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18.04.2017 | Energienutzung | Im Fokus | Onlineartikel

Adsorption und Absorption kühlen mit Wärme

Autor:
Frank Urbansky
3 Min. Lesedauer

Wo Wärme im Übermaß anfällt und Kälte gebraucht wird, können Adsorption und Absorption helfen. Sie lassen sich beliebig oft wiederholen und stehen für eine effiziente Form der Kältebereitstellung.

Zwei physikalische Prinzipien können helfen, in Zeiten der Energiewende den wachsenden Bedarf an Kühlung zu decken. "Absorptionskälteanlagen arbeiten mit Arbeitsstoffpaaren aus zwei verschiedenen Komponenten. In diesen Anlagen tritt anstelle des mechanischen Verdichters ein sog Thermischer Verdichter. Als Hilfsenergie kommt in diesem Fall Heizwärme in Betracht", beschreibt das Springer Vieweg-Autor Joachim Dohmann in seinem Buchkapitel Absorptionskälteanlagen auf Seite 137. 

Empfehlung der Redaktion

2016 | OriginalPaper | Buchkapitel

Absorptionskälteanlagen

Absorptionskälteanlagen arbeiten mit Arbeitsstoffpaaren aus zwei verschiedenen Komponenten. In diesen Anlagen tritt anstelle des mechanischen Verdichters ein sog. thermischer Verdichter. Als Hilfsenergie kommt in diesem Fall Heizwärme in Betracht.


Beide Prinzipien wirken ähnlich, funktionieren aber unterschiedlich. Tritt Gas oder ein Gasgemisch, auch Sorbat genannt, gleichmäßig in einem meist festen Stoff, Sorbens genannt, ein, handelt es sich um Absorption. Beispiel hierfür sind schon getestete Heizgeräte mit dem Gestein Zeolith, das hier als Sorbens dient. Dringt das Sorbat nicht ein, sondern haftet nur an der Oberfläche des Sorbens, spricht man von Adsorption. Auch hier kann Zeolith, aber ebenso Aktivkohle zum Einsatz kommen.

Ideal für Solarthermie

Die Kältemaschinen, die auf diesem Prinzip funktionieren, nutzen die Wärme, um das Fluid ähnlich wie bei einer Wärmepumpe in einen anderen Aggregatzustand zu versetzen und die dabei freiwerdende Kälte (oder eben die gebundene Wärme) zu speichern und bei Bedarf abzugeben.

Beide physikalischen Prinzipien werden da genutzt, wo gleichzeitig Wärme, etwa in Form von industrieller Prozesswärme oder als Solarthermie anfällt und ortsnah ein Bedarf an Kühlung besteht. Gerade bei Solarthermie bietet sie etwa bei Bürogebäuden im Sommer den Vorteil, die dann in Mengen anfallende und nicht zu verwertende solare Wärme in Kälte umzuwandeln.

Kälteaggregate auf dieser Basis ersetzen dabei die energetisch aufwändigen Kompressionskältemaschinen, die meist mit elektro- oder verbrennungsmotorischen Antrieben arbeiten. Sie können bis zu 10-mal so effizient arbeiten. Bei dem wachsenden Kühlbedarf in Deutschland ist das auch nötig. Alle Kälteanlagen verbrauchen hierzulande etwa 16 Prozent des erzeugten elektrischen Stroms, so Berechnungen des Deutschen Kälte- und Klimatechnischen Vereins (DKV). Das sind mit rund 83 Terawattstunden gut sechs Prozent des Primärenergiebedarfs. Tendenz: steigend.

Viele Vorteile, ein Nachteil

Die Vorteile von Absorption und Adsorption nutzender Technologie liegen auch im minimierten Verbrauch an elektrischer Energie, der wiederum auch geringere CO2- und andere Treibhausgas-Emissionen bewirkt. Streng genommen können Kältemaschinen dieser Art komplett ohne Strom betrieben werden, was sie für den Einsatz in entlegenen Gegenden interessant macht. Da der Anteil der mechanischen Teile verglichen mit Kompressionsmaschinen gering ist, gelten sie auch als wartungsarm und langlebig. Ein Nachteil hingegen sind die höheren Investitionskosten

"Bei Kompressionswärmepumpen wird die Verdichterleistung durch einen mechanischen Kompressor aufgebracht. Thermisch angetriebene Absorptionskälteanlagen besitzen eine deutlich höhere Laufruhe, da kein Kompressor für die Verdichtungsarbeit des Arbeitsgases aufkommt. Die Kompressionsleistung erfolgt hierbei durch einen thermischen Verdichter. … Die thermisch betriebene Adsorptionstechnik hat sich im Wärmepumpenbetrieb in den Größenordnungen für Gebäude unter 20 kW bisher noch nicht durchsetzen können und befinden sich noch im Entwicklungsstadium. Mittelfristig wird ihnen jedoch Marktreife und -potenzial bescheinigt. Im Industriebereich haben sich solche Anlagen bereits etabliert, um beispielsweise anfallende Prozessabwärme für Kälteprozesse zu veredeln, oder aber auch im Hotelbereich werden Kleinstanlagen häufig in geräuschlosen Minibars für Hotelzimmer verwendet", beschreiben die Springer Vieweg-Autoren Markus Reichart und Alexander Sauer in ihrem Buchkapitel Gebäude auf Seite 187 weitere Vorteile und den derzeitigen Stand der Technologie. 

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