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23.07.2015 | Erneuerbare Energien | Im Fokus | Onlineartikel

Gebäude klimatisieren mit Prozessdampf und Sonnenenergie

Autor:
Sabine Voith

Prozessdampf wird auf dem Dach der Hochschule Karlsruhe durch Direktverdampfung direkt im Kollektorfeld erzeugt - eine weltweit einmalige Lösung.

Ritter XL Solar

Ein Solarkollektor-Feld mit Plasma-Technologie zur Dampferzeugung klimatisiert die Räume der Hochschule Karlsruhe. Das Projekt zur solaren Gebäudeklimatisierung wurde mit dem Intersolar-Award und dem OTTI-Preis ausgezeichnet.

Das Projekt zur solaren Gebäudeklimatisierung hat die Jury des Intersolar-Award mit seinem Solarkollektor-Feld mit Plasma-Technologie zur Dampferzeugung überzeugt. Es zeigt eine effektive Kombination verschiedener Neuentwicklungen. Das Solarthermie-System belege eindrucksvoll, so die Jury, dass es auch unter deutschen Witterungsbedingungen möglich sei, Klimakälte per Solarenergie effektiv, kostengünstig und umweltfreundlich bereitzustellen. Partner aus Wirtschaft und Wissenschaft haben das Projekt zusammen realisiert.

Die Technologie

Das Pilotprojekt hat das Ziel, eine klimaneutrale Gebäudekühlung mithilfe von Vakuum-Röhrenkollektoren und einer Dampfstrahlkältemaschine zu erreichen. Der hocheffiziente Vakuumröhrenkollektor ist die zentrale Komponente. Durch eine spezielle Antireflex-Beschichtung erzielt der Kollektor auch bei Temperaturen zwischen 100 und 150 Grad Celsius gute Wirkungsgrade. Die Karlsruher Anlage erreicht rund 160 Megawattstunden Wärmeenergie jährlich.

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Zudem kommt eine projektspezifisch angepasste Dampfstrahlkältemaschine mit einer Kälteleistung von 80 Kilowatt zum Einsatz. Diese nutzt herkömmlicherweise Erdgas, Kohle, Abwärme oder Öl als Energiequellen. In Karlsruhe liefert eine Solaranlage den Dampf, der zum Betrieb der Maschine benötigt wird. Die Hochleistungskollektoren erzeugen im Sommer den Prozessdampf durch Direktverdampfung im Kollektorfeld, was weltweit einmalig ist. Der Dampf dient als Antriebsenergie für die Erzeugung von kaltem Wasser in der Dampfstrahlkältemaschine. Es werden Betriebstemperaturen von rund 140 Grad Celsius erreicht. Um eine Überhitzung auszuschließen, wird als Wärmeträger einfaches Wasser ohne Glykol genutzt.

Kühlung im Sommer, Warmwasser im Winter

Die Anlage kann sowohl Prozessdampf als auch Warmwasser erzeugen. Dafür wird die Dämmung und die Strömungsführung der Dampferzeugung der Sonnenkollektoren verbessert. Ergänzt wird die Lösung durch einen eigens entwickelten Wärme- und Kältespeicher, der weitgehend konstante Betriebsbedingungen ermöglicht.

Der Wärmespeicher ist ein Latentwärmespeicher auf Polyethylen-Basis. Zwischen 125 bis 135 Grad Celsius schmilzt das Polyethylen und dient so als thermischer Akku. Für Kühlwasser sorgt ein latenter Kältespeicher, der die überschüssige Kälte in einem Tank mit einem Paraffin-Wasser-Medium behält. So wird eine höhere Speicherkapazität als in herkömmlichen Wasserspeichern erzielt.

Wie die verschiedenen Komponenten einer Solaranlage wie Kollektor, Speicher und Regelung zusammenwirken, zeigen die Springer-Autoren Thomas Schabbach und Pascal Leibbrandt im Buchkapitel "Anlagen und Systeme" anhand praktischer Beispiele.

Die Anlage zur solaren Gebäudeklimatisierung besteht aus Vakuum-Röhrenkollektoren und einer Dampfstrahlkältemaschine, deren Komponenten in einem Container untergebracht sind.

Ritter XL Solar

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