Höhere Lufttemperatur durch neuartigen Absorber Heizen und Kühlen mit Sorptionsspeicher
Forscher der Universität Kassel entwickeln ein neuartiges Speichersystem für solare Wärme. Zukünftig könnte es – in die Zu- und Abluftanlage von Niedrigenergiehäusern integriert – die Raumluft je nach Bedarf erwärmen oder kühlen. Eine andere vielversprechende Anwendung ist die solarunterstützte Trocknung. Die Forschungsarbeiten werden vom Bundesministerium für Bildung und Forschung bis zum Jahr 2013 gefördert. Sie sind Teil des bundesweiten Klimzug-Projekts, das Strategien gegen den Klimawandel sucht.
Der Absorber soll im Rahmen eines Feldtests unter anderem zum Trocknen von Heilkräutern und Obst eingesetzt werden.
Das Speicherprinzip ist einfach: Eine wässrige Lithiumchlorid-Lösung wird durch Wärmezufuhr aufkonzentriert. Die so gespeicherte Wärme wird wieder freigesetzt, indem die stark hygroskopische Salzlösung Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft aufnimmt. Sonnenenergie kann so in Form einer konzentrierten Salzlösung chemisch gespeichert werden. Der Vorteil dabei ist, dass Energieverluste nur bei der Energiewandlung, nicht aber bei der Lagerung der Salzlösung auftreten. So kann solare Wärme des Sommers im Winter genutzt werden.
Absorber und Speicher
Genutzt wird das Prinzip mittels eines neuartigen Absorbers, in dem ein Energieaustausch zwischen durchströmender Raumluft und einer Salz-Wasser-Lösung stattfindet. Die so erhitzte Luft gibt ihre Wärme über einen Wärmeübertrager an den Zuluftkanal des Hauses ab.
„Der Absorber ist in der Lage, die Lufttemperatur um bis zu 10 °C zu erhöhen“, sagt Roland Heinzen, der das Projekt leitet.
Dies ermöglicht ein ausgeklügeltes System: In einem Kunststoffkasten, den die zu erwärmende Luft durchströmt, werden 50 mit High-Tech-Textilien bespannte Rahmen dicht an dicht nebeneinander gesetzt und dann von oben mit einem Kanalsystem mit Salzlösung benetzt. Das muss variabel geschehen. Denn zum Heizen braucht der Absorber wenig Salzlösung. Als Klimaanlage mit vorgeschaltetem Verdunstungskühler für die heißen Tage benötigt er einen richtigen Schwall Salzwasser. Die Architektur ähnele dem Versuch, „einen einzigen Wassertropfen auf einer ganzen Tischplatte zu verteilen“, sagt Heinzen. „Die Entwicklung hat zum Ziel, eine gleichmäßige Verteilung der Salzlösung in einem kompakten Absorber zu erreichen. Dies verhindert auch den Übertrag von Salz an die Abluft, was bei herkömmlichen Anlagen oft nicht zu vermeiden ist.“
Um bei der Installation Platz zu sparen, haben die Forscher einen Zweiphasen-Speicher konzipiert: Hoch- und niedrigprozentige Salzlösung aus dem Wärmekreislauf finden in einem einzigen Kunststoffbehälter Platz. Die Flüssigkeiten sind in dem Tank durch eine Membran getrennt.
Marktreife dauert noch
Die Anlage wird in diesem Jahr im Labor getestet. Bis zur Marktreife ist aber noch ein weiter Weg. „Ein Unternehmen hat bereits Interesse bekundet einen Prototyp zu bauen“, sagt Heinzen. Der Absorber soll dann im Rahmen eines Feldtests in der Außenstelle Witzenhausen der Universität Kassel erprobt werden. Danach werde man eine größere Sorptionsspeicheranlage auf der Staatsdomäne Frankenhausen bauen, kündigt der Wissenschaftler an.
Autor: Jun.-Prof. Dr. Ulrike Jordan, Prof. Dr. Klaus Vajen, Dipl.-Ing. Roland Heinzen mit Fachgebiet Solar- und Anlagentechnik
Kontakt: Universität Kassel - Fachbereich Maschinenbau, Fachgebiet Solar- und Anlagentechnik, 34125 Kassel, Tel. 0561 8043890, Fax 0561 8043993, solar.office@uni-kassel.de, cms.uni-kassel.de
