08.09.2005

Patentierte Lösung nutzt gespeicherte Abwärme/Kälte

Eisspeicher minimiert Energiekosten zum Heizen und Kühlen

Eine innovative Lösung zur Klimatisierung von Gebäuden hat die ASUE Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch e. V. jetzt vorgestellt. Sie basiert auf Kombination einer Absorptionswärmepumpe mit einem Eisspeicher, dem im Winter Wärme zu Heizzwecken und im Sommer Kälte zu Kühlzwecken entzogen wird. Da in diesem Eisspeicher der Energiestrom aus der jeweils nicht benötigten Seite der Absorptionswärmepumpe akkumuliert, also nicht ungenutzt an die Umgebung abgegeben, wird, kommt das System mit einem Minimum an zusätzlicher Energie aus.

Absorptionswärmepumpen kommen in der Klimatechnik schon seit längerem zum Einsatz. Wie im Kompressionskälteprozess wird auch im Absorptionskälteprozess die Kälte dadurch erzeugt, dass das Kältemittel bei einem niedrigen Druck verdampft. Die für die Verdampfung des Kältemittels erforderliche Wärme wird dem zu kühlenden Medium, beispielsweise der Raumluft, entzogen, wodurch der Kühleffekt entsteht. Der Unterschied zu Kompressionskälteanlagen besteht darin, dass die Absorptionswärmepumpen nicht durch einen Motor mit mechanischer Energie, sondern durch chemische Energie in Form von Wärme – am effizientesten durch einen mit Erdgas betriebenen Brenner – angetrieben werden. Dadurch arbeiten sie nicht nur nahezu verschleißfrei, wartungs- und geräuscharm, sondern nutzen die eingesetzte Energie auch wesentlich rationeller als elektrisch betriebene Anlagen. Ein weiterer Vorteil ist ihr hervorragendes Teillastverhalten.

Eine der wesentlichen Aufgaben von Klimaanlagen besteht darin, den zu kühlenden Räumen Wärme zu entziehen. Die patentierte Lösung der Firma isocal HeizKühlsysteme GmbH speichert nun diese Abwärme so, dass sie im Winter wieder für Heizzwecke genutzt werden kann, in dem sie eine Absorptionswärmepumpe mit einem Eisspeicher kombiniert. Dahinter verbirgt sich ein im Erdreich verborgener, mit Wasser gefüllter Behälter, dessen Größe von der Menge der aufzunehmendem Energiemenge abhängig ist. Im Winter wird diesem Eisspeicher über einen Wärmetauscher die im zunächst flüssigen Wasser enthaltene Wärme für die Gebäudeheizung entzogen, wodurch das Wasser gefriert. Bei dieser Wärme handelt es sich um jene Energie, die den zu kühlenden Räumen während des vergangenen Sommers entzogen wurde. Wechselt das System nun vom Heiz- in den Kühlbetrieb, wird dem Eis die Kälte wieder entzogen und gleichzeitig die den zu kühlenden Räumen entzogene Wärme zugeführt. Dadurch erwärmt sich das zunächst gefrorene Wasser im Laufe der Zeit immer mehr, bis zu Beginn der neuen Heizsaison der Kreislauf von neuem beginnt.

Da der Eisspeicher so angelegt ist, dass die Wassertemperatur im Jahresverlauf nur zwischen 0 und 10 °C schwankt, soll das System fast ohne Wärmeverluste arbeiten. Nach Angaben von isocal liegen weitere Vorteile in der Bereitstellung von Kälte im Sommer mit geringsten energetischen Aufwand und Kosten, einem auf rund ein Prozent gesenkten Energie- beziehungsweise Strombedarf für die Kühlung, einem drastisch reduzierten Kohlendioxid-Ausstoß sowie deutlich geringeren Investitions- und Betriebskosten. Durch den breiten Einsatz solcher Anlagen könnte dank des Primärenergieträgers Erdgas darüber hinaus der Anstieg der benötigten Stromkapazitäten gestoppt werden, wie er ansonsten zur Deckung des wachsenden Klimatisierungsbedarfs allein durch konventionelle Systeme zu erwarten wäre. Realisiert wurde eine solche Anlage bereits bei der isocal HeizKühlsysteme GmbH selbst für ein Gebäude mit einem Wärmebedarf von 40 kW (Jahresbedarf 72.000 kWh) und einer Kühllast von 17,5 kW (Jahresbedarf 8.750 kWh). Der Eisspeicher beinhaltet 150.000 Liter Wasser und kann mit einer Temperaturspanne von + 8 °C bis 0 °C somit 15.300 kWh Wärme speichern. Zusammen mit 16.200 kWh Wärme aus Erdkollektoren ergibt sich bei einer jährlichen Heizdauer von 1.800 Stunden eine Entzugsleistung von 17,5 kW. Die restlichen 22,5 kW (entsprechend 40.500 kWh) leistet der Gasbrenner der Absorptionswärmepumpe, die damit zusammen 40 kW beziehungsweise 72.000 kWh Wärmeleistung erbringt. Da während des Kühlbetriebs dem Eisspeicher im Sommer aus dem Gebäude nur 8.750 kWh Wärme zugeführt werden, fehlen noch 6.550 kWh zum Erreichen des energetischen Gleichgewichts. Diese Wärmemenge kann beispielsweise über das Kühlen weiterer Gebäudeteile oder Sonnenkollektoren bereitgestellt werden. Der Strombedarf des Systems beträgt nur 0,5 kW.

Laut isocal erreicht die hier beschriebene Kombination aus Gas-Absorptionswärmepumpe und Eisspeicher aufgrund der gleichzeitigen Nutzung von Wärme und Kälte eine Gesamtenergieeffizienz von 200 Prozent – bezogen auf die eingesetzte Primärenergie. Bei getrennter Betrachtung von Sommer und Winter ergäbe dies im Winter beim Heizbetrieb eine Effizienz von rund 160 Prozent, während im Sommer die im Eisspeicher vorhandene Kälte nahezu ohne weiteren Energieeinsatz zum Kühlen genutzt werden könne.

Die Kosten für die Errichtung einer Anlage mit 40 kW Heiz- und 20 kW Kälteleistung betragen nach Angaben von isocal zwischen 20.000 und 30.000 Euro in Abhängigkeit davon, ob das ausgehobene Erdreich für den Eisspeicher auf dem Gelände verbleiben kann oder abgefahren werden muss. Damit erkaufe man sich für den ungefähren Preis einer Erdsonde den Vorteil einer preiswerten bis kostenlosen Kälteversorgung im Sommer.

ASUE

 

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Dipl.-Ing. Jürgen Stefan Kukuk
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