Welches Funktionsprinzip liegt der solaren Kühlung zugrunde?
Konventionelle Kältemaschinen basieren auf dem Prinzip der Verdichtung eines Gases, wobei ein strombetriebener Kompressor (Verdichter) das Gas komprimiert. In einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert ein Kältemittel. Bei Wärmeaufnahme – diese erfolgt bei niedrigem Druck- und Temperaturniveau – verdampft das Kältemittel, wird von einem Kompressor verdichtet, um sich dann bei der Wärmeabgabe wieder zu verflüssigen. Bereits im 19. Jh. wurde der erste Prototyp einer Kältemaschine gebaut. Bierbrauereien waren die ersten Anwender.
Die solare Kühlung hingegen basiert auf einem Sorptionsprozess, das bedeutet, ein Zweiphasen-Gemisch aus einem Kältemittel und dem Sorptionsstoff, der das Kältemittel sorbiert, wird in einem geschlossenen System in Umlauf gebracht. Der Prozess kann in Form einer Absorption oder Adsorption ablaufen:
Absorption („Aufsaugen“) findet statt, wenn ein Stoff durch einen anderen aufgenommen wird.
Adsorption („Ansaugen“) hingegen bedeutet, dass ein fester Stoff durch Gase oder Flüssigkeiten nur an der Oberfläche angereichert wird.
Um das Gesamtsystem aufrechtzuerhalten, muss die Sorption immer wieder rückgängig gemacht werden, das heißt, das Kältemittel und das Sorptionsmittel müssen wieder getrennt werden. Dazu ist Wärme erforderlich, die entweder aus Solarthermie oder Abwärme stammen kann.
Eine weitere Möglichkeit neben der Absorption und der Adsorption ist das Desiccant Cooling System (DEC). Dabei handelt es sich um ein offenes System, basierend auf einer Kombination aus Verdunstungskühlung und Luftfeuchtigkeitsentzug.
Je nach Anlagentyp können folgende Arbeits-Stoffpaare eingesetzt werden:
Absorption (Wasser-Lithium-bromid) | Absorption (Ammoniak-Wasser)
| Adsorption | DEC-Anlagen | |
|---|---|---|---|---|
Verfahrensprinzip | Kaltwassererzeugung | Kaltwassererzeugung | Kaltwassererzeugung | Luftentfeuchtung u. Verdunstungskühlung |
Kältemittel | Wasser | Ammoniak | Wasser | - |
Sorptionsmittel | Lithiumbromid | Wasser | Silikagel | Silikagel |
Kälteträger | Wasser | Wasser-Glykol | Wasser | Luft |
Kältetemperatur-Bereich | 6 bis 20 °C | -60 bis +20 °C | 6 bis 20 °C | 15 bis 20 °C |
Antriebstemperatur | 75 bis 160 °C | 80 bis 120 °C | 60 bis 90 °C | 45 bis 95 °C |
Kälteleistung je Einheit | ab 15 kW | ab 80 kW | ab 50 kW | 6 bis 300 kW |
COP | 0,6–1,2 | 0,3–0,7 | 0,4–0,7 | 0,5–1 |
Solarantrieb | Vakuumröhren-Kollektoren, | Vakuumröhren-Kollektoren | Vakuumröhren-Kollektoren, | Flachkollektoren, Luftkollektoren |
Tabelle 1: Arbeits-Stoffpaare für Sorptions-Kälteanlagen (Quelle: Österreichisches Forschungs- und Prüfzentrum Arsenal Ges.m.b.H., 2007)
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- Einleitung
- Wie funktioniert eine thermische Solaranlage?
- Komponenten einer solarthermischen Anlage
- Welche Kollektoren stehen zur Verfügung?
- Welche Wärmespeicher sind für ein solarthermisches System geeignet?
- Wirkungsgrade
- Wie wird eine thermische Solaranlage geplant?
- Welche Anwendungsgebiete und Anlagentypen gibt es?
- Welches Funktionsprinzip liegt der solaren Kühlung zugrunde?
- Planung und Dimensionierung solarer Kühlanlagen
- Kälteabgabesysteme
- Literatur
- Quiz