Die Air-On AG ist ein junges Schweizer High-Tech-Unternehmen mit Hauptsitz in Cham bei Zug.
In hauseigenen Labors und Prüfanlagen führt ein Team von Ingenieuren und Physikern zusammen in einem leis­tungsfähigen Netzwerk mit externen Partnern das einzigartige Raum­klima­gerät Air-On® zur Marktreife. Bewährtes Know-how aus den Bereichen Akustik, Strömungstechnik, Luftfilterung, Hygiene, Elektronik und Klimatisierung fliesst laufend in die Entwicklung unserer Raumklimageräte ein.

Das von dem Unternehmen entwickelte Innovation im Bereich der Raumklimatisierung für energetisch sanierte Gebäuden stellt eine echte Alternative zu konventionellen Belüftungssystemen für Wohnungen, Hotels, Senioren- und Pflegeheime und andere Bauten dar. An Stelle der alten Heizkörper eingebaut, übernimmt das Gerät sämtliche Schlüsselfunktionen für die Gestaltung eines gesunden Raumklimas. Erstmalig werden fünf Funktionen in einem kompakten Gerät integriert: Heizen, Lüften, Luftreinigung, Be- und Entfeuchtung der Raumluft. In einem Fachartikel erläutert Bernd Genath, was es mit der Innovation auf sich hat.

Regelt CO2-Konzentration, Temperatur und Feuchtigkeit der Raumluft

Die dezentralen Air-On Geräte erlauben in Gebäuden ohne Bodenheizung den Einsatz einer zentralen Grundlast-Wärmepumpe mit niedrigen Vorlauftemperaturen (bis zu 40 °C). Die interne thermoelektrische Wärmepumpe (Peltier-Element) im Klimakonvektor liefert die Spitzenlast. Diese Wärmepumpe ist geräuschlos und kommt ohne Kältemittel und ohne Kompressor aus. Jedes Gerät stellt im Mittel 500 Watt Heiz- und 300 Watt Kühlleistung zur Verfügung. Diese Werte basieren auf einem COP von 5 der verwendeten Peltier-Elemente (nach Aussage Air-On). Inwieweit in den thermoelektrischen Wärmepumpen noch Entwicklungspotential steckt, muss die Zeit zeigen. Nach Aussagen der Air-On AG dürften theoretisch auch höhere COP erreichbar sein.

Generell gilt für Peltier-Elemente, dass sie sich mit einem relativ geringen Temperaturunterschied zwischen der warmen und der kalten Seite begnügen müssen um wirtschaftlich betrieben zu werden. Ein ΔT von zum Beispiel 60 °C, wie es Kompressionswärmepumpen erlauben, gestattet der Peltier-Effekt nicht. Das ist die Crux an der Geschichte: Kleiner Temperaturunterschied – hoher Wirkungsgrad, großer Temperaturunterschied – kleiner Wirkungsgrad. Deshalb kann das Peltier-Element zur Zeit nur als zweite Stufe einer Kompressionswärmepumpe eingesetzt werden.

Die Filtertechnik besteht aus drei verschiedenen Filtereinheiten: Grobfilter, Elektrofilter und Aktivkohlefilter. Besonders ist der Elektrofilter zu erwähnen. Er nimmt Feinstäube, Pollen und andere Allergene aus der Luft. Des Weiteren produziert er Ozon, das sich negativ auf Keimwachstum auswirkt und damit die Hygiene im Air-On-Gerät sicherstellt. Allerdings ist Ozon ein Reizgas. Vor dem Eintritt der konditionierten Luft in den Raum reduziert deshalb ein Aktivkohlefilter das Ozon auf ein nach WHO-Grenzwerten unbedenkliches Niveau.

Generell gilt: Je geringer der Temperaturhub, desto energieeffizienter das gesamte System. Die Grenze zieht jene Spreizung im oder am Peltier-Element, die ein Epsilon von 4 oder 5 und eines nahen Tages vielleicht von 6 und 7 anbietet. Nach diesem optimalen Temperaturhub richtet sich die Aufteilung des Gesamthubs auf beide Stufen. Bewahrheiten sich Epsilon-Werte von 5 und mehr in der Praxis bei einem Hub von 20 K, dürfte dieses Verfahren die Modernisierung anspruchsvoller Altbauten im Wohn-, Hotel-, Büro-, Kultur- und Sozialbereich regelrecht revolutionieren.

