Grundlagen zur solaren Kälteerzeugung

Parabolrinnen-System für eine Absorptionskältemaschine

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Für die thermische Behaglichkeit in Gebäuden ist neben der Wärmeversorgung auch die Begrenzung hoher Temperaturen ein wichtiger Aspekt. Bei den unerwünschten Wärmequellen, den sogenannten Kühllasten, unterscheidet man zwischen internen und externen Ursachen. Die wichtigsten internen Kühllasten werden durch

  • Personen (hohe Belegungsdichte),
  • Beleuchtung und
  • elektrische Arbeitshilfen (z. B. Computer) hervorgerufen. 
Die externen Energiequellen lassen sich unterteilen in

  • Solarstrahlung,
  • Wärmetransmission von außen nach innen
  • sowie Wärmepotenziale, die über den Luftaustausch den Innenraum belasten.
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. Aber auch besondere Arbeitsprozesse, spezifische klimatische Randbedingungen oder besonders hohe, nutzungsbedingte Kühllasten erforden eine Bereitstellung von „Kälteleistung”, physikalisch korrekt als „Wärmesenke” bezeichnet.

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 solare Kälteerzeugung, auch solarthermische Klimatisierung genannt. Man unterscheidet dabei zwischen geschlossenen Systemen, mit deren Hilfe kaltes Wasser erzeugt wird, und offenen Systemen, die kalte Zuluft ermöglichen.

Bei der solarthermischen Klimatisierung kommen Flachkollektoren, doppelverglaste Flachkollektoren und Vakuumröhrenkollektoren zum Einsatz (siehe auch Beitrag Arten und Verfahren der solaren Kälteerzeugung). Welche Kollektorart verwendet wird, hängt von dem Bedarf der Prozesstemperaturen ab. Eine pauschale Dimensionierung von Systemen zur solaren Kühlung ist nicht möglich; ökonomisch empfohlene solare Deckungsanteile liegen bei ca. 75% der thermischen Antriebsenergie. Ein wichtiger Aspekt bei der solaren Kühlung ist die Deckung der erforderlichen Restwärme. Wird diese mit fossilen Energieträgern bereitgestellt, ergibt sich ein ökologischer Vorteil gegenüber elektrischen Kompressionskältemaschinen – in Abhängigkeit des Primärenergiekennwerts für Strom – erst bei sehr hohen solaren Deckungsraten (z. B. Deutschland > 70%).

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