{"id":17542,"date":"2023-01-30T11:32:00","date_gmt":"2023-01-30T10:32:00","guid":{"rendered":"https:\/\/deinenergieportal.de\/?p=17542"},"modified":"2023-01-23T14:51:19","modified_gmt":"2023-01-23T13:51:19","slug":"effiziente-und-umweltfreundliche-kaelteversorgung-mit-physik-umwelt-und-vernetzung","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/deinenergieportal.de\/?p=17542","title":{"rendered":"Effiziente und umweltfreundliche K\u00e4lteversorgung mit Physik, Umwelt und Vernetzung"},"content":{"rendered":"\n

Autor\/Redakteur: Thomas Wencker, Referent Effiziente Energiesysteme und erneuerbare Gase bei der Arbeitsgemeinschaft f\u00fcr sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch e. V. (ASUE)<\/a>\/gg<\/p>\n\n\n\n

Besonders in St\u00e4dten steigen die Temperaturen. Durch fehlende Verdunstung und eine gro\u00dfe Strahlungsaufnahme wirkt sich der Klimawandel hier \u00fcberdurchschnittlich aus. F\u00fcr immer mehr Arbeits- und Wohnr\u00e4ume wird deswegen eine Klimatisierung erforderlich. Deswegen werden immer mehr Geb\u00e4ude mit dezentralen Split-Anlagen aus- oder nachger\u00fcstet. Diese kosteng\u00fcnstigen aber im Wirkungsgrad limitierten Anlagen belasten das zuk\u00fcnftige Stromnetz zus\u00e4tzlich. Mit dem vorliegen Beitrag soll nun auf weitergehende, effizientere L\u00f6sungen eingegangen werden.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/a>
Kleinteilige, ineffiziente Klimatechnik an einem B\u00fcrogeb\u00e4ude (Bild: ASUE\/Thomas Wencker)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n\n\n\n\n

Verdampfer unter jedem Fenster notwendig?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Sind bauliche Ver\u00e4nderungen an der Geb\u00e4udeh\u00fclle nicht m\u00f6glich oder handelt es sich tats\u00e4chlich nur um einzelne, zu k\u00fchlende R\u00e4ume, so sind die oben getroffenen Aussagen durchaus zutreffend. Geeignet sind solche Split- und Mono-Klimaanlagen, sowie Luftk\u00fchler auch, wenn zum Beispiel eine eigene Photovoltaikanlage kosteng\u00fcnstigen und umweltfreundlichen Betriebsstrom liefert. Allerdings haben vor allem die weltweit beliebten Split-Anlagen den Nachteil, dass ein Verdampfer an der Au\u00dfenseite des Geb\u00e4udes, m\u00f6glichst nah bei dem zu k\u00fchlenden Raum installiert wird. Dies f\u00fchrt insbesondere in Mehrfamilien- und gr\u00f6\u00dferen B\u00fcroh\u00e4usern zu teilweise abstrusen Au\u00dfenansichten und W\u00e4rmebr\u00fccken. Die Kreisl\u00e4ufe dieser Anlagen werden au\u00dferdem mit extrem klimasch\u00e4dlichen K\u00e4ltemitteln, so genannten F-Gasen, betrieben. Entweichen sie bei einer St\u00f6rung, so ist ihre klimasch\u00e4dliche Wirkung bis zu 4.000 Mal st\u00e4rker, als es bei CO2<\/sub> der Fall ist. So liegt zum Beispiel der GWP-Wert (Global Warming Potencial), der Auskunft \u00fcber die Sch\u00e4dlichkeit eines K\u00e4ltemittels gibt, bei dem K\u00e4ltemittel „R404A“ bei 3.922. Zu guter Letzt ist der spezifische Energieverbrauch der aus Platzgr\u00fcnden miniaturisierten K\u00e4lteerzeuger unverh\u00e4ltnism\u00e4\u00dfig hoch.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/a>
In der Tiefgarage eines B\u00fcrogeb\u00e4udes installierte Klimatechnik. Diese Verdampfer m\u00fcssen zus\u00e4tzlich gegen die Abw\u00e4rme von Automotoren ank\u00e4mpfen, was ineffizient und unwirtschaftlich ist. (Bild: ASUE)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Nein, grunds\u00e4tzlich braucht es nicht unter jedem Fenster einen brummenden und Kondenswasser abtropfenden L\u00fcfter. In nach modernen Richtlinien gebauten H\u00e4usern mit Fl\u00e4chenheizung im Fu\u00dfboden kann ein mit elektrischer W\u00e4rmepumpe beheiztes Objekt auch \u00fcber die heute oft m\u00f6gliche K\u00fchlschaltung der W\u00e4rmepumpe temperiert werden. Damit werden f\u00fcr ein Objekt nur ein einzelner, gro\u00dfer und damit leiserer L\u00fcfter und der sowieso im Haus verlegte Heizungskreislauf zum K\u00fchlen eingesetzt. Bei Sole\/Wasser-W\u00e4rmepumpen entf\u00e4llt sogar der L\u00fcfter, dann hier kann das Erdreich bei gleichzeitiger Regenerierung einer Geothermiesonde zur K\u00fchlung genutzt werden.<\/p>\n\n\n\n

