Wie funktioniert eine Klimaanlage?
Klimaanlagen sorgen für gleichbleibend angenehme Temperaturen, auch wenn das Barometer draußen in die Höhe klettert. Hochwertige Voll-Klimaanlagen können nicht nur kühlen, sie regulieren zudem die Luftfeuchte, reinigen die Raumluft und sorgen für Luftaustausch.
Viele verbinden Klimaanlagen mit der Nutzung in Bürogebäuden, wo sie nicht nur einen positiven Ruf genießen. Wie sieht der Einsatz von Klimaanlagen in Privathäusern aus? Für wen lohnt sich eine Klimaanlage und was ist zu beachten?
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Wir beschäftigen uns im folgenden Text mit diesen Fragen. Sie sollen am Ende mehr über die Funktionsweise und Einsatzgebiete von Klimaanlagen wissen, um eine Entscheidung für oder gegen eine Klimaanlage treffen zu können.
Das Wichtigste in Kürze
- Eine Klimaanlage entzieht der Raumluft Wärme und gibt sie nach draußen ab – das Prinzip ähnelt einem Kühlschrank.
- Den Wärmetransport übernimmt ein Kältemittel, das im geschlossenen Kreislauf abwechselnd verdampft und verdichtet wird.
- Voll-Klimaanlagen kühlen nicht nur, sondern entfeuchten, filtern und bewegen die Raumluft.
- Moderne Geräte nutzen klimafreundlichere Kältemittel wie R32 oder R290 – eine Folge der verschärften EU-F-Gase-Verordnung.
Funktionsweise der Klimaanlage
Oft wird mit einer Klimaanlage nur die Raumluftkühlung verbunden. Laut offizieller Definition hat die Klimaanlage mit ihren Bestandteilen jedoch die Funktion einer Luftbehandlung.
Größere, hochwertige Klimaanlagen verändern nicht nur die Lufttemperatur, sie regulieren auch die Luftfeuchtigkeit, die Luftbeschaffenheit und die Luftgeschwindigkeit. Das heißt, sie temperieren die Raumluft nicht nur, sondern be- oder entlüften sie, filtern die Luft und befördern sie. Kleinere Geräte, die nur mit einer Kühlfunktion ausgestattet sind, nennt man Teil-Klimaanlagen.
- Luft-Wasser-Klimaanlagen
Die Raumluft wird bei dieser Bauweise teilweise über wasserführende Kühlsysteme wie Heizkörper oder Kühldecken temperiert. Das zentrale Gerät kühlt zusätzlich die zugeführte Außenluft und ist für die Luftförderung, Filterung und Be- sowie Entfeuchtung zuständig. Der Vorteil dieser Bauweise ist die starke Kühlleistung auch bei wenig zugeführter Luft.
- Nur-Luft-Klimaanlagen
Bei dieser Bauweise erfolgt die komplette Kühlung der Raumluft über die zugeführte Luft. Dies geschieht in einem zentralen Gerät.
In der Regel funktioniert der Luftaustausch in Klimaanlagen nach dem Umluft-Prinzip und es findet keine Belüftung der Räume statt. Wer auch eine Lüftung seines Gebäudes möchte, kombiniert das Gerät mit einer Lüftungsanlage.
Physikalische Grundmechanismen
Physikalisch betrachtet, arbeitet die Klimaanlage ähnlich wie ein Kühlschrank. Dabei wird Wärmeenergie von einem Ort niedriger Temperatur zu einem Ort höherer Temperatur befördert. Von alleine wandert Wärme allerdings nur in Richtung einer tieferen Temperatur.
Um dieses Prinzip umzudrehen, wird ein Kältemittel eingesetzt. Dieses wird durch ein geschlossenes System gepumpt und abwechselnd in einem flüssigen oder gasförmigen Zustand gehalten.
Wird der Druck auf das flüssige Kältemittel verringert, dehnt es sich aus und kühlt bis unter die Raumlufttemperatur ab. Unterstützt durch einen Ventilator wird die Raumluft an einem geschlängelten Rohr mit dem Kältemittel vorbeigeführt und die Innenluft dadurch gekühlt.
Gleichzeitig erwärmt sich das Kältemittel und verdunstet. Es wird aus dem Gebäude in einen Kompressor geleitet. Hier wird das gasförmige Kältemittel stark verdichtet, sodass es sich erwärmt. Steigt die Temperatur über die Temperatur der Außenluft, wird die Wärme an diese abgegeben. Das Kältemittel kühlt sich so wieder ab und verflüssigt sich. Nun wird es wieder ins Gebäudeinnere zurückgeleitet und der Kreislauf beginnt von vorne.
So arbeitet der Kältekreislauf – in vier Schritten
1. Verdampfen & kühlen
Im Innengerät verdampft das flüssige Kältemittel bei niedrigem Druck. Dabei entzieht es der vorbeiströmenden Raumluft Wärme – die Luft kühlt ab.
