Neuartige Kühlmaschinen nutzen die Solarenergie direkt für die Kühlung. Das Verfahren verwendet effiziente Solarkollektoren und eignet sich besonders für Bürogebäude und Serverräume. Der erste Einsatz in der Praxis zeigt, dass mit diesen Systemen gegenüber herkömmlichen Kompressorkühlmaschinen eine massive Einsparung im Stromverbrauch erzielt werden kann. Seit Anfang April erforscht die Ernst Schweizer AG - Metallbau, Vela Solaris AG und das SPF Institut für Solartechnik der Hochschule Rapperswil in einem KTI-Projekt (Kommission für Technologie und Innovation KTI) die Optimierungsmöglichkeiten und die Planungsmethodik des Solaren Kühlens.

Vermehrt steht bei der energetischen Gebäudeoptimierung neben dem Heizen auch das Kühlen im Zentrum. Einer Abnahme des Heizenergiebedarfs steht eine stete Zunahme der installierten Kühlleistung gegenüber. Einerseits hängt dies mit der laufenden Verbesserung der Dämmeigenschaften der Gebäudehülle zusammen, andererseits werden auch vermehrt grosse Fensterflächen eingesetzt und die Abwärme der internen Wärmelasten wie Computer, Kühlschrank und anderen Geräten nimmt zu. Und letztlich steigt auch der Komfortanspruch im Büro- wie auch im Wohnbereich.

Solar Cooling und Free Cooling zur Reduktion des Elektrizitätsverbrauchs

Solarthermisch unterstützte Klimatisierung, auch «Solar Cooling» genannt, stellt eine viel versprechende Nutzung der Solarenergie dar. Im Gegensatz zu kompressorgetriebenen Kühlanlagen, die einen sehr hohen Strombedarf aufweisen, wird der Kühlprozess mit thermischer Solarenergie angetrieben. Dabei kommen so genannte Sorptionskühlmaschinen zum Einsatz. Ein physikalischer Prozess entzieht dem Raum die Wärme (Die in der Kältemaschine benötigte Verdampfungswärme für das Kältemittel entzieht dem zu kühlenden Raum Wärme), welche zusammen mit der Antriebswärme aus den thermischen Sonnenkollektoren an einer anderen Stelle, zum Beispiel über einen Kühlturm, an die Umgebung abgegeben wird. Entsprechende Kühlanlagen stehen an der Schwelle des kommerziellen Durchbruchs.

Zusätzlich hat sich in letzter Zeit ausserdem das so genannte «Free Cooling» als weitere energieeffiziente Alternative etabliert, wo überschüssige Wärme an das Erdreich oder über die Gebäudehülle an die Umgebung abgegeben wird.

Für die Kühlung mittels solarthermischer Kollektoren ergibt sich zudem die Chance zur Mehrfachnutzung von Solarkollektoren für Gebäudeheizung im Winter, Warmwasserproduktion ganzjährig und thermisch getriebener Kühlmaschine im Sommer (in der Kühlsaison).

Die Innovation liegt in der Systemintegration

Die zwei Firmen Ernst Schweizer AG - Metallbau und Vela Solaris AG erarbeiten zusammen mit dem SPF Institut für Solartechnik gemeinsam Beiträge zur Optimierung der Solaren Kühlung und zur Verbesserung der Planungsabläufe. Das Projekt wird von der Kommission für Technologie und Innovation KTI der Schweizer Eidgenossenschaft gefördert und setzt bei der Systemintegration an: Im «Solar Cooling» wie auch im «Free Cooling» besteht die Herausforderung heute darin, die verschiedenen hochwertigen Komponenten zu optimalen Systemen zusammenzufügen. Auf der Basis der etablierten Simulationssoftware Polysun wird ein Werkzeug für Planer geschaffen, mit welchem solare Kühlanlagen ausgelegt, Komponenten-Varianten überprüft und Systeme optimiert werden können.

Das Institut für Solartechnik SPF der HSR Hochschule für Technik Rapperswil betreibt seit einigen Jahren eine Solar Cooling Pilotanlage und untersucht schon seit mehreren Sommern die relevanten thermodynamischen und elektrischen Zusammenhänge des dynamischen Systems.

Die Ernst Schweizer AG - Metallbau hat ein entsprechendes Kühlsystem für den firmeneigenen Serverraum in Betrieb. Dabei kommen die hocheffizienten Sonnenkollektoren sowie die Steuerungen aus dem Sortiment der Ernst Schweizer AG – Metallbau zum Einsatz.

Die Vela Solaris AG hat zusammen mit der Königlichen Technischen Hochschule (KTH) in Schweden ein erstes Modell für Solares Kühlen in die Planungssoftware Polysun eingebaut. Für ausgewählte Kühlmaschinen wurde zusammen mit den grossen Herstellern von Kühlgeräten bereits eine Validierung der Modelle vorgenommen.

Know-How für Systeme und Planungsabläufe der Zukunft

Die beiden Industriepartner investieren dabei in zukunftsträchtige Technologien und verschaffen sich mit dem so erarbeiteten Know-How einen Vorsprung gegenüber ihren Mitbewerbern. Eine wichtige Anwendung ist dabei die Kühlung von Rechenzentren, wo trotz grosser Nachfrage noch keine Standardlösungen bestehen.

Die Resultate der Zusammenarbeit umfassen einerseits eine mögliche Erweiterung der Produktpalette der Ernst Schweizer AG - Metallbau, sowie andererseits eine verbesserte Solar Cooling Funktionalität in der Planungssoftware Polysun. Damit kann der Planer in Zukunft die Gesamtsysteme besser optimieren und mehr aus den Solaranlagen herausholen.

Über das Institut für Solartechnik SPF

Als Teil der HSR Hochschule für Technik Rapperswil engagiert sich das SPF in langjähriger Forschungs- und Entwicklungsarbeit im Bereich Simulation von Solaranlagen. Daneben ist das SPF ein akkreditiertes Testinstitut für Kollektor- und Systemtests im Bereich Solarthermie. Auch die Ursprünge der neuen Planungssoftware Polysun wurden, unter Finanzierung durch das Bundesamtes für Energie, am SPF entwickelt.

Über Ernst Schweizer AG - Metallbau

Als einer der Pioniere im Bereich Sonnenenergie-Systeme stellte Schweizer die ersten Sonnenkollektoren bereits 1977 her. Das Metallbauunternehmen Ernst Schweizer AG – Metallbau produziert mittlerweile auch Photovoltaik-Montagesysteme, d.h. Einrahmungen und Dachbefestigungen für Solarzellen, im eigenen Werk. Die Sonnenenergie-Systeme sind Teil eines breiten Produktesortiments, das sich hervorragend für Neubauten und energetische Sanierungen jeder Grösse eignet. Dieses umfasst weiter Fassaden, Holz/Metall-Systeme, Fenster und Türen sowie Briefkästen.