Vernetzung und Gleichzeitigkeit<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Bis hierhin vorgestellte Optionen betreffen Einfamilienh\u00e4user oder einzelne R\u00e4umer gr\u00f6\u00dferer Geb\u00e4ude. In hochwertigeren Mehrfamilienh\u00e4usern, B\u00fcrogeb\u00e4uden oder produzierenden Unternehmen gibt es andere, hochinteressante Potenziale. Zun\u00e4chst ist aber festzuhalten, dass die Abforderungen von K\u00e4lteleistung bei mehreren angeschlossenen Verbrauchen niemals zur exakt gleichen Zeit erfolgen. Dadurch wird es m\u00f6glich, eine K\u00e4lteanlage in Summe deutlich kleiner zu dimensionieren, als wenn jeder einzelne Verbraucher eine eigene besitzen w\u00fcrde. Die K\u00e4lte wird in einem Speicher vorgehalten und die K\u00e4lteanlage hat einen sp\u00fcrbar niedrigeren spezifischen Energieverbrauch.<\/p>\n\n\n\n

Was passiert aber, wenn man die Grenzen eines einzelnen Objekts verl\u00e4sst und mehrere Ein-, Mehrfamilienh\u00e4user und Unternehmen gemeinsam, als sogenanntes Quartier betrachtet? Die Gleichzeitigkeitsfaktoren wirken sich dann immer st\u00e4rker aus und m\u00f6gliche Leitungsverluste wiegen bei weitem nicht die Vorteile eine zentralen K\u00e4lteversorgung auf. Zudem erm\u00f6glichen die in Summe gestiegenen Anschlussleistungen die Nutzung weiterer, effizienter Technologen.<\/p>\n\n\n\n

Ohne es bis hierhin explizit zu erw\u00e4hnen, sind wir bisher von mehrheitlich elektrisch angetriebenen K\u00e4lteanlagen ausgegangen. Allerdings verursacht aus dem \u00f6ffentlichen Netz bezogene Strom relativ hohe Betriebskosten und auch der heutige Prim\u00e4renergiefaktor von 1,8 tr\u00e4gt nicht zu einer umweltfreundlichen K\u00e4lteerzeugung bei. Auch selbst erzeugter PV-Strom ist nicht immer und im Quartiersma\u00dfstab auch nicht ausreichender Menge lokal verf\u00fcgbar.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n

Potenziale von K\u00e4lte aus Abw\u00e4rme und Sorptionstechnik<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Zur Vermeidung hoher Betriebskosten und schlechter Werte im Prim\u00e4renergiebedarf kann auf gasbasierte Technologie zur\u00fcckgegriffen werden. So verdichten Gasabsorptionsw\u00e4rmepumpen ein klimafreundliches K\u00e4ltemittel mit einem sogenannten thermischen Verdichter. Zus\u00e4tzlich nutzen sie chemische-physikalische Effekte beim Mischen und Trennen von Gasen und Fl\u00fcssigkeiten, zum Beispiel Ammoniak und Wasser (Ammoniak hat einen GWP-Wert von Null, was keinerlei Klimasch\u00e4digung bedeutet). Dabei wird zus\u00e4tzlich die bei der Absorption von Ammoniak in Wasser freiwerdende W\u00e4rme (Mischungsenthalpie) ausgenutzt, so dass Heizleistungszahlen bis 1,74 erreicht werden. Nach dem Austreiben des Ammoniaks kann die sogenannte Verdunstungsk\u00e4lte genutzt werden.<\/p>\n\n\n\n

