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14 eneRgIeeFFIZIenZ Energieverbund der Parlamentsbauten in Berlin mit KraftWärme Kältekopplung und Aquiferspeichern. Aquifer sind Gesteinskörper mit Hohlräumen, durch die Grundwasser geleitet werden kann (Quelle Grafik: Die Woche, 10. Juli 1998) elements36 Ausgabe 3|2011 Strom Biodiesel Liefert Strom Blockheizkraftwerk Heizwärme direkt Rücklauf Heizung Warmwasser Warmwasser/Wärme als Antriebsenergie für die Wasserpumpe Überschüssige Wärme 110 °C 50 Meter Tiefe 300 Meter Tiefe 67 °C 65 °C Aquiferwärmespeicher Hier wird warmes Wasser aus dem Sommerbetrieb für den Winter zwischengespeichert 45 °C 65 °C 65 °C 333 nenten (das Arbeitsstoffpaar) über eine Pumpe wieder dem Austreiber zugeführt und der Kreislauf schließt sich. Kühlen und heizen mit einem Aggregat Der thermodynamische Kreisprozess lässt sich auch als Absorptionswärmepumpe einsetzen, denn er nimmt Wärme aus seiner Umgebung auf niedrigem Temperaturniveau im Verdampfer auf und gibt sie auf einem höheren Temperaturniveau unter Zu fuhr von thermischer Antriebsenergie wieder ab. Beide Funktionen – Kältemaschine und Wärmepumpe – lassen sich prinzipiell in einem Aggregat verwirklichen. Technisch gesehen konkurrieren solche Absorptionssysteme mit Kompressionswärmepumpen und -kältemaschinen. Eine Kompressionswärmepumpe zum Beispiel verdampft durch Wärmezufuhr auf niedrigem Temperaturniveau ein Kältemittel, das einen niedrigen Siedepunkt hat. Anschließend verdichtet sie mechanisch das gasförmige Kältemittel mithilfe eines elektrisch angetriebenen Kompressors, wobei sich das Kältemittel erwärmt. Bei hohem Druck gibt es dann seine Wärme an ein Umgebungsmedium ab, zum Beispiel ans Heizungswasser oder an einen Luftstrom. Das Kältemittel kühlt dabei ab und kondensiert wieder. Es gibt inzwischen viele Anwendungsbeispiele, bei denen mehrstufige Absorptionskältemaschinen, die mit Abwärme betrieben werden, einen Wir- 90 °C Absorptionswärmepumpe Kühlt mit Wärme Kühlung 6 °C 6 °C 5 °C Aquiferkältespeicher Hier wird kaltes Wasser für die Sommerkühlung zwischengespeichert Trockenkühler Kalte Luft kungsgrad erreichen, der genauso gut oder besser als der einer Kompressionskältemaschine ausfällt. Traditionell haben Absorptionskältemaschinen in Asien bereits eine sehr starke Marktposition. Experten gehen davon aus, dass die Technologie künftig auch in anderen Regionen der Welt aufgrund von Entwicklungsfortschritten bei den Arbeitsstoffpaaren sowie der Megatrends Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeit zunehmend an Bedeutung gewinnen werden. Abwärme, Solar- oder Geothermie als Energiequelle Den Nachteil eines elektrisch angetriebenen, wenig nachhaltigen Kompressors haben Absorptionssysteme nicht: Sie lassen sich direkt mit thermischer Energie betreiben, die entweder aus einer regenerativen Energiequelle stammt – etwa der Geo- oder der Solarthermie – oder aus der Abwärme industrieller Prozesse. Die International Energy Agency schätzt, dass allein in Europa jedes Jahr mehrere Millionen Gigawatt indus trielle niederkalorische – und daher schwer verwertbare – Abwärme ungenutzt in die Umwelt entweichen. Ein Absorp tions sys tem kann Teile dieser Abwärme energieeffizient wieder in nutzbare Prozesswärme oder Kälte verwandeln. Darüber hinaus haben Absorptions- gegenüber Kompressionssystemen den Vorteil, dass sie völlig ohne ozonschädliche Kältemittel auskommen, weil sie Wasser anstatt beispielsweise Fluorkohlenwasserstoffe verwenden. 333
