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Solarthermisches Kühlen – Konzeptvergleich und Systemoptimierung für ein Testsystem mit Absorbtionskältemaschine

Zur Raumklimatisierung können an die Stelle von elektrisch betriebenen Klimageräten thermisch getriebene Sorptionskühlmaschinen eingesetzt werden. Dies führt nebst der Verhinderung von Überlastungen der Stromübertragungsnetze auch je nach "Strom-Mix" zur Reduktion des CO₂ Ausstosses. Solarthermisch getriebene Systeme haben der Vorteil der Gleichzeitigkeit von Angebot an Solarenergie und der Nachfrage nach Kühlenergie.

 

Im ersten Teil des Berichtes wird eine Beurteilung verschiedener untersuchter Systemkonzepte vorgestellt, und zwar nach den Kriterien Funktionalität, Investitionskosten, Betriebskosten, Mehraufwand Heizen, Gesamtkosten für 20 Jahre Laufzeit und CO₂ Ausstoss. Dies wird nach einen Punktesystem realisiert. So ist ohne Berücksichtigung der CO₂ Emission und mit dem vorausgesetzten Strom-Mix die Kompressionskältemaschine (KKM) zur Kühlung von Wohn- und Arbeitsräumen am kostengünstigen. Solarthermisch angetriebene Kühlung kann in Kombination mit Wärmerückgewinnung interessant sein. Kühlen mit elektrischer Energie aus einer PV-Anlage ist nur im Bereich von Kleinanlagen sinnvoll, weil die PV-Anlagenkosten die Kosten der solarthermisch getriebenen AKM bei ca. 60kW Leistung übersteigen. Im Falle von steigenden Strompreisen werden solarthermische Kühlsysteme begünstigt, wenn deren totaler COP_th.+el. gesteigert werden kann. Die Kosten für solar thermische Kühlung sind allerdings 3 — 5mal höher als für konventionelle Systeme. Solares Kühlen stellt aber dennoch eine vielversprechende Zusatznutzung der Sonnenenergie im „Nicht-Wohnungsbau" dar.

 

Das Teilsystem "Wärmeabfuhr" hat die Aufgabe, die gesamte Wärmeenergie, welche durch die Kühlmaschine fliesst, an eine Wärmesenke abzugeben. Bei den laufenden Untersuchungen an der Testanlage am SPF wurden zur Systemoptimierung sowohl ein offener Kühlturm wie auch ein Trockenkühler experimentell und theoretisch untersucht Der Trockenkühler wurde zudem zum gepulst besprühten Hybridkühler ausgerüstet. Durch Reduktion der Zeit zwischen den Sprühzyklen kann die Temperatur des Kühlwassers für die Absorber-Kondensator-Einheit der Absorptionskühlmaschine gesenkt und der Rücklauftemperatur aus dem offenen Kühlturm angeglichen werden. Durch dieses geschlossene System wird die Verschmutzung zwar verhindert, der Sprühwasserverbrauch wird dadurch jedoch erhöht.

 

Die Installation von thermisch betriebenen Kühlmaschinen ist aus ökologisch-ökonomischer Sicht vor allem dann vorteilhaft, wenn der elektrische COP_el. über jenem von konventionellen (Kompressor-) Kühlmaschinen liegt. Aus den Messungen an dem zu Testzwecken am SPF installierten System (Absorptionskältemaschine) konnte ein Wirkungsgrad von COP_el. = 5 ermittelt werden. Eine Verbesserung des Wirkungsgrades wird durch den Einsatz effizienterer Pumpen erreicht. Die Investitionskosten steigen dann jedoch erheblich an, weil effizientere Pumpen bei gleicher Leistung im Durchschnitt doppelt so teuer sind.

Autorenschaft:
P. Gantenbein, E. Frank, 2010
Herausgeber:
SPF Institut für Solartechnik, Rapperswil
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