Gasmotorw\u00e4rmepumpen erreichen die Verdichtung durch einen Gasmotor, welcher einen Verdichter antreibt. Auch hier kann durch Ausnutzung der Verdunstungsk\u00e4lte beim Entspannen des K\u00e4ltemittels K\u00e4lte gewonnen werden. Auch ohne das Nutzen von Sorptionstechnologie erreichen diese Anlagen Jahresarbeitszahlen bis zu 1,4. Einen Wert von 1,75 schafft hierf\u00fcr ein ebenfalls ohne Sorptionstechnik auskommender Typ, die thermodynamische W\u00e4rmepumpe aus franz\u00f6sischer Herstellung. Diese Neuentwicklung nutzt CO2<\/sub> (GWP-Wert = 1) als umweltfreundliches K\u00e4ltemittel und wurde 2018 mit dem Innovationspreis der deutschen Gaswirtschaft in der Kategorie \u201eInnovative Produkte\u201c pr\u00e4miert.<\/p>\n\n\n\n

Macht es daher Sinn, anstelle von Strom das in die Diskussion geratene Gas als Antrieb zu w\u00e4hlen? Immerhin betr\u00e4gt der Anteil erneuerbaren Stroms im deutschen Netz \u00fcber das Jahr gesehen beinahe 50 Prozent, auch wenn es in den Wintermonaten mit gro\u00dfen Heizlasten es leider anders aussieht. Wie auch immer: Mit dem Gasnetz steht ein Versorgungssystem zur Verf\u00fcgung, das mit steigenden Anteilen von Biomethan und Wasserstoff mittel- bis langfristig gr\u00fcn werden wird. Heute installierte Technologie wird deswegen ohne gr\u00f6\u00dfere, erforderliche Umbauten zuk\u00fcnftig automatisch klimaneutral.<\/p>\n\n\n\n

Sollten in einem Geb\u00e4ude sowohl die winterliche Beheizung als auch die sommerliche K\u00fchlung aus einer Erzeugungsanlage erfolgen k\u00f6nnen, hat die Anwendung von gasbasierten K\u00fchlsystemen einen klaren wirtschaftlichen Vorteil. Neben einer F\u00f6rderung in der Bundesf\u00f6rderung f\u00fcr effiziente Geb\u00e4ude (BEG) winkt hier der Vorteil der Energiesteuerbefreiung.<\/p>\n\n\n\n

Abw\u00e4rme sinnvoll nutzen!<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Aber auch mit den Zukunftsaussichten erneuerbarer Einsatzenergien sollte man heute schon den Blick auf Technologien richten, die g\u00e4nzlich ohne Strom oder Gas als Antriebsenergie auskommen. Naturgem\u00e4\u00df emittieren viele Energie- und Prozessanlagen W\u00e4rme. Diese tritt zum Beispiel in Form von warmer Abluft aus Trocknungsprozessen, Dampf aus Temperieranlagen oder als Abgas von KWK-Anlagen auf.<\/p>\n\n\n\n

Ab einer Temperatur von zirka 60 Grad k\u00f6nnen diese ansonsten ungenutzt an die Umgebung abgegebenen Energiestr\u00f6me genutzt werden. Sowohl Absorptionsanlagen als auch Adsorptionsanlagen sind ohne Weiteres in der Lage, diese Niedertemperaturw\u00e4rme auf K\u00fchltemperatur zu bringen. W\u00e4hrend Absorber sich wie oben beschrieben der Mischungsenergie von Gasen und Fl\u00fcssigkeiten bedienen, nutzen Adsorber die W\u00e4rme, die beim Immobilisieren, quasi dem Einfangen von Molek\u00fclen oder Atomen, zum Beispiel in einem kleinporigen Festk\u00f6rper frei wird. Als Material kommen hierbei meist Zeolith oder Silikalgel zum Einsatz, das verwendete K\u00e4ltemittel ist klimaunsch\u00e4dliches, reines Wasser (R718, GWP = 0). Nach einer Beladung k\u00f6nnen die Feststoffe wieder regeneriert und beinahe beliebig oft neu beladen werden. Die sich zun\u00e4chst widersinnig anh\u00f6rende K\u00fchlung mit W\u00e4rme rechnet sich an vielen dauerhaft anfallenden Abw\u00e4rmequellen.<\/p>\n\n\n\n

Weitere Informationen zu diesem Abschnitt (Kostenlose pdf-Dateien):<\/p>\n\n\n\n