Kälteerzeugung mit thermischen Systemen
Bei der solaren Kälteerzeugung oder auch solarthermischen Klimatisierung unterscheidet man zwischen geschlossenen Systemen, mit deren Hilfe kaltes Wasser erzeugt wird, und offenen Systemen, die kalte Zuluft ermöglichen. Zusätzlich gibt es den Dampfstrahl-Kälte-Prozess, der sich aber im Moment in der Entwicklungsphase befindet. Allen liegen Wärmetransformationsprozesse zugrunde. Fast im gesamten Bereich der thermischen Systeme wird mit Absorption und Adsorption gearbeitet.
Offene Systeme
Im Bereich der offenen Systeme gibt es das Verfahren der
sorptionsgestützten Kälteerzeugung (SGK), auch DEC für Desiccative
Evaporative Cooling genannt. Dies ist eine ausgereifte Technologie
zur Gebäudeklimatisierung und bietet sich aufgrund der geringen
Temperaturanforderungen von etwa 60 - 80°C besonders für den
Einsatz thermischer Solarenergie an.
DEC 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.
Geschlossene Systeme
Im Bereich der geschlossenen Systeme gibt es den
Absorptionskälteprozess und den Adsorptionskälteprozess. Im
Vergleich liegt der wesentliche Vorteil der Adsorptionstechnik bei
der möglichen Nutzung geringer Heiztemperaturen unterhalb 90°C. Bei
Solarenergie-, Abwärme- oder Fernwärmenutzung mit Heiztemperaturen
um 60°C lässt sich mit der geschlossenen Adsorption Nutzkälte
unabhängig von den klimatischen Randbedingungen erzeugen.
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, bei der es sich im Prinzip um eine thermisch angetriebene Kompressionskältemaschine handelt.
Quelle: Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik, Stuttgart
