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Verfahren der Kälteerzeugung.
© Fraunhofer Umsicht
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Mit Wärme kühlen

In konventionellen Kompressionskältemaschinen (KKM) wird mit Hilfe von elektrischem Strom ein flüssiges Kühlmittel in einem Kreisprozess (BINE basisEnergie Nr. 10 „Wärmepumpen“) verdampft, verdichtet, verflüssigt und anschließend wieder entspannt. Bei diesem Prozess nimmt das Kühlmittel auf der einen Seite die unerwünschte Wärme auf, um diese auf der anderen Seite wieder abzugeben.

Als Alternative mit vergleichsweise geringeren CO2-Emissionen stehen mit Wärme (thermisch) angetriebene Kältemaschinen (Abb. 2) für immer mehr Einsatzbereiche zur Verfügung. Die Antriebswärme kann dabei z. B. aus industrieller Abwärme, Heizkraftwerken, Blockheizkraftwerken oder der Sonneneinstrahlung stammen. Gemeinsam ist allen thermischen Kältemaschinen das Prinzip der Sorption, also der Bindung des Kältemittels in einer chemischen Lösung (Absorption) oder an der Oberfläche eines Festkörpers (Adsorption). Je nach Verfahren unterscheidet man Absorptionskältemaschinen (AbKM), bei denen das Kältemittel Wasser in wässrigem Lithiumbromid oder einem Gemisch aus Ammoniak und Wasser gelöst wird, und Adsorptionskältemaschinen (AdKM) mit Silikagel oder Lithiumchlorid als Sorbens. Durch Wärmezufuhr entweicht das Kältemittel aus der Verbindung und erhöht den Druck im Kühlkreislauf. Der Wasserdampf wird in einem Kondensator wieder verflüssigt und einem Verdampfer zugeführt.

In Absorptionskältemaschinen nimmt das Lösungsmittel anschließend den Wasserdampf wieder auf und das Gemisch wird erneut aufgeheizt. In Adsorptionskältemaschinen wird dagegen der Kältemitteldampf einem zweiten Speicher zugeführt, der sich dadurch mit Feuchtigkeit auflädt, während der erste seine Feuchtigkeit nach und nach in den Kühlkreislauf entlässt. Ist alle Feuchtigkeit verdampft, wird der Prozess „umgedreht“, d. h. der zweite Adsorber wird erwärmt und trocknet aus, während der erste nunmehr mit Feuchtigkeit beladen wird. Adsorptionskältemaschinen werden unter anderem auch in der „sorptionsgestützten Klimatisierung“ eingesetzt, die sich in den vergangenen Jahren als ökonomisch und energetisch interessante Alternative entwickelt hat. Im Unterschied zu herkömmlichen Klimaanlagen, bei denen Kälteerzeugung und Lüftung getrennt sind, steht bei dieser Klimatisierungstechnik das Kaltwasser in direktem Kontakt mit der Atmosphäre. Die von außen zugeführte Luft durchläuft den Kühlkreislauf und wird selbst zum Kühlmittel. Bei Kaltwassertemperaturen unter 9°C kondensiert ein Teil der Luftfeuchte, so dass die Raumluft im Gebäude gekühlt und entfeuchtet wird.

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