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Wenn der Ventilator an seine Grenzen stößt: Auch mit Wärme kann gekühlt werden. Viel Strom brauchen heutige Anlagen dazu nicht mehr. Bild: Monkey Business Images/iStockphoto
Heizung, Wärme/Kälte, Klima/Lüftung

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Mit Wärme energiesparend kühlen

Text: Prof. Uwe Bälz, Dr. Renate Kilpper, W. Bälz & Sohn
Für einen kühlen Kopf sorgten bisher in vielen Gebäuden nachträglich eingebaute Kompressions­kältemaschinen. Der Preis dafür war ein hoher Energieverbrauch. Eine Alternative bieten nun Absorptionskälteanlagen, die kleiner und leichter sind als die bisher am Markt vorhandenen.

Die Kühlung von Gebäuden und Räumen wird auch in Mitteleuropa immer wichtiger. Nicht nur der Klimawandel, der im Sommer wärmere Sommertage und immer häufiger Hitze­wellen bringt, lässt uns schwitzen, sondern auch die heutige lichtdurchlässige Bauweise mit sehr viel Glas. Ganz besonders der technische Fortschritt mit seinen modernen Rechenzentren, Telefonanlagen, Serverräumen, Produktionshallen und vielem mehr steigert die interne Wärmelast. Kühlung wird also einerseits aus Arbeitsschutzgründen immer bedeutsamer. Zum anderen aber auch durch die Erkenntnis, dass Klimatisierung zu erhöhter Produktivität führt.

Deutschland hat im Vergleich zu vielen anderen Ländern bei der Kühlung noch Nachholbedarf, weil in der Vergangenheit bei uns die natürliche Lüftung mit kühler Außenluft für die Gebäudekühlung ausreichend war. Die eingangs genannten Veränderungen führen jedoch dazu, dass das nicht mehr genügt. Eine Studie im Auftrag des Umweltbundesamtes schätzt eine Steigerung des Kühlungsbedarfs von 25 Prozent bei Wohngebäuden und 50 Prozent bei Nichtwohngebäuden in den nächsten 20 Jahren, wobei der Kühlbedarf bei Nichtwohngebäuden etwa 100-mal höher ist als für Wohngebäude. Es muss demnach in Zukunft mit einer Zunahme der CO2-Emissionen durch Gebäudekühlung gerechnet werden, wenn sich das bisherige Angebot der Kälteanlagen am Markt nicht verändert.

Energieeinsparung beim Kühlen

Um die angestrebte Reduzierung des CO2-Ausstoßes zu erreichen, ist deshalb auch hier mehr und mehr auf Energieeinsparung zu achten. Nun verbrauchen Kompressionskälte­maschinen, die den größten Anteil an Kühlungsapparaten haben, enorme Mengen Strom, und das meist zu Spitzenlastzeiten. Das ist weder umweltfreundlich noch kostengünstig.

Eine Alternative stellen Absorptionskältemaschinen dar: Sie verbrauchen eine vernachlässigbare Menge an Strom, können mit einem CO2-freien Kältemittel (Wasser) betrieben werden und produzieren Kälte durch Wärme. Geräte, die mit Überschuss-Wärme betrieben werden können, sind hier Favoriten. Das ist besonders im Sommer interessant, wenn überschüssige Wärme aus Müllverbrennungs- und Blockheizwerken sowie Fernwärme und Solarwärme vorhanden ist.

Kraft-Wärme-Kopplungs-Kapazitäten können besser ausgenutzt und die Kraftwerke rentabler betrieben werden, wenn die anfallende Wärme Abnehmer findet. Ganzjährig vorhandene Überschusswärme wie die Abwärme von Industrieanlagen, die sogenannte Prozesswärme, deren Nutzung für Industrieunternehmen besonders interessant ist, hat meistens keine allzu hohen Temperaturen. Kühlanlagen, die Wärme auf niedrigem Temperaturniveau nutzen können, sind deshalb gefragt.

Ein solches Gerät ist die Absorptionskälteanlage von ­Baelz, die das umweltfreundliche, ungiftige Stoffpaar Lithiumbromid und Wasser zur Kälteerzeugung nutzt. Die kompakte Anlage ist bei relativ niedrigem Gewicht (leer maximal 1,75 Tonnen) einfach zu transportieren. Die geringere Menge an Kälte- und Lösungsmittel im Vergleich zu anderen Geräten spart außer Gewicht auch Kosten. Angeboten wird die Anlage in zwei unterschiedlichen Größen, genannt Biene und Hummel. Die Namen beziehen sich zum einen auf die Farbgebung und zum anderen auf die unterschiedliche Größe.

Die teilmodulare Bauweise erlaubt dank der Neuentwicklung der Absorptionskältemaschinen mit 50 beziehungsweise 160 kW einen Leistungsbereich von etwa 50 bis 320 kW. Die beiden Absorptionskältemaschinen können in vorhandene Nutzungsstrukturen, bei Sanierung oder im Neubau integriert werden – und das nicht nur als Kälteanlage, sondern auch als Wärmepumpe, wobei sie bis zu 60 °C Nutzwärme zur Verfügung stellen können.

Das Limit bei Rückkühlungstemperaturen von Absorptions­kältemaschinen lag bisher bei 35 bis 40 °C. Dieses konnte nun durch weniger Wärmebrücken und optimierte Wärmeübertrager auf etwa 50 °C erhöht werden. Das wiederum ermöglicht den Einsatz von trockenen Rückkühlwerken – ein Vorteil im Vergleich zu bisherigen Kältemaschinen. Im Vergleich zu Kompressionskältemaschinen benötigen Absorptionskälte­anlagen verschwindend geringe Mengen an Strom.

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