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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.

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.