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Solarenergie für Kühlsysteme

Der Energieverbrauch bildet nicht nur einen ansehnlichen Kostenfaktor für den Betrieb von Gebäuden, sondern führt beim Einsatz von nicht erneuerbaren Energieformen auch zu Umweltproblemen wie etwa dem Dahinschwinden der Energieressourcen in der Zukunft. Angesichts dieser Tatsachen entwickelte ein europäisches Konsortium eine durch Solarenergie unterstützte Kältemaschine. Ziel war es, ein System zu schaffen, das die Vorteile der Solarenergie optimal nutzt und zugleich alle Voraussetzungen für einen Markterfolg erfüllt.

Energie

Die Solarenergie ist eine vollkommen erneuerbare Energiequelle, die keinerlei Umweltverschmutzung verursacht. Angesichts dieser Vorteile bietet es sich an, diese Energieform möglichst kostengünstig und effizient zu nutzen. Daher konstruierte ein Konsortium aus deutschen, spanischen und portugiesischen Forschern eine gasbetriebene und durch Solarenergie unterstützte Absorptions-Kältemaschine, die sich zur Klimatisierung unterschiedlicher Gebäudearten eignet. Das Besondere an dieser neuen Technologie ist, dass sie nicht die Nachteile der bisher üblichen solar betriebenen Kältemaschinen aufweist. Diese bestehen nämlich aus einer Kombination einer einstufigen Absorptionskältemaschine (AKM) mit einem öl- oder gasbeheizten Brenner. Reicht die zugeführte Solarenergie zum Kühlen nicht aus, so wird in Systemen dieser Art Wärme aus dem Brenner für die Absorptions-Kältemaschine verwendet. Dieser Wechsel zwischen den Betriebsarten führt zu einer erheblichen Verringerung des Systemwirkungsgrades. Daher setzten sich die Forscher das Ziel, eine Absorptionskältemaschine zu entwickeln, die in der Lage ist, sowohl Solarenergie aus Sonnenkollektoren als auch Erdgas mit einem höheren Systemwirkungsgrad zu nutzen. In einer Simulationsphase wurde der tatsächliche Kühlleistungsbedarf gewöhnlicher Häuser und Hotels in zahlreichen Städten auf der Iberischen Halbinsel ermittelt. Die dabei gewonnenen Daten dienten als Eingangsgrößen für die Simulation von drei durch Solarenergie unterstützten Kühlsystemen sowie von drei Sonnenkollektoren mit anschließendem Vergleich ihrer unterschiedlichen energietechnischen und wirtschaftlichen Vor- und Nachteile. Als effektivstes System erwies sich eine ein- bzw. zweistufige Maschine (Mixed-Mode-Kältemaschine), die im Vergleich zu einstufigen Standardanlagen maximale Energieeinsparungen ermöglicht und zugleich den geringsten jährlichen Kostenanstieg verursacht. Anschließend wurde ein Prototyp entwickelt und gebaut, bei dem die thermohydraulischen Eigenschaften des Systems im Hinblick auf die Nutzung der Solarenergie optimiert wurden. Beim Systemdesign wurde ein Maximum an Wirtschaftlichkeit erreicht, indem rechteckige Hauptwärmetauscher verwendet wurden, die eine sehr kompakte Bauweise zulassen. Ein weiteres Ziel der Konstrukteure ist die Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Industriebetriebe, die auf dem Gebiet der Solarkühlung und der Absorptionskältemaschinen tätig sind. Durch die Entwicklung einer kleinen Absorptionskältemaschine mit Sonnenwärme als Hilfsenergie könnte diese Technologie auch im Wohnbereich zur Anwendung kommen. Weitere Anwendungsmöglichkeiten finden sich in Entwicklungsländern; so wäre beispielsweise die Entwicklung einer ausschließlich solar betriebenen Kühlanlage denkbar, die sich für den Einsatz an Orten eignet, wo die Klimatisierung von Krankenhäusern oder Lebensmittellagern nur schwierig zu bewerkstelligen ist.

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