von Energie. Für die Alfred Müller AG hat Amstein + Walthert bereits diverse Projekte geplant und umgesetzt.
Vorteilhaft für Umwelt, Portemonnaie und Boden
Free Cooling über die Erdsonde bringt für die Nutzer zahlreiche Vorteile. Zum einen ist es eine nachhaltige Form der Kühlung. Anders als beim Heizen entfällt die Erwärmung in der Wärmepumpe. Die Kühlung kann damit fast ohne Energiezufuhr – daher «free» – erreicht werden. Einzig die Pumpen, die den Kreislauf antreiben, brauchen ein wenig Strom. Durch den niedrigen Energieverbrauch entstehen nur geringe Betriebskosten. Und auch die Investitions- und Unterhaltskosten für die Free-Cooling-Komponenten sind tief.
Dank Free Cooling kann sich ausserdem das Erdreich besser regenerieren. Während der Heizperiode im Winter entzieht die Erdsonde dem Boden mehr Wärme, als im Sommer nachkommt. Langfristig führt dies zu einer Abkühlung des Erdreichs, und die Effizienz der Wärmepumpe verschlechtert sich. Free Cooling führt dem Erdreich im Sommer zusätzliche Wärme zu. Der Boden kann so wieder Wärme regenerieren. «Je ausgeglichener das Verhältnis zwischen Wärmeentnahme und Wärmezufuhr ist, umso effizienter kann das Gesamtsystem betrieben werden», erklärt Cornel Utz.
Kapazitäten stossen an Grenzen
Die Möglichkeiten der freien Kühlung sind allerdings begrenzt: So kann die Raumtemperatur nicht beliebig weit gesenkt werden. Durch die Erwärmung des Erdreichs im Sommer werden die Kühlkapazitäten begrenzt. «Gegen Ende des Sommers können Räume mit grossen internen Lasten nicht mehr ausschliesslich mit dieser Methode gekühlt werden», erklärt Cornel Utz. Trotzdem ist der Experte überzeugt, dass sich Free Cooling lohnt. «Die Methode erzielt insgesamt sehr gute Ergebnisse und ist energieeffizient.»
Free Cooling lässt sich meist auch nachträglich noch installieren. Immobilien, die bereits über ein Erdsonden- und Wärmepumpensystem verfügen, können in der Regel ohne viel Aufwand umgerüstet werden. Voraussetzung ist ein bestehendes Wärmeabgabesystem, das sich auch zum Kühlen eignet. Wichtig für die Umrüstung ist auch, dass sich die Raumthermostate zum Heizen und zum Kühlen eignen.
Hohe Energieeffizienz im Quadrolith
Die Alfred Müller AG setzt bereits seit 2003 auf Free Cooling. Sämtliche Projekte, die seither realisiert wurden und bei denen es Bestimmungen und Infrastruktur zuliessen, kühlen über das Erdreich. So auch das Geschäftshaus Quadrolith in Baar. Zum Einsatz kommen hier für die Heizung und die Kühlung allerdings keine Erdsonden, sondern sogenannte Energiepfähle. Sie reichen tief in den Boden und nutzen die Energie des Erdreichs. Das System wurde durch das Team von Amstein + Walthert realisiert. «Das Gebäude musste aufgrund der Bodenbeschaffenheit gepfählt werden. Die Pfähle wurden durch Wasserschlaufen ergänzt. So können Wärme- und Kälteenergie aus dem Boden bezogen werden», sagt Cornel Utz, der das Projekt betreut hat. Wichtig sei bei dieser Variante eine frühzeitige und integrale Planung. Eine enge Zusammenarbeit der Gebäudetechniker mit den Statikern und Geologen ist notwendig, weil die Pfähle sowohl auf Statik- als auch Energiefunktionen abgestimmt sein müssen. Das Ergebnis überzeugt, wie Cornel Utz weiss: «Das System im Quadrolith arbeitet mit einer hohen Energieeffizienz. Ein Grossteil der Kühlenergie kann im Quadrolith mit Free Cooling bereitgestellt werden, und das Raumklima ist sehr angenehm.»
