Moderne Klima-, Kälte- Lüftungs- und Heiztechnik ist mehr als eine Klimaanlage

Kühlung und Klimatisierung ist im 21. Jahrhundert ein breit aufgestellter Bereich. Sie beinhaltet Klimatechnik zur Klimatisierung von Häusern, Wohnungen, Büros, Restaurants, Hotels, Einkaufszentren, Serverräumen etc. genauso wie Kältetechnik zur Kühlung von Produkten bei der Herstellung, beim Transport und bei der Lagerung.

Zur Klimatechnik zählen vor allem Klimaanlagen und Wärmepumpen. Die Hauptfunktion dieser Geräte besteht darin, die Temperatur in Räumen oder Gebäuden auf ein bestimmtes Niveau zu bringen und dort zu halten, indem sie kühlen (Wärme abführen) oder heizen (Wärme zuführen). Klimaanlagen regulieren zudem auch die Luftfeuchtigkeit, die Luftreinheit und den CO₂-Anteil in der Luft.

Kältetechnik wird zur Kühlung von Produkten, wie Lebensmittel, Medikamente oder medizinische Produkte (Blutkonserven, Impfstoffe etc.), unterhalb der Umgebungstemperatur eingesetzt. Der Unterschied zur Klimatechnik liegt darin, dass mit Kältetechnik tiefe Temperaturen erzeugt werden können. Zu den Geräten der Kältetechnik gehören zum Beispiel Kühlzellen, Schockfroster, Kühlmöbel, Verbundkälteanlagen oder Tiefkühlschränke.

Ein kurzer Streifzug durch die verschiedenen Systeme der Klima- und Kältetechnik soll an dieser Stelle zeigen, wie groß die Bandbreite von „Kühlen und Heizen“ ist. Die hier gewählte Darstellung ist jedoch lediglich ein Ausschnitt. Die praktischen Möglichkeiten sind durchaus umfangreicher und beinhalten z.B. auch Systeme wie Flächenkühlung, Deckenkühlung, Bauteilaktivierung, Fußbodenheizung, Decken- und Wandheizung etc.

Um die Unterschiede aufzuzeigen, wird zwischen folgenden Anwendungen unterschieden:

Im Privatbereich wird Klimatechnik vor allem für Heizen, Kühlen, Warmwasser, Feuchtigkeitsregelung sowie Lüftung und Luftreinigung eingesetzt. Aufgrund der klimatischen Veränderungen wird angenommen, dass sich die Anzahl der Klimageräte im Wohnbereich in Europa bis 2030 gegenüber heute mehr als verdoppeln wird¹. In vielen Entwicklungsländern wird die Nachfrage nach Klima- und Kältetechnik aber noch viel mehr steigen. Denn mit einem zunehmenden, finanziellen Wohlstand werden in diesen Ländern vermehrt Klimaanlagen und Kühlgeräte gekauft werden. Zudem lebt ein erheblicher Teil der Bevölkerung der Entwicklungsländer in heißen Klimazonen, in denen der Bedarf an Kühlung sehr hoch ist².

Um ein angenehmes Raumklima zu schaffen, kommen oft sogenannte Split-Geräte zum Einsatz. Bei dieser Bauart ist das Klimagerät in zwei Teile aufgeteilt: ein Außengerät mit Kältemaschine und ein Innengerät, das im zu klimatisierenden Raum angebracht ist. Beide Einheiten sind durch eine Kältemittelleitung miteinander verbunden. Diese Geräte dürfen in Deutschland nur von zertifizierten Klima-Fachbetrieben installiert werden.

Ein Mono-Split-Gerät klimatisiert einen Raum mit einem Außen- und einem Innengerät. Eine Multi-Split-Anlage bedient mit einem Außengeräte mehrere Innengeräte. Im privaten Bereich können bis zu fünf Innengeräte angeschlossen werden.

