Kühlen mit Luftkollektoren
Mit Sonnenenerie zu kühlen scheint ein Widersspruch zu sein. Ist es aber nicht, wie die nachfolgenden Ausführungen zeigen.
Nachtkühlung mit einem Luftkollektor
Die nachfolgende Abbildung zeigt die Energieströme eines Luftkollektors.
Energieströme eines Luftkollektors
Deutlich ist der dicke, nach oben gerichtete, rote Pfeil zu erkennen. Das sind die Wärmeverluste über die Wärmestrahlung. Diese hängt von der Absorber- und der Himmelstemperatur ab. Die Himmelstemperatur in einer klaren Sommernacht beträgt weniger als -50 °C. Wegen der hohen Wärmestahlung wird der Absorber unter Umgebungstemperatur abgesenkt. Wird nun der Luftkollektor mit warmer Umgebungsluft (Frischluftbetrieb) oder warmer Raumluft (Umluftbetrieb) durchströmt, kühlt sich diese ab. Es wird im Raum kühler.
Die Firmen SolarVenti und GRAMMER Solar haben Nachrüstsets entwickelt, mit deren Hilfe Luftkollektoren auch nachträglich auf Nachtkühlung nachgerüstet werden können.
Nachrüstset der Firma SolarVenti für den erweiterten Einsatz von Luftkollektoren zur Nachtkühlung
Weitere Informationen können Sie der Broschüre Netzteil-Kit entnehmen.
Solare, sorptionsgestützte Kühlung
Auch eine wirkliche Klimatisierung mit Hilfe von Luftkollektoren lässt sich realisieren. Sie basiert auf dem Prinzip der Verdunstungskühlung. Wenn Sie schon einmal nasse Kleidung ausgezogen haben, weil Ihnen zu kühl wurde, haben Sie den Effekte der Verdunstungskühlung bereits am eigenen Leibe erfahren.
Das Verfahren der sorptionsgestützte Klimatisierung ist schon seit langem bekannt und wird in vielen Anlagen eingesetzt. Als Wärmequelle kommen nicht nur die Wärme aus BHKWs und Fernwärme, sondern seit einiger Zeit auch solar erzeugte Wärme in Frage. Bei so genannten offenen SGK-Anlagen wird Außenluft durch Sorption getrocknet, mit einem Wärmerückgewinnungsrad vorgekühlt und zuletzt durch Verdunstungsbefeuchtung auf Zimmertemperatur gekühlt wird. Das Prinzip wird in der nachfolgenden Abbildung skizziert.
Grundstruktur des Prozesses der sorptionsgestützten Klimatisierung
Die wichtigsten Prozessschritte des Verfahrens sind:
- Sorptive Entfeuchtung der Aussenluft mit gleichzeitiger Temperaturerhöhung durch die freiwerdende Adsorptionswärme
- Abkühlung der Luft im Wärmerückgewinnungsrotor (WRG) im Gegenstrom zur Abluft
- weitere Abkühlung der Luft durch Verdunstungsbefeuchtung; die Zuluft zum Gebäude hat eine niedrigere Temperatur und einen geringeren Gehalt an Wasserdampf als die Aussenluft
- Erwärmung der Luft und ggf. Anreicherung mit Wasserdampf durch Raumlasten
- Absenkung der Temperatur der Abluft des Gebäudes durch Verdunstungskühlung im Befeuchter
- Erwärmung der Abluft im Gegenstrom zur Zuluft im WRG-Rotor
- weitere Erwärmung der Abluft durch externe Wärmequelle (z.B. Solaranlage)
- Regenerierung des Sorptionsrotors durch Desorption des gebundenen Wassers
Das Sorptionsrad enthält kleine Luftkanäle, die eine sehr große Kontaktoberfläche schaffen, die mit einem Stoff behandelt wurde, der leicht Feuchtigkeit aufnimmt, beispielsweise Silikagel. Die Zuluft wird in einem der beiden Sektoren des Rotors entfeuchtet und durch den Adsorptionsvorgang erwärmt (die Abluft dient zur Trocknung des Rotors). Anschließend wird die Zuluft in einem Wärmerückgewinnungsrotor abgekühlt. Die Wärmeübertragung erfolgt hier durch den Kontakt der Luft mit dem Rotormaterial. Der letzte Schritt zu Abkühlung der Zuluft ist eine konventionelle Verdunstungsbefeuchtung.
Die nachfolgende Abbildung zeigt die Prozessschritte im h-x-Diagramm
Darstellung der solaren, sorptionsgestützten Klimatisierung im h-x-Diagramm; Quelle: robatherm GmbH
Es muss an dieser Stelle erwähnt werden, dass sich solche Anlagen erst ab einem Volumenstrom von einigen 1.000 m³/h wirtschaftlich betreiben lassen.
Solarunterstützes Heizen und Kühlen
Verbindet man die eben vorgestellte sorptionsgestützte Klimatisierung mit der solar unterstützten Warmluftheizung so entsteht eine solare Klimatisierung. Das Anlagenschema zeigt die nachfolgende Abbildung.
Schemazeichning einer solaren Klimatisierung (Heizen und Kühle mit der Sonne)