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Die Funktionsweise einer Klimaanlage

In Mitteleuropa sind Klimaanlagen bisher hauptsächlich in Bürogebäuden im Einsatz. Arbeitgeber nutzen damit die positive Wirkung angenehmer Temperaturen auf die Konzentrationsfähigkeit und das Wohlbefinden. Im privaten Umfeld muss es aber nicht immer eine so teure und wirksame Lösung sein. Dort sind kleine, zur Nachrüstung geeignete Geräte interessant. Wir sagen Ihnen, was der Markt zu bieten hat, erklären das Funktionsprinzip von Klimaanlagen und stellen Wissenswertes zu Installation und Betrieb vor.

Inhaltsverzeichnis

  1. Wie funktioniert eine Klimaanlage?
  2. Gleiche Funktion – unterschiedliche Systeme: Diese Geräte gibt es
  3. Kosten einer Klimaanlage
  4. Welches Klimagerät lohnt sich für die Nachrüstung?
  5. Was tun, wenn die Funktion der Klimaanlage gestört ist?
  6. Lüftungsanlagen: Gesunde Alternative zu Klimageräten
Klimaanlage; Frau sitzt auf Sofa und bedient Klimaanlage

Wie funktioniert eine Klimaanlage?

Wer die volle Kontrolle über das Innenraumklima haben möchte, der muss mit erheblichen Kosten rechnen. Vollwertige Klimaanlagen sorgen nämlich nicht nur dafür, dass die Luft wie gewünscht temperiert ist: Sie reinigen sie noch dazu und gewährleisten eine angenehme Luftfeuchtigkeit.

Eine vollständige Klimatisierung aller Räume lässt sich in der Regel nur bei einem Neubau mit akzeptablem Aufwand realisieren. Doch auch für Eigentümer von Altbauten oder Mieter gibt es Lösungen. Solche mobilen oder fest verbauten Klimageräte beschränken sich meist auf die Kühlung der Luft.

Die einzelnen Geräte unterscheiden sich in Aufbau und Steuerungsmöglichkeiten. Die Funktion der Klimaanlagen ist jedoch ähnlich. Zu den zentralen Komponenten jeder Klimaanlage gehören die folgenden Bauteile:

  • Verdampfer
  • Verflüssiger
  • Kältemittelleitungen
  • Kältemittel
  • Kompressor
  • Pumpe
  • Gebläse
  • Filter

Das Kältemittel wird von der Pumpe durch die Kältemittelleitungen gefördert. Es dient als Überträgermedium der Wärmeenergie. Dieses Prinzip ermöglicht die verteilte Platzierung einzelner Komponenten der Klimaanlage. Denn es bietet sich an, bestimmte Elemente der Klimaanlage außerhalb des Gebäudes zu platzieren. Andere dagegen müssen sich zwingend im Innenraum befinden, um die Funktion der Klimaanlage zu gewährleisten. Welche das sind, zeigt die Grafik.

Die Funktionsweise einer Klimaanlage Grafik
So funktioniert eine Klimaanlage: Mithilfe eines Kältemittels kühlen Klimageräte die Raumluft.

Abläufe im Inneren einer Klimaanlage

  1. Kältemittel nimmt Wärme aus Räumen auf

    Das Kältemittel gelangt im flüssigen Zustand in den zu kühlenden Innenraum und durchströmt den Verdampfer. Der Verdampfer wiederum hat die Funktion eines Wärmetauschers: Er gibt die Wärme aus der Innenraumluft an das Kältemittel weiter. Dieses ändert seinen Aggregatzustand zu „gasförmig“ und verdampft somit. Wegen der Temperaturunterschiede zwischen Luft und Kältemittel bildet sich am Wärmetauscher Kondenswasser. Es findet also nebenbei eine Entfeuchtung der Luft statt.

  2. Kältemittel wird verdichtet

    Der Kompressor kann nun das gasförmige Kältemittel verdichten. Darauf reagiert dieses mit einem nochmaligen Temperaturanstieg.

  3. Wärme wird nach Draußen geleitet

    Die nächste Station des gasförmigen Kältemittels ist der sogenannte Verflüssiger. Dabei handelt es sich um einen weiteren Wärmetauscher, der die Wärmeenergie des Kältemittels an die Außenluft abgibt. Ein Gebläse sorgt durch seinen Luftstrom für einen effizienten Wärmeaustausch.

Damit die Funktion der Klimaanlage gewährleistet ist, muss die Umgebungstemperatur unter der Temperatur des Kältemittels liegen. Der Grund dafür ist ein physikalisches Prinzip: Warme Luft fließt immer in Richtung der kälteren Luft. Die Wärmetauscher, das Kältemittel und der Kompressor sorgen also dafür, dass die Abgabe der Wärmeenergie aus dem niedrig temperierten Innenraum an die wärmere Außenumgebung gelingt.