In der Industrie und im Gewerbe reichen die Anforderungen an die Klima- und Kältetechnik von Heizen, Kühlen, Warmwasser, Feuchtigkeitsregelung, Lüftung und Luftreinigung bis hin zur Technik für die Lagerung, den Transport und den Verkauf von Lebensmitteln und Medikamenten. Um die unterschiedlichen Bedarfe zu decken, kommen verschiedene Anlagentypen zum Einsatz u.a. VRV/VRF Systeme (Wärmepumpen), Kaltwassersätze, Splitgeräte, Lüftungsgeräte und Kältetechnik.

Als Geburtsstunde der VRV/VRF Technologie gilt die zweite Ölkrise Anfang der 1980er Jahre. Damals veranlassten der steigende Energiebedarf in Japan und die fehlenden eigenen Energieressourcen die japanische Regierung dazu, von der Industrie neuartige, energieeffiziente Technologien zu fordern. Nach zweieinhalb Jahren Forschung präsentierte DAIKIN die VRV Technologie (VRV ist eine von DAIKIN geschützte Bezeichnung), die 1982 in Produktion ging.

VRV ist die Abkürzung für Variable Refrigerant Volume (Variabler Kältemittel-Volumenstrom). VRF bezeichnet die Geräte anderer Hersteller und heißt: Variable Refrigerant Flow (Variabler Kältemittelmassenstrom).

Bei einem VRV/VRF System handelt es sich um eine Wärmepumpe. Mit einem für die Industrie und das Gewerbe dimensionierten Außengerät können heute bis zu 64 Innengeräte in Bürogebäuden, Hotels, Shops, Gewerbe- und Wohngebäuden etc. versorgt und eine ganzjährige Gebäude-Klimatisierung sicherstellt werden.

Die VRV/VRF Technologie gewinnt ihre Energie für Heizung, Kühlung und die Bereitung von Warmwasser aus erneuerbaren Energien und Strom. Dadurch werden im Vergleich zu konventionellen Systemen die Betriebskosten gesenkt und der CO₂-Ausstoß um 30 - 40 % verringert. Mit einem VRV/VRF System kann zudem vollständig auf ein konventionelles Heizsystem mit fossilen Brennstoffen verzichtet werden. Durch ihre hohe Primärenergieausnutzung ist die VRV/VRF Technologie heute bereits ein wesentlicher Baustein zur Umsetzung der Energiewende im Gebäudebereich. Aufgrund des geringen Platzbedarfs zur Aufstellung der Außeneinheit ist es mit diesem System zudem möglich, eine relativ große Fläche zu klimatisieren.

Der Kaltwassersatz – auch Chiller, Kältesatz oder Flüssigkeitskühler genannt – kühlt Wasser über einen Kühlkreis, um Räume, große Hallen oder technische Prozesse zu klimatisieren. Er funktioniert nach dem gleichen Prinzip wie ein Kühlschrank: Wärme aus Räumen oder Prozessen wird vom Wasser aufgenommen und strömt mit höheren Temperaturen zum Kaltwassersatz. Dort wird die Wärme abgeführt und das Wasser erneut abgekühlt.

Kaltwassersätze gibt es in unterschiedlichen Leistungsklassen – vom Mini-Chiller bis hin zum Kaltwassersatz mit Fernkälteerzeugung. Kaltwassersätze werden sowohl im Gewerbe und in der Industrie eingesetzt als auch in Privathäusern und Wohnungen. Beispielsweise sind sie in Italien ein sehr populäres System im Rahmen der Komfortkühlung. Einer der Vorteile von Kaltwassersätzen ist, dass ihre Temperatursteuerung sehr genau geregelt werden kann, deshalb eigenen sie sich vor allem auch für kritische industrielle Anwendungen, deren Temperatursteuerung auf +/-0,5 °C genau arbeiten muss.

Der Kaltwassersatz – auch Chiller, Kältesatz oder Flüssigkeitskühler genannt – kühlt Wasser über einen Kühlkreis, um Räume, große Hallen oder technische Prozesse zu klimatisieren. Er funktioniert nach dem gleichen Prinzip wie ein Kühlschrank: Wärme aus Räumen oder Prozessen wird vom Wasser aufgenommen und strömt mit höheren Temperaturen zum Kaltwassersatz. Dort wird die Wärme abgeführt und das Wasser erneut abgekühlt.