Selbst die konventionelle Klimatechnik für den Neubau wird sich wohl wappnen müssen; im Minimum die Lufttechnik. Mit Hilfe eines CO2-Sensors wird unter anderem die bedarfsorientierte Wohnraumbelüftung kontrolliert. Der CO2-Sensor misst permanent die Raumluftqualität und schaltet je nach Zustand die Zu- und Abluftlüfter ein oder aus – natürlich nur in Abstimmung mit dem Feuchte- und Temperatursensor, der indirekt für trockene Luft und Schimmelpilz freie Wände sorgt. Als aktiver Lufttrockner dient die kalte Seite des Peltier-Elements, welche die Feuchte auskondensiert.

Die besondere Intelligenz des Verfahrens ist bereits angedeutet. Als erste Stufe im Heizungskeller reicht eine bekannte Luft/Wasser-Wärmepumpe aus, die ausschließlich Niedertemperatur mit hohem Wirkungsgrad bereitstellt. Die zweite Stufe, das Air-On Gerät im Raum, heizt dezentral nach. Es muss also nicht der gesamte Heizkreislauf auf zum Beispiel 60 °C hochgefahren werden, weil das Rentnerpaar im dritten Stock, das als einzige Bewohner tagsüber das Zehnfamilienhaus nicht verlässt, mehr als eine Wärmegrundlast will – so sieht ja vielerorts die Praxis aus. Im klassischen Fall ohn Air-On würde zwangsläufig die Wärmepumpe in ihrer Jahresarbeitszahl in die Knie gehen. Darum argumentieren die Air-on-Initiatoren sinngemäß: Belassen wir’s zentral bei Niedertemperatur und pumpen die nur dort, wo gewünscht, dezentral auf ein höheres Temperaturniveau hoch.

Als zweite Stufe entschieden sie sich für ein Peltier-Element, das nichts anderes als eine thermoelektrische Wärmepumpe ist. Mobile 12-oder 24-Volt-Kühlschränke für Caravans und Boote basieren heute schon zum Teil auf diesem Prinzip: Verbindet man zwei entsprechend gewählte elektrisch leitende Materialien – mit unterschiedlichen elektronischen Eigenschaften – jeweils an den beiden Enden und legt man zusätzlich eine Spannung an, transportiert der fließende Strom Wärme vom einen Ende zum andern. Im Gegensatz zu den meisten physikalischen Reaktionen, die in der Regel einen Ausgleich anstreben, bemüht sich der Peltier-Effekt scheinbar um Disharmonie: Die eine Verbindungsstelle kühlt aus, die andere erwärmt sich. Strom plus Kalorienentzug der Kaltseite stehen mithin als thermische Energie zur Verfügung.

Hinter dem Projekt stehen nach haustechnikdialog finanzkräftige Investoren. Das Schweizer Wirtschaftsmagazin „Bilanz“ hatte kürzlich Namen genannt: „Karl Nicklaus stieg bei der Firma Air-On in Cham ein. Da tüfteln Techniker an Prototypen eines neuartigen Be- und Entlüftungssystems, das nach Sanierungen von Altbauten optimale Luftzirkulation in Gebäuden gewährleisten soll. So genannte Minergietechnik beschert bisweilen in renovierten Gemäuern gesundheitsgefährdende Nebenwirkungen wie Schimmel, weil Kunststofffenster absolut luftdicht sind.“ Karl Nicklaus gehört zu den reichsten Schweizern.

Für Fritz Steimle hängen Chancen und Akzeptanz im Markt unter anderem vom Peltier-Element ab: „Ein COP von 5, der wäre sehr gut. Der ist aber auch eine große Herausforderung.“ Diese Herausforderung, sagen die Schweizer, hätten sie bereits bestanden.