Gleiche Funktion – unterschiedliche Systeme: Diese Geräte gibt es

Verschiedene Bauformen von Klimaanlagen nutzen dieses Funktionsprinzip zur Kühlung von Luft. Je nach Aufstellsituation, Kältebedarf und gewünschtem Komfort können Sie aus verschiedenen Lösungen wählen.

Klimaanlage oder Klimagerät: Das ist der Unterschied

Das Wort „Klimaanlage“ ist im Volksmund weit verbreitet. Dennoch handelt es sich bei einem Großteil der zur Nachrüstung geeigneten Klimatechnik nicht um Klimaanlagen im engeren Sinn: Es sind sogenannte Klimageräte. Der maßgebliche Unterschied:

  • Klimaanlage: Ähnlich wie bei einer Zentralheizung ist das Hauptgerät bei einer zentralen Klimaanlage über Kanäle mit allen zu klimatisierenden Räumen verbunden. Die Kühlung und weitere Aufbereitung, also Filterung und Befeuchtung der Luft, erfolgt im zentralen Gerät.

  • Klimagerät: Klimageräte befinden sich dagegen zumindest teilweise in dem Raum, in dem sie wirken sollen. Weiterhin regeln sie meist nur einen Teilaspekt des Raumklimas.

Mobile Klimageräte

Neben den Geräten zur Kühlung zählen auch mobile Geräte wie Luftreiniger, Luftbefeuchter und -entfeuchter sowie Ventilatoren zu Klimageräten. Die sind vor allem dann sinnvoll, wenn Sie in nur einem Raum für ein angenehmes Klima sorgen möchten.

Split-Klimageräte

Wollen Sie mehrere Räume kühlen, benötigen Sie in aller Regel auch mehrere Geräte. Zwei Kategorien von Klimageräten haben eine Kühlfunktion: Split-Klimageräte und Monoblock-Klimageräte. Beide bewirken keinen Luftaustausch im Innenraum, sondern lediglich eine Umwälzung der Luft. Daher sind die Geräte für die meisten Anwendungsfälle wenig zu empfehlen. Abgesehen von der Temperatur haben sie keinen positiven Effekt auf das Raumklima. Abgestandene Luft mit hoher Schadstoff- und Kohlendioxidbelastung wird hier nicht ausgetauscht. Als Alternative gelten Lüftungsanlagen. Hierzu kommen wir im Detail weiter unten.

Bei einem Split-Klimagerät gibt es eine Innen- und Außeneinheit, die nur durch Kältemittelleitungen verbunden sind. Der entscheidende Vorteil der Trennung von Wärmeabgabe und Wärmeaufnahme bei den Split-Klimageräten: Die Wärme gelangt über das Kältemittel direkt nach außen. Zudem befinden sich die Anlagenteile, die die meisten Geräusche verursachen, außerhalb des Wohnraumes.

Das identische Prinzip findet sich übrigens bei Split-Wärmepumpen, die Wärmeenergie aus der Umgebungsluft gewinnen. Hier ist nur die Außeneinheit luftführend. Die Inneneinheit kann besonders kompakt und geräuscharm ausfallen.

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Monoblock-Klimageräte

Im Gegensetz zu den zwei Elementen der Split-Systeme vereint ein Monoblock-Klimagerät alle Komponenten in einem Gehäuse. Bei den oft mobilen Monoblock-Klimageräten befindet sich dagegen auch der Verflüssiger samt Kondensator und Gebläse im Innenraum. Die warme Luft gelangt durch einen Abluftschlauch vom Wohnraum nach außen. Es hängt von Ihrem Budget und Ihren optischen Ansprüchen ab, ob Sie den Schlauch durch ein geöffnetes Fenster oder einen entsprechenden Durchbruch in der Wand nach außen führen.

Kosten einer Klimaanlage

Wie bei der Heizung gilt es auch bei der Entscheidung für eine Klimaanlage Kosten und Nutzen abzuwägen. Ausschlaggebend für die Wirtschaftlichkeit Ihrer Entscheidung ist die Betrachtung der maßgeblichen Kostenbestandteile:

  • Kaufpreis
  • Betriebskosten

Der Kaufpreis

Wer alle Funktionen einer vollwertigen Klimatechnik nutzen möchte, für den führt kein Weg an einer zentralen Klimaanlage vorbei. Diese schlägt allerdings je nach Leistungsklasse mit Kosten zwischen 7.000 und 10.000 Euro zu Buche.