2. Verdichten
Ein Kompressor verdichtet das gasförmige Kältemittel. Durch den höheren Druck steigt seine Temperatur über die der Außenluft.
3. Wärme abgeben
Im Außengerät gibt das heiße Kältemittel die aufgenommene Wärme an die Außenluft ab und wird dabei wieder flüssig.
4. Entspannen
Ein Expansionsventil senkt den Druck schlagartig, das Kältemittel kühlt stark ab – und der Kreislauf beginnt von vorn.
Verschiedene Kältemittel kommen zum Einsatz
Heutige Kältemittel dürfen die Ozonschicht nicht mehr angreifen, wie es früher eingesetzte Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) taten – diese sind längst verboten. Bewertet werden Kältemittel heute vor allem über ihr Treibhauspotenzial (englisch Global Warming Potential, GWP). Der Wert gibt an, wie stark ein Kilogramm des Stoffes zur Erderwärmung beiträgt – bezogen auf Kohlendioxid (CO₂), das den Referenzwert GWP = 1 hat. Lange Zeit war in Klimaanlagen das Kältemittel R410A mit einem hohen GWP von rund 2.088 üblich; es wird inzwischen durch klimafreundlichere Mittel ersetzt.
Hintergrund ist die novellierte EU-Verordnung über fluorierte Treibhausgase (F-Gase-Verordnung (EU) 2024/573), die im März 2024 in Kraft getreten ist. Sie senkt die in der EU verfügbare Menge besonders klimaschädlicher Kältemittel schrittweise ab. In vielen neuen Split-Klimageräten steckt deshalb das Mittel R32 mit einem GWP von rund 675; für kleine Geräte ist mittelfristig der Umstieg auf natürliche Kältemittel wie Propan (R290) mit einem sehr niedrigen GWP von höchstens etwa 3 angelegt. Anders als noch vor einigen Jahren gibt es heute also klimafreundlichere Kältemittel; bei brennbaren Kältemitteln gehören Installation und Arbeiten am Kältekreis wegen der Sicherheitsanforderungen in die Hände sachkundiger Fachbetriebe. Welches Mittel welche Stärken und Schwächen hat, zeigt die folgende Übersicht.
Benötigte Kälteleistung festlegen
Bevor eine Klimaanlage eingebaut wird, ist es wichtig, dass die benötigte Kälteleistung genau berechnet wird. Dabei ist nicht nur die Größe der Räume entscheidend, einen großen Einfluss haben beispielsweise die Fenster und die Dämmung des Daches.
Folgende Faktoren beeinflussen die Kälteleistung einer Klimaanlage:
- Fenster
Über Glasflächen wird bei starker Sonneneinstrahlung viel Wärmeeintrag in die Räume verursacht. Zusätzliche Verschattungsmaßnahmen verringern den Wärmeeintrag deutlich.
- Dach
Dachflächen können bei Sonneneinstrahlung sehr heiß werden. Ohne eine entsprechende Wärmedämmung gelangt diese Wärme ungehindert ins Gebäude. Mit einer hochwertigen Wärmedämmung wird dieser Wärmeeintrag stark reduziert.
- Innerer Wärmeeintrag
Viele Personen und elektrische Geräte geben Wärme ab. Sind in bestimmten Räumen oft dementsprechend viele Menschen anwesend und sind viele wärmeabgebende Geräte im Einsatz, dann ist der Wärmeeintrag entsprechend hoch.
Zusatzfunktionen einer Klimaanlage
Wie oben bereits erwähnt, können viele Voll-Klimaanlagen mehr als nur die Raumluft kühlen. So senken Klimaanlagen die Luftfeuchte im Innenraum. Dies geschieht aus einem ganz einfachen Grund: Die abkühlte Raumluft kann weniger Wasserdampf speichern als warme Luft. An dem mit Kältemittel gefüllten Wärmeübertrager wird die Raumluft abgekühlt, dort kondensiert der Wasserdampf aus der Luft zu Wassertröpfchen. Ein zusätzlich eingebauter Mechanismus sammelt das Kondenswasser auf und leitet es nach außen. Diese Entfeuchtung kann an schwülen Sommertagen sehr angenehm sein, da die Selbstregulation der Körpertemperatur des Menschen bei hoher Luftfeuchtigkeit beeinträchtigt ist.
Zudem können Klimaanlage die Raumluft über die Kältemaschine auch filtern. Meistens werden dafür Filtervliese eingesetzt.
Kombiniert man die Klimaanlage mit einer Lüftungsanlage, sind nicht nur kühle Innenraumtemperaturen gewährleistet, sondern es wird auch automatisch gelüftet. Damit herrscht immer ein angenehmes Raumklima, auch bei Abwesenheit.
Wann und für wen lohnt sich eine Klimaanlage? Die Sommer werden immer heißer und die Hitzeperioden dauern immer länger an.… weiterlesen
