Solare Külung & Klimatisierung

• Was ist solare Kühlung? Die solare Kühlung nutzt eine Solarthermieanlage, um aus Sonnenwärme Kälte für die Klimatisierung von Gebäuden zu gewinnen. Da der Bedarf an Kühlung meist dann am höchsten ist, wenn auch die intensivste Solarenergie zur Verfügung steht, arbeitet dieses System besonders bedarfsgerecht und entlastet das Stromnetz in den Sommermonaten massiv.
• Wie funktioniert das Verfahren? Anstatt Strom für einen Kompressor zu nutzen, treibt die Solarenergie thermische Kältemaschinen (Adsorptions- oder Absorptionskältemaschinen) an. Diese nutzen physikalische Prozesse mit Kältemitteln und Sorptionsmitteln, um die Wärme der Solarthermieanlage in nutzbare Kälte umzuwandeln, die dann über Kühldecken oder Lüftungssysteme im Gebäude verteilt wird.
• Welche Vorteile bietet die Technik? Der größte Vorteil ist die massive Einsparung von elektrischer Energie im Vergleich zu herkömmlichen Klimaanlagen. Zudem verhindert die solare Kühlung die sommerliche Überhitzung der Solarthermieanlage (Stagnation), da die überschüssige Solarenergie sinnvoll zur Gebäudekühlung abgeführt wird, was die Lebensdauer der Anlagenkomponenten erhöht.
• Wo wird solare Kühlung eingesetzt? Bisher findet man solare Klimatisierung vor allem in gewerblichen Gebäuden, Hotels oder Krankenhäusern, da dort ein hoher und gleichzeitiger Bedarf an Kühlung und Solarenergie besteht. Mit der Weiterentwicklung kompakterer Anlagen wird die Technik jedoch auch für private Eigenheime zunehmend interessant, um ein angenehmes Raumklima ökologisch zu sichern.
• Ist das System wirtschaftlich? Die Investitionskosten für eine Solarthermieanlage mit Kühlfunktion sind derzeit noch höher als bei Standard-Klimageräten. Durch die minimale Stromaufnahme und die Nutzung kostenloser Solarenergie amortisiert sich das System jedoch über die Betriebsdauer, insbesondere bei steigenden Strompreisen und in Regionen mit hoher Sonneneinstrahlung.

Zur solaren Kühlung wird das Prinzip der Verdunstungskälte ausgenutzt. Das Verdunsten einer Flüssigkeit erfordert Energie, die der Flüssigkeit in Form von Wärme entzogen wird. Um diesen Prozess zu beschleunigen, befindet sich der Behälter mit dem zu verdunstenden Wasser in einem Unterdruckgefäß. Je geringer der Luftdruck ist, desto leichter verdunstet Wasser. Diese Kälte wird genutzt, um einem Heizkreislauf über einen Wärmetauscher Energie zu entziehen.

Im Prinzip ist das derselbe Vorgang, der auch in einer Heizung abläuft. Allerdings wird das Heizungswasser über den Wärmetauscher hier mit einer kälteren Substanz in Berührung gebracht. Im nächsten Schritt wird der bei der Verdunstung entstandene Wasserdampf wieder gebunden. Dazu werden sogenannte hygroskopische Substanzen genutzt, an denen sich die Feuchtigkeit ablagert. Bis hierhin spielt die Solarthermie noch keine Rolle. Sie wird benötigt, um das verdunstete Wasser zurückzugewinnen und so den Kreislauf zu schließen.

Die Solarwärme wird also dazu benötigt, die hygroskopische Substanz nach dem Aufnehmen der Flüssigkeit wieder zu trocknen. Das Wasser entweicht dabei in Form von heißem Wasserdampf. Dieser Wasserdampf kühlt allmählich wieder auf die Temperatur der Umgebung ab, wobei er zu Wasser kondensiert. Das Wasser wird wieder dem Verdunstungsgefäß zugeführt, wodurch der Kreislauf geschlossen wird.

Die Kosten für eine Anlage zur solare Kühlung sind hoch, mehr als 5.000 Euro pro Kilowatt kostet die Anschaffung einer solchen Solarthermieanlage. Für eine solar betriebene Klimaanlage muss mit Gesamtkosten von mehr als 30.000 Euro gerechnet werden. Diese Rechnung fällt nur geringfügig erfreulicher aus, wenn berücksichtigt wird, dass große Teile der Anlage in kälteren Jahreszeiten auch zum Heizen genutzt werden können.

Der Weg des heißen Wassers in den Pufferspeicher ist in beiden Fällen derselbe. Erst hier wird entschieden, wozu die Wärmeenergie des Speichers genutzt werden soll – zum Heizen oder zum Kühlen. Die Umsatzzahlen sind entsprechend marginal, zumal eine Kühlung im Gegensatz zur Heizung als Luxus empfunden wird. Besser sehen die Rechnungen für industrielle Anlagen aus. Der Skaleneffekt, also die Senkung der Kosten pro Kilowatt bei Großanlagen, ist deutlich stärker ausgeprägt als bei Heizungen.

Aus ökologischer Sicht ist eine solare Kühlung der herkömmlichen Klimaanlage weit überlegen. Der Gesamtwirkungsgrad einer Klimaanlage ist geradezu katastrophal, bezogen auf den Primärenergieverbrauch. Insofern ist der ökologische Vorteil einer solaren Klimaanlage gegenüber einer herkömmlichen nochmals deutlich größer, als der ökologische Vorteil einer Solarheizung – sofern diese nicht ausgerechnet eine Stromheizung ersetzt.

Das BAFA unterscheidet bei Kollektoranlagen nicht zwischen Heiz- und Kühlsystemen, es wird also die gleiche Förderung gewährt. Ergänzt die solare Kühlung eine bestehende Klimaanlage oder industrielle Kältemaschine, ist diese Förderung auch wirtschaftlich sinnvoll. Der Stromverbrauch wird primär in den Mittagsstunden gesenkt, wenn Spitzenlasten anfallen.

Solare Kühlungen arbeiten heute zuverlässig und kommen für industrielle Kühlprozesse zum Einsatz. Bei sehr großen Anlagen rechnet sich das heute bereits, teilweise nehmen Unternehmen für ihr Ökoimage auch geringe Mehrkosten in Kauf.