Bisher handelt es sich bei den Klimaanlagen, die zum Kühlen von Gebäuden eingesetzt werden, in der Regel um sogenannte Kompressionskältemaschinen. In diesen fließt ein Kältemittel durch Rohre, die den Innen- und Außenbereich des zu kühlenden Gebäudes verbinden. Im Gebäudeinneren nimmt das flüssige Kältemittel Wärme aus der Luft auf und verdampft. Als Gas fließt es nun durch die Rohre nach draußen und hin zu einem elektrisch betriebenen Kompressor. Dieser presst das Kältemittelgas zusammen, wodurch es sich noch weiter erwärmt. Weil es nun wärmer als die Außenluft ist, gibt das Gas die überschüssige Wärme an die Außenluft ab, seine Temperatur sinkt und es verflüssigt sich wieder. Anschließend strömt es ins Gebäudeinnere zurück, um erneut Wärme aufzunehmen.
Derartige Kompressionskältemaschinen haben einen hohen Stromverbrauch, weil zum Zusammenpressen des verdunsteten Kältemittels viel Energie nötig ist. Deshalb nutzen moderne Kältemaschinen eine andere Energiequelle, um das gasförmige Kältemittel wieder abzukühlen und zu verflüssigen: Sie kühlen mit der Abwärme, die als Nebenprodukt anderer Prozesse anfällt.
Die Funktionsweise von Absorptions- und Adsorptionskältemaschinen
Je nachdem, welches Temperaturniveau zur Verfügung steht, kommen für das Kühlen mit Abwärme zwei Lösungsansätzen infrage: Der Einsatz einer Absorptions- oder einer Adsorptionskältemaschine.
Absorptionskältemaschinen benötigten Abwärme im Temperaturbereich zwischen etwa 80 und 160 Grad Celsius. Das verdampfte Kältemittel, üblicherweise Wasser, welches soeben dem Gebäude Wärme entzogen hat, strömt zu einem Absorber und vermischt sich dort mit einem Lösungsmittel. Von diesem wird es durch Hitzeeinwirkung (also Auskochen) wieder getrennt und anschließend in einem Kondensator abgekühlt und verflüssigt. Nun kann es erneut ins Gebäude fließen und dort Wärme aufnehmen. Absorptionskältemaschinen nutzen als Wärmequelle häufig Prozesswärme, die als Abfallprodukt industrieller Prozesse anfällt.
Adsorptionskältemaschinen arbeiten nach einem ähnlichen Prinzip, benötigen aber lediglich ein Temperaturniveau von ca. 60 bis 95 Grad Celsius. Das verdampfte Kältemittel, auch hier meist Wasser, strömt zu einem Absorber aus festem, porösem Material, in den es einzieht. In einem zweiten Schritt wird der Absorber mithilfe der eingesetzten Wärme getrocknet. Das austretende Wasser wird in einem Kondensator aufgefangen, abgekühlt und ggf. verflüssigt und kann anschließend wieder zum Kühlen in das Gebäude zurückströmen.
Heizen und Kühlen mit Abwärme aus dem Abwasserkanal
Insbesondere Adsorptionskältemaschinen eignen sich für das Kühlen mit Abwärme, die aus nicht-industriellen Prozessen stammt. Eine kostenlose und leicht erschließbare Wärmequelle hierfür ist zum Beispiel das Abwasser. Dessen Temperatur liegt im Jahresverlauf bei etwa zehn bis 20 Grad Celsius und ist somit ideal für die Nutzung mit einer Wärmepumpe geeignet. Diese entzieht dem Abwasser mithilfe eines Kanalwärmetauschers einen Teil seiner Wärmeenergie und setzt zusätzlich etwas Strom ein, um Wärme auf dem benötigten Temperaturniveau bereitzustellen. Die zum Kühlen mit Abwärme benötigten 60 Grad Celsius sind dabei dank der vergleichsweise hohen Abwassertemperatur vor allem im Sommer mit hoher Energieeffizienz erreichbar.
Je nach Bedarf kann die Abwasserwärme aber auch zum Heizen verwendet werden. Dafür wird die von der Wärmepumpe bereitgestellte Wärme einfach direkt in ein angeschlossenes Heizungssystem eingespeist oder es wird alternativ ein Wärmenetz damit versorgt. Letzteres kann zudem im Sommer auch als Kältenetz betrieben werden, indem lediglich der Wärmetransport in entgegengesetzte Richtung stattfindet. So ist das Heizen und Kühlen mit Abwärme flexibel und besonders nachhaltig.
Möchten auch Sie das Potential des Abwassers nutzen, um zum Beispiel mit Abwärme zu kühlen? Dann kontaktieren Sie uns! Wir von UHRIG sind international als Experten im Bereich der Abwasserwärmenutzung anerkannt und freuen uns schon darauf, auch Ihr Projekt zu realisieren.