Ein Arbeitsstoffpaar, das die Rohre im Absorber gut benetzt, ist essentiell für einen effektiven Wärme und Stofftransport Fließbild einer einstufigen Absorp tions kältemaschine. Die vier wichtigsten Komponenten sind der Verdam pfer, an dem die Kälte bereitgestellt wird, der Austreiber, an den die An triebswärme geleitet wird, der Absor ber und der Kondensator, der die gepumpte Wärme bereitstellt Kältemittelkreislauf Kreislauf des Arbeitsstoffpaars Kondensator Verdampfer Nutzen (erzeugter Kältestrom) Aufwand (Antriebswärmestrom) Austreiber Absorber KURZInteRvIeW eneRgIeeFFIZIenZ 15 Die INVEN Absorption GmbH, Erding bei München, konzipiert und baut Absorptionskälteanlagen, Absorp tionswärmepumpen und Wärmetransforma toren sowie Systeme für Industriekälte und Wärmerückgewinnung. Geschäftsführer Dr. Jürgen Scharfe über das Potenzial von Absorptionskältemaschinen. Welche Wünsche äußern Kunden häufig, die von Ihnen entworfene absorptionskältemaschinen kaufen? Immer mehr Kunden fragen vor allem nach Möglichkeiten, Kälte mit Abwärme aus der Stromproduk tion, also Gas- oder Dieselmotoren, zu nutzen. Hier besteht nach wie vor ein großes ungenutztes Poten zial. Leider können wir nicht in allen Fällen adäquate Lösungen anbieten, da die herkömmlichen Arbeitsstoffpaare dem Betrieb in heißen Ländern enge Grenzen setzen. Was ist in den augen der Kunden das größte Problem heutiger absorptionskältemaschinen? Das größte Problem der heute genutzten Arbeitsstoff paare ist der durch die LiBr-Kristallisation bedingte enge Einsatzbereich. Anlagen mit dem heute gängigen Paar Wasser/LiBr benötigen Kühlwasser mit einer Temperatur von maximal 32 °C, was nur mit Verdunstungskühlern erreichbar ist. In warmen Ländern, in denen Wasser oft knapp und mitunter sehr wertvoll ist, ist der Einsatz von Nass kühltürmen daher oft einfach nicht realisierbar. Welche eigenschaften müsste ein ideales arbeitsstoffpaar mitbringen? Es müsste mindestens den gleichen Coefficient of Performance – also das gleiche Verhältnis von Kältestrom (Nutzen) zu Antriebswärmestrom (Aufwand) – wie das Arbeitsstoffpaar Wasser/Lithiumbromid erlauben, sollte aber zu keinen Kristallisations- und Korrosionsproblemen führen. Die Performance der neuen Evonik-Systemlösungen geht hier in eine sehr vielversprechende Richtung. Welche Kundengruppen wären an absorptionskältemaschinen mit neuen arbeitsstoffpaaren besonders interessiert? Alle Kunden, die einen Bedarf an Kälte und gleichzeitig Wärme aus der Produktion von Strom zur Verfügung haben. Das reicht von Flughafen- und Hotelbetreibern über Städteplaner bis hin zu Industrie standorten. Insbesondere, wenn man wirklich an energieeffizienten, nachhaltigen Kältekonzepten interessiert ist, wird hier für viele Kunden kurz- bis mittelfristig kaum ein Weg an der Absorptionskälte vorbeiführen. Nicht vergessen sollte man auch den Einsatz von Solarenergie zur Kälteerzeugung. elements36 Ausgabe 3|2011
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