Kühlen mit der Sonne hat Potenzial
Die Raumkühlung und Klimatisierung nimmt in der Energieversorgung von Gebäuden weltweit eine immer größere Bedeutung ein. Auch für Österreich wird ein dramatischer Anstieg des Energiebedarfs zur Gebäudekühlung prognostiziert. Weiters verursacht dieser erhöhte Strombedarf zur Gebäudekühlung Sommerspitzen, die zu hohen Strompreisen und zu netzbedingten Problemen bis hin zu sogenannten Blackouts führen können, wie man sie zum Beispiel aus den USA kennt. Um dieser Entwicklung entgegenzuwirken, gilt es nun, einerseits den Kühlbedarf für Gebäude so niedrig wie möglich zu halten und andererseits einen möglichst hohen Anteil des verbleibenden Kühlbedarfs durch alternative, umweltfreundliche Kühltechnologien abzudecken. Solarthermische Kühlung ist eine Möglichkeit, um den Energiebedarf zur Gebäudekühlung abzudecken, wobei vor allem die saisonale Gleichzeitigkeit von solarer Einstrahlung und anfallender Kühllast den Einsatz dieser Technologie nahelegt. Daneben können solarthermische Anlagen in unserem Klima nicht nur zur Kühlung, sondern auch zur Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung ganzjährig genutzt werden.
Die Technologie der solaren Kühlung zeichnet sich durch ein Zusammenspiel unterschiedlicher Anlagenteile aus: Solaranlage, Kältemaschine mit Rückkühleinheit, Lüftungsanlage, Speicher, hydraulische Verschaltung und Regelungskomponenten. Diese Einzelteile sind aktuell in unterschiedlicher Qualität, Leistungsgröße und Standardisierungsgrad erhältlich. Die große Herausforderung besteht derzeit darin, die beste Kombination aus bestehenden Anlagenkomponenten für die jeweilige Anwendung zu konzipieren und umzusetzen.
Gute Projektvorbereitung ist zentral
Die erfolgreiche Umsetzung eines Projekts wird maßgeblich von der Qualität und Sorgfalt in der Planung beeinflusst. Die Planung beginnt bereits bei der Erhebung der tatsächlichen Bedürfnisse und der spezifischen Parameter des Gesamtprojekts, in das die Technologie integriert werden soll. Eine gute Projektvorbereitung beinhaltet zuerst die Kommunikation mit den zukünftigen Nutzern und den Architekten mit kritischer Hinterfragung der Rahmenbedingungen. Erst dann können die grundsätzlichen Technologien für die bestmögliche Lösung ausgewählt und darauf aufbauend alle Komponenten im Detail geplant werden. Ein sehr wichtiger, aber oft vernachlässigter Teil der Planung ist die ausreichende Anleitung für die richtige Inbetriebnahme bzw. die benötigte laufende Überwachung, besonders in den ersten Betriebsmonaten, für einen erfolgreichen und effizienten Betrieb der Anlage.
Wirtschaftlich kann die solarthermische Kühlung mit der konventionellen Kältetechnik noch selten mithalten. Der Hauptgrund dafür liegt in der vorwiegenden Kleinserienfertigung der thermisch angetriebenen Kältemaschinen. Aufgrund der Kostendegression sind zudem große Anlagen günstiger als Kleinanlagen umzusetzen. Wirtschaftlich konkurrenzfähige Anwendungen ergeben sich aber im Zusammenhang mit einem ganzjährig hohen Warmwasserbedarf. Solche nicht auf Spitzenlast ausgelegten Anlagen können hohe Primärenergie- und CO2-Einsparungen erreichen.
Best Practice
Erfolgreich betriebene Anlagen befinden sich zum Beispiel an folgenden Standorten in Österreich: Rohrbach, Oberösterreich (Bezirkshauptmannschaft), Lustenau, Vorarlberg (Kral AG), Wien (Passivbürohaus Energybase) und Gleisdorf, Steiermark (Feistritzwerke). Viele dieser Anlagen dienen auch wissenschaftlichen Projekten, in denen laufend Optimierungsmaßnahmen erarbeitet und umgesetzt werden. Detailergebnisse zeigen ein großes Optimierungspotenzial bei den Regelungskonzepten auf.
Thermisch betriebene Kältemaschinen enthalten weniger bewegliche Teile als Kompressionskältemaschinen und sind daher in der Regel langlebiger – der Technologiereifegrad der Kompressionstechnik ist allerdings deutlich höher. Die Herausforderungen liegen in einer möglichst einfach und damit kostengünstig zu fertigenden Konstruktion, die gleichzeitig robust und langlebig ist. Da viele thermische Kältemaschinen Wasser als Kältemittel verwenden, ist eine hohe Vakuumdichtheit erforderlich – dies wird meist durch Verschweißen der einzelnen Bauteile erreicht, wodurch sich die Reparatur- und Wartungsbedarf minimiert.
Effizienzsteigerung im Fokus
Um die Jahreslaufzeiten der Anlage zu erhöhen, wird immer häufiger die Nutzung der thermisch betriebenen Kältemaschine als Wärmepumpe ins Auge gefasst. Dabei kann das Kollektorfeld als Niedertemperatur-Wärmequelle verwendet werden, der Antrieb der thermischen Wärmepumpe erfolgt über das bestehende Wärmebereitstellungssystem. Mit diesem System kann natürlich keine 100-prozentige Deckung der Wärmelasten erfolgen, jedoch werden Primärenergieträger-Einsparungen durch Einkopplung von Niedertemperaturwärme aus dem Sonnenkollektorfeld erzielt, die nur über den Temperaturhub der Wärmepumpe nutzbar gemacht werden kann.
Eine Broschüre, die einen detaillierten Einblick in die Technologien, die Planung und den Betrieb solarer Kühlanlagen gibt, ist unter www.asic.at erhältlich.
Die Arbeiten wurden aus Mitteln des Klima- und Energiefonds gefördert und im Rahmen des Programms „Neue Energien 2020“ als Teil des Forschungsprojekts „Solar
CoolingOpt“ (FFG-Nr.: 825544) durchgeführt.
