Solarthermische Klimatisierung
Um sich in Gebäuden wohlzufühlen, kommt es nicht nur im Winter auf angenehme Temperaturen an, sondern auch im Sommer. Unerwünschte Wärmequellen, die sogenannten Kühllasten, kommen einerseits von der Sonneneinstrahlung und den hohen Außentemperaturen, sie entstehen andererseits auch im Innenraum, z.B. durch eine hohe Belegungsdichte, Beleuchtung und Computer.
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Energieoptimiert geplante Gebäude können hierzulande meist ohne aktive Kühlung auskommen. Lassen sich die Kühllasten nicht mehr ausreichend durch passive Maßnahmen wie Nachtlüftung oder Erdreichwärmetauscher bewältigen, ist eine aktive Kühlung erforderlich. Neben klassischen elektrisch betriebenen Kältemaschinen können dafür auch Technologien eingesetzt werden, die Wärme als Antriebsenergie nutzen. Besteht ein wesentlicher Teil der Kühllast aus solaren Lasten, treten Sonneneinstrahlung und Kühlbedarf also fast zeitgleich auf, bietet das optimale Voraussetzungen für eine solarthermische Klimatisierung. Man unterscheidet dabei zwischen geschlossenen Systemen, mit deren Hilfe kaltes Wasser erzeugt wird, und offenen Systemen, die kalte Zuluft ermöglichen.
Geschlossene Systeme
Sorptionskälteanlagen funktionieren analog elektrisch angetriebenen
Kompressionskälteanlagen, ersetzen aber die mechanische Verdichtung
des Kältemittels durch eine thermische und benötigen deshalb keine
elektrische Antriebsenergie. Hier kommt die Solarwärme ins Spiel:
Unter Zufuhr von Wärme wird das Kältemittel abwechselnd sorbiert und desorbiert.
Die Anlagen arbeiten mit einem extremen Unterdruck, der es
ermöglicht, das Kältemittel bei relativ niedrigen Temperaturen zu
verdampfen. Um den Prozess aufrechtzuerhalten, muss der bei der
Verdampfung entstehende Wasserdampf abgeführt werden - entweder
über Ad- oder über Absorption. Adsorptionskälteanlagen nutzen einen
Feststoff (Adsorbent), Absorptionskälteanlagen einen flüssigen
Stoff (Absorbent). Ein weiteres geschlossenes System ist die
Dampfstrahlkältemaschine, an deren Entwicklung noch gearbeitet
wird. Es handelt sich dabei im Prinzip um eine thermisch
angetriebene Kompressionskältemaschine.
Offene Systeme
Die sorptionsgestützte Kälteerzeugung (auch DEC: Desiccant
Evaporative Cooling) arbeitet in Kombination mit einem Zu- und
Abluftsystem. Das Verfahren basiert auf dem Prinzip der adiabaten
Außenluftentfeuchtung. Die Außenluft wird in einem ersten Schritt
getrocknet, in einem Wärmetauscher vorgekühlt und anschließend
durch Verdunstungskühlung auf den gewünschten Zuluftzustand
gebracht. Zeitgleich wird die Raumabluft durch Verdunstungskühlung
maximal befeuchtet und dadurch abgekühlt und im Wärmetauscher durch
die trockene Luft erwärmt. Im Regenerationslufterhitzer wird die
Abluft durch Solarwärme auf die erforderliche
Regenerationstemperatur gebracht, nimmt dann das von der Zuluft
abgegebene Wasser auf und wird als warme, feuchte Fortluft nach
außen abgegeben. Die Entfeuchtung der Zuluft kann über Adsorption
(z.B. mit einem Sorptionsrad) oder Absorption (z.B. mithilfe einer
Salzlösung) erfolgen. Beim Absorptionsverfahren sind Entfeuchtung
und Regeneration voneinander getrennt und müssen nicht zeitgleich
stattfinden, die Solarwärme kann sozusagen gespeichert werden.
Da bei der offenen Sorption der Kälteträger die befeuchtete Luft
ist, die direkt in den Raum eingeblasen wird, ist die
Entfeuchtungsleistung beschränkt. Das Verfahren bietet sich an,
wenn im Gebäude ein hoher Frischluftbedarf vorhanden ist.
