Technik Kühlung durch EE

Weltweit gibt einen starken Trend zur Kühlung und Klimatisierung von Gebäuden. Üblicherweise werden dabei Kompressionskältemaschine eingesetzt. Der dadurch wachsende Energiebedarf wird von Experten als eines der am schnellsten wachsenden Felder für neuen Energiebedarf bewertet. Dies bringt hohe elektrische Lastspitzen in den Sommermonaten mit sich, was vor allem in südlichen Ländern bereits zum Zusammenbruch der Stromnetze in Ballungsräumen führte. Da liegt es nahe, die Sonnenenergie, welche einerseits die Gebäude erwärmt, andererseits auch für deren Kühlung zu nutzen, was zunächst paradox erscheint. Dies kann zur Entlastung der Stromnetze beitragen, vermindert aber auch die Nutzung fossiler Brennstoffe in der Stromerzeugung und in der Folge CO₂-Emissionen. Dabei sind verschiedene Wege möglich:

1. Solare Wärme (oder auch geothermische Tiefenwärme bzw. Abwärme) mit einem Temperaturniveau von 80 bis 120 Grad Celsius kann in thermisch verdichtenden Absorptionskälteanlagen direkt verwendet werden.
2. Über die Stromerzeugung mit Photovoltaik kann EE-Strom zum Betrieb von elektrischen Kompressionskälteanlagen eingesetzt werden.
3. Bei mit öberflächennaher Erdwärme betriebenen Wärmepumpen kann im Sommer der Prozess umgekehrt werden, wobei die Wärme dem Gebäude entzogen und in das Erdreich geführt wird.

In Deutschland gibt es nur vereinzelte und in der Regel geförderte Demonstrationsprojekte , bei denen solarthermisch gewonnene Wärme als Energiequelle für den thermischen Verdichter einer Adsorptionskältemaschine genutzt wurde. In der Regel werden wegen der erreichbaren höheren Arbeitstemperaturen bei der solarthermischen Anlage Vakuumröhrenkollektoren eingesetzt. Weltweit sind nur einige Hundert Anlagen mit solarer Kühlung in Betrieb gegangen, die meisten in Spanien und Deutschland. Da bei den verwendeten Adsorptionskälteanlagen prinzipiell auch jede andere Wärmequelle mit einem Temperaturniveau im Bereich von 80 bis 120 Grad Celsius genutzt werden kann, kommen auch tiefe Erdwärme oder Wärme aus Biomasse-BHKW als Wärmequelle in Frage. Insbesondere mit erneuerbaren Energien betriebene Wärmenetze, bei denen im Sommer kaum Wärmeabnahme besteht, bieten sich dafür an. An das Wärmenetz angeschlossene Gebäude können statt einer elektrisch angetriebenen Kältemaschine eine thermische Kältemaschine verwenden. Ein wesentlicher Nachteil dieser thermodynamisch vorteilhaften Anwendung sind die ggü. eine elektrischen Kompressionskältemaschine deutlich höheren Investitionskosten und die insgesamt im Vergleich geringe Wirtschaftlichkeit.

Heizen und Kühlen mit einer Wärmepumpe

Indirekt kann solare Kühlung auch über die solare Stromerzeugung erfolgen: Durch den großen Preisverfall bei Photovoltaikanlagen sind die Kosten pro kWh selbst erzeugten Strom stark gefallen und liegen bei Neuanlagen (in Deutschland) im Bereich um die 10 Cent/kWh, deutlich unter den Kosten für den Strombezug aus dem öffentlichen Netz, da auf den Eigenverbrauch bisher keine Steuern und Abgaben entfallen. Über den Zwischenschritt PV-Stromerzeugung ist die solare Kühlung kostengünstiger als über die den Weg der Solarthermie realierbar, da deutlich preiswertere elektrische Kompressionskältemaschinen zum Einsatz kommen können. Zwar gilt dieser Weg als thermodynamisch weniger effizient, doch letztlich zählt beim Kälteabnehmer nur der spezifische Preis pro kWh Kälte.

Wird das Gebäude mit einer Erd- oder Grundwasser-Wärmepumpe beheizt, bietet sich eine besonders elegante und einfache Möglichkeit der Kühlung an. Mit der sogenannten freien Kühlung kann bei vorhandener Erdwärmepumpe ganz ohne Einsatz einer Kältemaschine gekühlt werden. Im Sommer zirkuliert dabei das Wärmeübertragungsmedium im einfachen Umwälzbetrieb und führt die Wärme aus dem Gebäude in das Erdreich. Im Winter wird die Wärme aus dem Erdreich wieder durch die Wärmepumpe entnommen. Alternativ kann die Wärmepumpe in Betrieb bleiben, wobei das Wärmeübertragungsmedium zuerst durch die Wärmetauscher im Gebäude gepumpt wird und Wärme aufnimmt, bevor es in der Wärmepumpe ankommt. Das verbessert zudem die Arbeitszahl der Wärmepumpe bei der Erwärmung des im Sommerhalbjahr benötigten Brauchwassers.

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