Technik Kühlung durch EE
Bei der Nutzung erneuerbarer Energien steht neben der Stromerzeugung die Wärmenutzung im Zentrum der Anwendungen. Erneuerbare Energien können aber auch zur Kältegewinnung eingesetzt werden. Hierbei sind verschiedene Wege möglich:
- Wärme aus erneuerbaren Energien (Solarwärme[1], tiefe Erdwärme) mit einem Temperaturniveau von 80 bis 120 Grad Celsius kann in thermisch verdichtenden Absorptionskälteanlagen direkt verwendet werden.
- Über dem Pfad Stromerzeugung kann EE-Strom zum Betrieb von elektrischen Kälteanlagen eingesetzt werden.
- Bei mit Erdwärme betriebenen Wärmepumpen kann im Sommer der Prozess umgekehrt werden, wobei die Wärme dem Gebäude entzogen und in das Erdreich geführt wird.
In der Vergangenheit gab es in Deutschland nur vereinzelt und zusätzlich geförderte Demonstrationsprojekte [2], 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.[3] Da in den Sortptionskälteanlagen prinzipiell auch jede andere Wärmequelle mit einem Temperaturniveau im Bereich von 80 bis 120 Grad Celsius genutzt werden kann, kommt auch tiefe Erdwärme oder Wärme aus Biomasse-BHKW als direkte Wärmequelle in Frage. Insbesondere mit erneuerbaren Energien betriebene Wärmenetze[4], bei denen im Sommer kaum Wärmenachfrage besteht, bieten sich dafür an. In daran angeschlossene Gebäude kann statt einer elektrisch angetriebenen Kältemaschine dann eine thermische Kältemaschine zum Einsatz kommen. Wesentlicher Nachteil dieser thermodynamisch vorteilhaften Anwendung sind die ggü. eine elektrischen Kompressionskältemaschine viel höheren Investitionskosten und schlechte Wirtschaftlichkeit.
Indirekt kann solare Kühlung auch über die Photovoltaik erfolgen: Durch den großen Preisverfall bei Photovoltaikanlagen sind die Kosten pro kWh selbst erzeugten Strom stark gefallen und liegen bei Neuanlagen im Bereich um die 10 Cent/kWh, deutlich unter den Kosten für den Strombezug aus dem öffentlichen Netz. Über den Zwischenschritt PV-Stromerzeugung ist die solare Kühlung mittlerweile kostengünstiger realierbar, als über Solarthermie, da die viel günstigeren elektrischen Kompressionskältemaschinen zum Einsatz kommen können. Zwar gilt dieser Weg als thermodynamisch weniger effizient, doch letztlich ist für den Anlagenbetreiber nur der Preis pro kWh Kälte relevant.
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[5]. 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.[6] 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.
Quellen und weiterführende Hinweise
- ↑ BINE Projektinfo 01/04 BINE Klimatisieren mit Sonne und Wärme; BINE Buch Kühlen und Klimatisieren mit Wärme
- ↑ Beispiele: ZAE Bayern; Festo AG
- ↑ Tomas Núnez: Thermische Kühlung - Grüne Kälte aus regenerativer Wärme Vortragspräsentation.
- ↑ Demonstrationsprojekt für Kälte aus Fernwärme
- ↑ BINE Projektinfo 07/10 Erdwärme für Bürogebäude nutzen
- ↑ Reichstagsgebäude Berlin, 3-Liter-Wohnhaus Mannheim
