Kühlen mit der Sonne – ein neuer Weg in der Solartechnik

Thermische Solaranlagen werden heutzutage vorrangig für die Warmwasserbereitung und die teilsolare Raumheizung eingesetzt. Mit der Solartechnik lassen sich aber auch andere energetische Bedürfnisse decken, wie industrielle Prozesswärme oder Gebäudekühlung. Die Technik ist zwar noch nicht serienreif, aber Dutzende Anlagen lassen einen riesigen weltweiten Zukunftsmarkt erkennen, berichtet der Verband Austria Solar.   Österreich sei dabei eines der technologisch führenden Länder. Was auf den ersten Blick absurd anmutet – Wärmeenergie für Kälteerzeugung einzusetzen – ist eine vielversprechende Option: Die Solarwärme dient als Antrieb für Kälteanlagen oder sie kann bei der Luft-Entfeuchtung zum Einsatz kommen.

Optimale Auslastung der Solarwärmeanlage

Gelingt es, die Solaranlage im Winter für die Heizungsunterstützung und im Sommer für die Klimatisierung einzusetzen, ergibt sich eine optimale Nutzung der Anlage. Dies kann zu verringerten Amortisationszeiten der gesamten Solaranlage führen. Außer im Neubau von Wohngebäuden, bei dem durch intelligente Planung ein Kühlbedarf möglichst gar nicht entstehen sollte, ist der Trend zur Kühlung besonders in Bürogebäuden mit hohen internen Lasten, sowie im heutigen typischen Gebäudebestand stark ausgeprägt. Es gibt verschiedene Arten von solaren Kühltechnologien, wobei zwischen Kälteerzeugung und Klimatisierung zu unterscheiden ist. Ein typisches Beispiel für die Klimatisierung stellt die sorptionsgestützte Klimatisierung dar.

Sorptionsgestützte Klimatisierung

Bei diesem Verfahren die Antriebstemperatur nur 45°C bis 90°C, eine ideale Temperatur für die Nutzung von Wärme aus Solaranlagen. Sorptionsgestützte Klimatisierung, kurz SGK genannt, wird auch unter den aus dem amerikanischen Sprachgebrauch kommenden Begriffen „desiccant cooling systems“, kurz DCS, oder „desiccative and evaporative cooling“, kurz DEC geführt. Diese Anlagen lassen sich unterteilen in solarautarke Anlagen (ohne Fremdenergie) und solarunterstützte Systeme (mit Fremdenergie). Bei solarautarken Anlagen, deren einziger Wärmelieferant die Sonne ist, kann es mitunter vorkommen, dass nicht an allen Tagen die definierten Behaglichkeitskriterien erreicht werden (z.B. Temperatur, Luftfeuchtigkeit, etc.). Eine Demonstrationsanlage in Freiburg im Breisgau hat aber gezeigt, dass die definierten Werte nur an zwei Tagen im Jahr überschritten wurden. Dies setzt jedoch eine sorgfältige Simulation und Planung der Anlage voraus. Bei solar unterstützen Anlagen liefert die Sonne nur einen Teil der benötigten Wärme, für den Rest sorgt eine konventionelle Nachheizung mit Holz, Gas oder Öl.

Die Funktionsweise

Bei sorptionsgestützter Klimatisierung sind „Kühlung“ und „Entfeuchtung“ getrennt zu betrachten. Die Luftfeuchte der angesaugten Außenluft wird über ein Sorptionsmittel wie Silikagel oder Lithiumchlorid reduziert, das die Luftfeuchte bindet. Dies geschieht in einem langsam rotierenden Sorptionsrad. Bei einer Temperatur von 70° C werden dabei Entfeuchtungsleistungen von bis zu 6g/kg trockener Luft erreicht. Die nötige Energie zur Lufterwärmung liefert die Solaranlage oder die Nachheizung. Auch betriebliche Abwärme kann hier zum Einsatz kommen. Nach dem Sorptionsrad hat die Außenluft ein höheres Temperaturniveau als die Abluft des zu klimatisierenden Bereiches, daher wird in einem rotierenden Wärmerückgewinnungsrad die Abluft von der Außenluft erwärmt. Anschließend wird die vorkühlte Außenluft durch Verdunstungskühlung (über Wiederbefeuchtung) auf die richtige Luftfeuchte und die gewünschte Raumluft von 16 bis 18°C gebracht.

Kostengünstige Systeme mit hohem Wirkungsgrad möglich

Als Kollektoren kommen sowohl Solarluftkollektoren als auch Vakuumröhren- und Flachkollektoren zum Einsatz. Bei letzteren wird die Solarwärme in einem Pufferspeicher gesammelt und über einen Wärmetauscher an das Sorptionsrad abgegeben. Praktische Erfahrungen mit Wasser- als auch mit Luftkollektoren haben gezeigt, dass kostengünstige Systeme mit hohem Wirkungsgrad möglich sind. Probleme gibt es noch mit der Hydraulik und der optimalen Regelung der Systeme. Die Entwicklung hydraulisch einfacher, robuster Verschaltungen in Kombination mit intelligenter Regelung ist allerdings bereits im Gange. Langfristig wird die Solare Kühlung mit Sicherheit zu einem wichtigen Betätigungsfeld für Installations- und Haustechnikfirmen werden, so Austria Solar.

10.10.2004   Quelle: Verband Austria Solar