Klimageräte für die Kühlung einzelner Räume sind deutlich günstiger: Split-Klimageräte bewegen sich im Bereich zwischen 500 und 1.500 Euro. Den günstigsten Einstieg in die Klimatechnik bieten aber mobile Geräte mit Anschaffungskosten von 200 bis 500 Euro.

Mit dem Kaufpreis sinken auch die Kosten für die Installation. Denn während für die Funktion einer zentralen Klimaanlage Luftkanäle erforderlich sind, kommen viele Monoblock-Klimageräte ganz ohne bauliche Maßnahmen aus.

Praxistipp: Raumklima

  • Die niedrigen Kosten bei Split-, Monoblock und mobilen Geräten bringen wie erwähnt jedoch auch sehr eingeschränkte Funktionen mit sich.

  • Ein gesundes Raumklima mit frischer Luft erreichen Sie damit nicht.

Die Betriebskosten

Anders sieht es bei den Kosten für den Betrieb aus: Für die dauerhafte Klimatisierung mehrerer Räume ist die zentrale Klimaanlage in der Regel die kostengünstigste Wahl. Generell sollten Sie beim Kauf stets auf das Energieeffizienzlabel der Geräte achten.

Weil Split- und Monoblock-Klimageräte sich im Detail in der Funktion unterscheiden, ist der Vergleich schwierig. Ein Monoblock-Klimagerät mit der gleichen Nennleistung verbraucht durch seinen niedrigeren Wirkungsgrad stets mehr Strom als ein Split-Klimagerät. Aber die Nennleistung selbst ist wenig aussagekräftig: Gerade Klimageräte mit moderner Steuerung arbeiten kaum unter Volllast.

Viel entscheidender für einen geringen Stromverbrauch bei uneingeschränkter Funktion der Klimaanlage sind deren richtige Dimensionierung und das entsprechende Nutzungsverhalten. Entscheiden Sie sich für ein Split-Klimagerät, das ohnehin von einem Fachmann installiert werden muss, übernimmt der Klimatechniker die Dimensionierung.

Welches Klimagerät lohnt sich für die Nachrüstung?

Nicht jedes Gerät passt zu Ihrer Wohnsituation sowie Ihren Anforderungen an Komfort und Erscheinungsbild. Sowohl Monoblock- als auch Split-Klimageräte haben ihre Vor- und Nachteile.

Monoblock-Klimagerät nachrüsten

Es geht Ihnen hauptsächlich darum, die heißesten Sommernächte zu überbrücken, ohne bauliche Maßnahmen vornehmen zu müssen? Dann ist für Sie ein Monoblock-Klimagerät die richtige Wahl. Das Klimagerät kommt seiner Funktion jedoch nicht mit der allerhöchsten Effizienz nach – darüber müssen Sie hinwegsehen. Denn die Öffnung, durch die der Abluftschlauch nach außen führt, lässt sich meist nur schwer abdichten.

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Geräte, die lediglich über einen Abluftschlauch verfügen, erzeugen zudem konstant einen geringen Unterdruck im Wohnraum. So strömt kontinuierlich warme Luft von außen nach. Deswegen ist ein Monoblock-Klimagerät mit je einem Abluft- und einem Zuluftschlauch oft die bessere Wahl. So vermeiden Sie, dass ein Unterdruck entsteht und verringern gleichzeitig die Probleme beim Abdichten der Öffnungen.

Außerdem nachteilig: Geräte zur Bodenaufstellung brauchen viel Platz und verursachen störende Geräusche. Und Modelle mit einfacher Ausstattung haben häufig einen Auffangbehälter für Kondenswasser. Den müssen Sie manuell ausleeren.

Split-Klimagerät nachrüsten

Mit einem Split-Klimagerät entscheiden Sie sich für eine Lösung, die dauerhaft an Ihrem Einbauort verbleibt. Das hat viele Vorteile – verursacht aber erhöhte Kosten für die Verlegung der Kältemittelleitungen. Zur Installation im Innenraum gehört immer ein Ablaufschlauch für Kondenswasser.

Die Geräte sind also fest installiert. Das bedeutet auch, dass Sie sich den jeweiligen Standort gut überlegen sollten. Weil die Außeneinheit laute Bauteile wie Kompressor und Gebläse enthält, sollten Sie die Konsequenzen für Ihre direkten Nachbarn bedenken. Dafür können Sie beim Splitgerät jedoch die Ruhe im Innenraum genießen.

Die Trennung des Gerätes in zwei Einheiten spart im Betrieb Geld: Laut Experten benötigen Split-Klimageräte zur Erfüllung ihrer Funktion nur etwa halb so viel Energie wie Monolock-Geräte. Ein weiterer Vorteil von Split-Klimageräten: Ist die Außeneinheit entsprechend dimensioniert, können daran mehrere Inneneinheiten angeschlossen und betrieben werden. Das ist die günstigste Möglichkeit zur nachträglichen Klimatisierung mehrerer Räume.

