Kälteerzeugung aus Wärme

Herstellung von Kälte aus Wärme ( Wärme – Kälte – Kopplung ) Immer, wenn billige “Abfallwärme” vorhanden ist, ist es überlegenswert – vor allem in der Logistik!

Für den Nichtfachmann : Im Wesentlichen gibt es zwei Verfahren dafür: das Absorptionsverfahren und das Adsorptionsverfahren. Das Verfahren der adiabaten Kühlung soll hier nicht angesprochen werden.

Das Grundprinzip ist gleich: Wasser ist das eigentliche Kältemittel, welches beim Verdampfen jede Menge Wärme braucht und dabei die Umgebung abkühlt. Es geht dabei eine chemische Reaktion mit Lösungsmitteln ( Mischung, Absorption oder Anlagerung, Adsorption ) ein. Anschließend wird das ein- oder angelagerte Wasser mit Wärme wieder aus der Chemikalie ausgetrieben. Das so ausgetriebene Wasser ( Wasserdampf ) muss dann noch in einem Kühlturm zur Wiederverwendung rückgekühlt werden.

Die zum Austreibungsprozess benötigte Wärme ist bei den beiden Verfahren unterschiedlich:

Absorption benötigt einen Temperaturprozess von mindestens 85 bis 180 °C. Hier bieten sich als Wärmequellen entweder Solarwärme oder Dampf aus einem Kraftwerksprozess an.

Adsorption benötigt einen Temperaturprozess von 55 bis 90 °C. Hier bieten sich die Wärmequellen technische Abwärme, Heizkessel oder eben ein Blockheizkraftwerk ( BHKW ) an.

Der Absorptionsprozess kann Dank des ständigen Pumpens von Lösungsmittel kontinuierlich stattfinden.

Der Adsorptionsprozess , das Anlagern und Austreiben kann nur in wechselnden Phasen in einer Zweikammermaschine stattfinden (eine Kammer lagert Wasser an, eine Kammer treibt es aus). Der Prozess dauert 5 Minuten, der Wechsel zwischen den Kammern 2 Minuten. Das erzeugte Kaltwasser muss also zwischengepuffert werden.

Ebenfalls unterschiedlich sind die COP ( Coefficient of Performance ) Faktoren, also das Verhältnis zwischen eingebrachter Wärme und erzeugte Kälte.

Beim Absorptionsprozess ist es 0,6 – 1 ( also 1,0 bis 1,66 kW Wärme = 1 kW Kälte )

Beim Adsorptionsprozess ist es 0,4 – 0,6 ( also 1,66 bis 2,5 kW Wärme = 1 kW Kälte )

Die erzeugbaren Kaltwassertemperaturen sind mit 5 bis 15 °C wieder gleich, also beide zur Raumkonditionierung gut geeignet.

Welche Vor- und Nachteile bietet der Vorgang Adsorption ?

Vorteile:

  • Verwendung des “Abfallprodukt” Wärme im Sommer (wo auch die Kälte gebraucht wird)
  • Auslastung von BHKW oder anderen Wärmeerzeugern
  • Nutzung des kostenlosen thremischen Sonnenenergie

Nachteile:

  • hohe Investitionskosten (mindestens doppelt so hoch wie im Vergleich zu herkömmlicher Kälte)
  • schlechte Energiebilanz durch schlechte COP-Zahl
  • hoher Platzbedarf

Fazit:

Immer dann, wenn billige “Abfallwärme” vorhanden ist, ist es überlegenswert – vor allem in der Logistik!

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