Kühlen mit der Sonne Teil 5

Projektanlass:

Die solare Bauweise des Niedrigenergiehauses (NEH) begünstigt die solaren Einträge im Gebäude durch große, nach Südosten, Süden und Südwesten ausgerichtete Fensterflächen. Richtung Norden ist das Flachdach relativ steil abfallend und dadurch sind die Wände auf der Nordseite sehr klein, sowie auch die Fenster dort. Dies alles trägt dazu bei, dass die Wärmeabstrahlung auf der Nordseite sehr gering ist. Im Winter ist dieser Effekt sehr erwünscht, im Sommer hingegen sind die Schulungsräume sehr stark aufgeheizt. Deshalb ist es unsere Aufgabe, das NEH mittels Absorptionskältemaschinen abzukühlen.

Funktion einer Absorptionskältemaschine (AKM)

Ein Kühlschrank erzeugt mittels elektrischen Stroms Kälte. Eine Absorptionskältemaschine nutzt als Antrieb Wärme mit einer Temperatur ab 75°C und erzeugt daraus Kälte. Die Wärme kann die Abwärme eines bereits vorhandenen Systems sein (z.B. BHKW) oder wie in unserem Fall die Wärme eines Solarkollektorfeldes.

Beschreibung der Vorgänge in der Absorptionskältemaschine

Problem 1:      Ich will kühlen!

Lösung 1:      

Rahmenbedingungen: Es befindet sich flüssiges Wasser im Verdampfer. Es herrscht ein Druck von ca. 10 mbar.

Vorgänge: Ein Phasenübergang entzieht Wärme (effektivste Methode). Als Kältemittel wird Wasser genutzt, weil Wasser bei einem Phasenübergang besonders viel Wärme pro Stoffmenge entzieht.

Problem 2:      Ich möchte die Wärme aus dem Wasserdampf entfernen!

  Lösung 2:

Problem 3:      Ich möchte das Wasser wieder aus der Lösung entfernen!

Lösung 3:

Rahmenbedingungen: Um Wasser bei 30 °C zu verdampfen, benötigt man einen Druck von höchstens 43,2 mbar. Da es sich aber um eine LiBr-Lösung handelt, wird bei gleichem Druck auch eine Temperatur von mindestens 65°C benötigt.

Vorgänge: Damit der Wasserdampf aus dem Lösungsmittel ausgetrieben werden kann, müssen sowohl der Druck (durch eine Pumpe), als auch die Temperatur in dem System erhöht werden. Dies geschieht zum einen durch einen Gegenstrom-Wärmetauscher und zum anderen durch direkte Wärmezufuhr im Austreiber. Hierzu können verschiedene Wärmequellen genutzt werden (z.B. Vakuumröhrenkollektoren, BHKW-Abwärme, usw.). Die Temperatur der Wärmequelle sollte ca. 70 °C betragen. Der Wasserdampf wird ausgetrieben und die starke Lösung fließt durch den Gegenstrom-Wärmetauscher, der die überschüssige Wärme an die schwache Lösung abgibt. Durch ein Ausdehnungsventil, das den Druck verringert, gelangt die starke Lösung wieder in den Absorber.

Problem 4:      Ich will statt Wasserdampf wieder flüssiges Wasser!

Lösung 4:

Vorgänge: Durch die Zuführung von Kühlwasser mit ca. 30 °C kondensiert der Wasserdampf und kann durch eine Drossel, die den Druck wieder senkt, erneut in den Verdampfer gelangen.