Rechenzentren und Serverräume müssen täglich rund um die Uhr klimatisiert werden, damit sie nicht überhitzen. Hier kommen Hochleistungs-Kühlsysteme wie beispielsweise Kaltwassersätze zum Einsatz, die 24 Stunden an sieben Tagen die Woche kühlen. Die zunehmende Digitalisierung verstärkt den Kühlbedarf in Rechenzentren. Es wird angenommen, dass im Jahr 2020 4 % des gesamten Energieverbrauchs in der EU von Rechenzentren verbraucht wurden. Das ist doppelt so viel wie im Jahr 2007.

Im Lebensmitteleinzelhandel kommen Systeme zum Einsatz, die speziell auf die jeweiligen Anforderungen zugeschnitten sind. In der Regel werden diese Systeme jeweils individuell geplant und aus verschiedenen Komponenten zusammengestellt.

Lüftungsgeräte optimieren die Raumluftqualität und werden für die Frischluftversorgung in Wohnräumen, Bürogebäuden, Schulen, Hotels, Sportzentren und anderen Gewerbebauten eingesetzt. Lüftungsgeräte sind mit Filtern für die Außenluft versehen, um die angesaugte Frischluft von Pollen, Sporen, Ruß, Staub und Feinstaub zu reinigen. Die Geräte gibt es in verschiedenen Ausführungen mit unterschiedlichen Luftstromvolumen bis hin zu Anlagen, die die Temperatur und Feuchte regeln.

Es gibt Lüftungssysteme, die nicht nur die Frischluft fördern, sondern in der Betriebsart „Wärmeaustausch“ auch das Wärme- und Feuchtepotenzial der Abluft nutzen. Damit werden jahreszeitliche und temperaturbedingte Unterschiede zwischen Außen- und Innenluft energiesparend ausgeglichen. Eine optimale Regulierung der Luftfeuchtigkeit im Raum trägt zudem sowohl zum Wohlbefinden der Bewohner als auch zum Erhalt der Bausubsatz bei. Denn trockene Luft kann bei einem Luftfeuchtigkeitsgehalt von unter 40 % zu Augen-, Haut- und Schleimhautreizungen führen. Trockene Raumluft kann außerdem auf Baustoffe wie Holz Auswirkungen haben, das sich bei der Unterschreitung des Mindestwertes verziehen kann. Eine dauerhaft hohe Luftfeuchtigkeit von über 60 % kann dagegen zu Schimmelbildung führen.

Pro Tag atmet der Mensch etwa 22.000 Mal, davon mindestens 90 % in geschlossenen Räumen. Ungefilterte Raumluft kann bis zu fünfmal stärker belastet sein als Außenluft. Lüften kann kurzfristig helfen, um für eine ausreichende Frischluftzufuhr mit niedrigem CO₂-Gehalt zu sorgen. Das ist wichtig. Das Filtersystem eines Luftreinigers kann in dem Raum vorhandene Partikel und Tierhaare als auch Staub und Pollen beseitigen, Bakterien und Viren unschädlich machen sowie Gerüche und Formaldehyd vernichten.

Ein Luftreiniger ist in der Regel ein mobiles Gerät und kann bequem von einem Raum in einen anderen getragen werden. Manche Luftreiniger sind auch mit einer Luftbefeuchtungsfunktion ausgestattet und damit wohltuend bei trockenen Nasenschleimhäuten. Aber auch in Split-Klimageräten können Luftfilter verbaut sein, die Allergene, Staub und teilweise auch Bakterien filtern können.

Bei der industriellen Prozesskühlung kommen auf die jeweilige Anforderung individuell dimensionierte Anlagensysteme zum Einsatz, die nicht selten als Sonderanfertigung bereitgestellt werden. Hierzu gehören vor allem