MODUL III Klimatechnik - Solare Kühlung Seite 71

Kühlung mit solarem Antrieb

Die Sonne scheint überall und liefert - besonders in südlichen Ländern - Wärme im Überfluss. Mit Hilfe eines Kühlaggregats und eines Parabol-Sonnenkollektors kann diese solare Wärme in Kälte gewandelt werden. Im Folgenden wird der Prototyp eines Solar-Kühlschranks vorgestellt.


Absorbtion oder Adsorbtion ?

Der Solarkühlschrank arbeitet auf Basis der Adsorption von Wasser durch Zeolith. Zeolith ist chemisch gewöhnlichem Sand ähnlich, bildet jedoch keine kompakten Moleküle, sondern besitzt eine Kristallstruktur mit sehr großer innerer Oberfläche. In der Natur kommen ca. 40 verschiedene Zeolith-Arten vor. Diese sind meist durch vulkanische Aktivitäten entstanden und weisen starke Verunreinigungen auf, was dazu führt, dass sie für kältetechnische Anwendungen ungeeignet sind. Die chemische Industrie stellt verschiedene Zeolithtypen künstlich her. Die synthetischen Zeolithe werden hauptsächlich als Phosphatersatz im Waschmittel oder beispielsweise als Trockenmittel in Doppelglasfenstern verwendet. Der Einsatz großer Mengen Zeolith in Waschmitteln führte zu umfangreichen Untersuchungen der Umweltverträglichkeit. Dabei erwies sich, dass von Zeolithen keinerlei Umweltgefährdung ausgeht und sie keine toxische Wirkung haben. Hinzu kommt, dass der Preis des Zeoliths durch die Massenproduktion mit 1 bis 7 Euro/kg recht niedrig ist.

Grundlagen der Kühltechnik mit Zeolith

Grundlegend für die Verwendung des Zeoliths ist seine sehr große innere Oberfläche von 800 bis 1200 m²/g. Innerhalb der Hohlräume wirken starke elektrostatische Kräfte. Dadurch werden polare Moleküle wie z. B. Wasser heftig angesaugt und unter Wärmeabgabe in die Kristallstruktur eingebunden (Adsorption). Erfolgt der Prozess in luftleeren Behältern, geschieht das Ansaugen des Dampfes mit solcher Heftigkeit, dass sich auf Grund der hohen Verdunstungskälte der Rest des Wassers stark abkühlt und zu Eis gefriert. Dieser Prozess vollzieht sich so lange, bis der Zeolith mit Wasser gesättigt ist. Zeolith kann je nach Typ bis zu 25 % des Eigengewichts an Wasser aufnehmen. Zur weiteren Verwendung muß der Zeolith wieder getrocknet werden und erhält dabei seine volle Funktionsfähigkeit zurück. Diese Regeneration erfolgt durch Zufuhr von Heizwärme hoher Temperatur. Dabei wird Wasser als Dampf aus dem Zeolith ausgetrieben (Desorption).

Dies kann durch elektrische Energie, fossile Brennstoffe oder - was energetisch besonders günstig ist - durch Sonnenenergie erfolgen. Nach einer Abkühlphase kann der nächste Adsorptionsprozess folgen. Da sich dabei der Zeolith nicht verbraucht, können beliebig viele Zyklen durchgeführt werden.