Effiziente und umweltfreundliche Kälteversorgung mit Physik, Umwelt und Vernetzung
Autor/Redakteur: Thomas Wencker, Referent Effiziente Energiesysteme und erneuerbare Gase bei der Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch e. V. (ASUE)/gg
Besonders in Städten steigen die Temperaturen. Durch fehlende Verdunstung und eine große Strahlungsaufnahme wirkt sich der Klimawandel hier überdurchschnittlich aus. Für immer mehr Arbeits- und Wohnräume wird deswegen eine Klimatisierung erforderlich. Deswegen werden immer mehr Gebäude mit dezentralen Split-Anlagen aus- oder nachgerüstet. Diese kostengünstigen aber im Wirkungsgrad limitierten Anlagen belasten das zukünftige Stromnetz zusätzlich. Mit dem vorliegen Beitrag soll nun auf weitergehende, effizientere Lösungen eingegangen werden.
Verdampfer unter jedem Fenster notwendig?
Sind bauliche Veränderungen an der Gebäudehülle nicht möglich oder handelt es sich tatsächlich nur um einzelne, zu kühlende Räume, so sind die oben getroffenen Aussagen durchaus zutreffend. Geeignet sind solche Split- und Mono-Klimaanlagen, sowie Luftkühler auch, wenn zum Beispiel eine eigene Photovoltaikanlage kostengünstigen und umweltfreundlichen Betriebsstrom liefert. Allerdings haben vor allem die weltweit beliebten Split-Anlagen den Nachteil, dass ein Verdampfer an der Außenseite des Gebäudes, möglichst nah bei dem zu kühlenden Raum installiert wird. Dies führt insbesondere in Mehrfamilien- und größeren Bürohäusern zu teilweise abstrusen Außenansichten und Wärmebrücken. Die Kreisläufe dieser Anlagen werden außerdem mit extrem klimaschädlichen Kältemitteln, so genannten F-Gasen, betrieben. Entweichen sie bei einer Störung, so ist ihre klimaschädliche Wirkung bis zu 4.000 Mal stärker, als es bei CO2 der Fall ist. So liegt zum Beispiel der GWP-Wert (Global Warming Potencial), der Auskunft über die Schädlichkeit eines Kältemittels gibt, bei dem Kältemittel “R404A” bei 3.922. Zu guter Letzt ist der spezifische Energieverbrauch der aus Platzgründen miniaturisierten Kälteerzeuger unverhältnismäßig hoch.
Nein, grundsätzlich braucht es nicht unter jedem Fenster einen brummenden und Kondenswasser abtropfenden Lüfter. In nach modernen Richtlinien gebauten Häusern mit Flächenheizung im Fußboden kann ein mit elektrischer Wärmepumpe beheiztes Objekt auch über die heute oft mögliche Kühlschaltung der Wärmepumpe temperiert werden. Damit werden für ein Objekt nur ein einzelner, großer und damit leiserer Lüfter und der sowieso im Haus verlegte Heizungskreislauf zum Kühlen eingesetzt. Bei Sole/Wasser-Wärmepumpen entfällt sogar der Lüfter, dann hier kann das Erdreich bei gleichzeitiger Regenerierung einer Geothermiesonde zur Kühlung genutzt werden.
Vernetzung und Gleichzeitigkeit
Bis hierhin vorgestellte Optionen betreffen Einfamilienhäuser oder einzelne Räumer größerer Gebäude. In hochwertigeren Mehrfamilienhäusern, Bürogebäuden oder produzierenden Unternehmen gibt es andere, hochinteressante Potenziale. Zunächst ist aber festzuhalten, dass die Abforderungen von Kälteleistung bei mehreren angeschlossenen Verbrauchen niemals zur exakt gleichen Zeit erfolgen. Dadurch wird es möglich, eine Kälteanlage in Summe deutlich kleiner zu dimensionieren, als wenn jeder einzelne Verbraucher eine eigene besitzen würde. Die Kälte wird in einem Speicher vorgehalten und die Kälteanlage hat einen spürbar niedrigeren spezifischen Energieverbrauch.
Was passiert aber, wenn man die Grenzen eines einzelnen Objekts verlässt und mehrere Ein-, Mehrfamilienhäuser und Unternehmen gemeinsam, als sogenanntes Quartier betrachtet? Die Gleichzeitigkeitsfaktoren wirken sich dann immer stärker aus und mögliche Leitungsverluste wiegen bei weitem nicht die Vorteile eine zentralen Kälteversorgung auf. Zudem ermöglichen die in Summe gestiegenen Anschlussleistungen die Nutzung weiterer, effizienter Technologen.
Ohne es bis hierhin explizit zu erwähnen, sind wir bisher von mehrheitlich elektrisch angetriebenen Kälteanlagen ausgegangen. Allerdings verursacht aus dem öffentlichen Netz bezogene Strom relativ hohe Betriebskosten und auch der heutige Primärenergiefaktor von 1,8 trägt nicht zu einer umweltfreundlichen Kälteerzeugung bei. Auch selbst erzeugter PV-Strom ist nicht immer und im Quartiersmaßstab auch nicht ausreichender Menge lokal verfügbar.