Vorteile von Split- und Monoblock-Klimagerät im Vergleich

Die Tabelle zeigt die Vorteile der beiden gängigen Nachrüstlösungen auf einen Blick:

Split-Klimagerät
Monoblock-Klimagerät
sehr effizient durch Teilung in Innen- und Außeneinheit
besonders mobil, da keine Leitungen zu verlegen sind
Innenteil platzsparend an oder knapp unter der Decke anzubringen
günstigste Möglichkeit zur Klimatisierung eines einzelnen Raumes
geräuscharm, da sich laute Komponenten außerhalb des Wohnraumes befinden
geeignet zum vorübergehenden Betrieb in den Sommermonaten, kann danach abgebaut werden
kann dauerhaft im Wohnraum verbleiben
 
Kondenswasser wird automatisch abgeleitet
 

Was tun, wenn die Funktion der Klimaanlage gestört ist?

Klimageräte – egal ob als Split-Ausführung oder in Monoblock-Bauweise – sind oft nur über kurze Zeiträume im Jahr nötig. Umso ärgerlicher ist es, wenn die Geräte genau dann versagen.

Klimaanlage kühlt nicht

Die häufigsten Gründe dafür, dass eine Klimaanlage ihre Funktion nicht erfüllen kann: Verstopfte Luftfilter, der Mangel von Kältemittel sowie defekte Kompressoren. Nicht immer muss die Funktionsstörung auf ein ernsthaftes Problem zurückgehen: Wegen minimaler Undichtigkeiten können kontinuierlich geringste Mengen von Kältemittel aus den Leitungen entweichen. Über kurz oder lang befindet sich dann zu wenig von dem Medium in der Anlage. Indem Sie das Kältemittel rechtzeitig nachfüllen lassen, können Sie meist größere Schäden abwenden.

Klimaanlage stinkt oder tropft

Mindestens genauso unangenehm: Über längere Zeit sammeln sich Schmutz, Staub und Bakterien in den Geräten. Störende Gerüche sind die Folge. Von Mikroorganismen befallene Anlagen verbreiten diese über die Luft. Das beeinträchtigt nicht nur Ihr Wohlbefinden, sondern gefährdet auch Ihre Gesundheit.

Lüftungsanlagen: Gesunde Alternative zu Klimageräten

Viele erhoffen sich von einem Klimagerät ein angenehmes Raumklima. Tatsächlich helfen sie dabei, die Raumluft herunterzukühlen, was im Sommer Erleichterung verschafft. Mehr können die meisten Klimageräte jedoch nicht. Verbrauchte Luft bleibt samt Schadstoffen und laufend steigender CO2-Konzentration im Raum. Das führt zu Konzentrationsschwäche und gegebenenfalls sogar zu gesundheitlichen Problemen.

Eine in der Regel geeignetere Alternative sind Lüftungsanlagen, auch Wohnraumlüftung genannt. Diese Geräte transportieren kontinuierlich abgestandene Raumluft ins Freie und bringen frische Luft ins Innere. Davon profitieren Sie nicht nur im Sommer. Durch einen Bypass nutzen die meisten Modelle im Sommer die kühle Nachtluft, um Ihr Haus sanft abzukühlen. Hiermit erreichen Sie zwar nicht so geringe Temperaturen wie mit einer Klimaanlage, dafür bringt die Lüftungsanlage andere wichtige Vorteile mit sich.

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Fazit

Der Aufwand, der mit der Aufrechterhaltung der einwandfreien Funktion einer Klimaanlage verbunden ist, ist nicht so hoch wie viele denken. Durch intelligentes Nutzerverhalten bleiben die laufenden Kosten gering.

Dank günstiger Split-Klimageräte können Sie so einzelne Räume kostengünstig und mit geringer Umweltbelastung auf Ihre Wohlfühltemperatur kühlen. Für den kurzzeitigen Betrieb eignen sich auch die weniger sparsamen aber dafür besonders flexiblen Monoblock-Klimageräte. Frischluftanlagen sind eine relevante Alternative zu Klimageräten.

Andreas Wurm,
M.Sc.

Über den Autor

Andreas Wurm absolvierte seinen Bachelor of Science in Maschinenbau an der RWTH Aachen University und schloss einen Master in Energietechnik (Spezialisierung Erneuerbare Energien) an derselben Universität an. Nach seinem Studium war er von 2014 bis 2016 Projektingenieur in der Branche Heizungs- und Klimatechnik.

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