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Academia 23
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…und so funktioniert sie
Academia Nr: 23 (Juli / luglio 2000)ALEXANDRA TROI
Im Grunde ist das Kernstück einer Klimaanlage nichts anderes als ein großer Kühlschrank. Betrachten wir also das Gerät, das uns allen aus der Küche bestens vertraut ist, etwas genauer. Um ihn zu kühlen, durchläuft ein Kältemittel einen Kreislauf zwischen Kühlschrank und Küchenluft: Auf einer Seite verdampft das Kältemittel und absorbiert dabei Wärme aus dem Inneren des Kühlschranks, auf der Seite der Küchenluft kondensiert es und gibt die Wärme an die Luft ab. Zum Energie-Aufnehmen nutzt man ganz bewusst das Verdampfen, da das Kältemittel dabei sehr viel mehr Wärme aufnimmt als beim einfachen Erwärmen: Bis das Nudelwasser auf der Platte kocht, braucht es etwa zehn Minuten. Bis das gesamte Wasser verdampft ist, braucht es eine Stunde. Und da die Energie, die der Herd über den Topf ans Wasser abgibt, während der ganzen Zeit dieselbe bleibt, ist es klar, dass das Wasser beim Verdampfen etwa 6 mal so viel Wärme aufnimmt, wie bei Erwärmen um 100°C. Was verblüfft, ist, dass die Energie vom kalten Kühlschrank zur warmen Küchenluft fließt - normalerweise kennen wir es umgekehrt: Wärme fließt immer vom wärmeren zum kälteren Gegenstand!
Der Trick liegt im Druck...
Im Kühlschrank wird der Druck des Kältemittels so klein gehalten, dass es schon bei 4-5°C verdampft (wir kennen den Effekt ansatzweise vom Kochen auf dem Berg: beim niedrigeren Druck auf etwa 2000 müM siedet des Wasser schon bei 80°C). Beim Verdampfen absorbiert das Kältemittel Wärme aus dem Kühlschrank. Dann wird der Druck im nun gasförmigen Kältemittel erhöht, und zwar so weit, dass der Dampf bei Küchenlufttemperatur kondensiert und dabei die vorher aus dem Kühlschrank aufgenommene Wärme an die Küchenluft abgibt. Die Flüssigkeit darf sich jetzt wieder „entspannen", kommt mit niedrigem Druck am Kühlschrank vorbei, verdampft... und der Kreislauf wäre damit geschlossen.
Der Haken an der Sache ist, dass es ziemlich viel Energie braucht, um den Dampf „auf Druck" zu bringen, zudem noch elektrische Energie, die verhältnismäßig teuer ist. Es wäre viel einfacher, eine Flüssigkeit zu komprimieren als den platzintensiven und sensiblen Dampf. Aber wenn man das Kältemittel nicht zum Verdampfen bringt, ist auch mit dem „Wärmeabsaugen" im Kühlschrank nichts.
...und in der Feuchtigkeitsanziehung von Salz
Und genau da setzt die Absorptionskältemaschine an: Anstatt den Kältemittel-Dampf zu verdichten, um ihn auf Druck zu bringen, wird er von einer Salzlösung aufgenommen, im Fachjargon „absorbiert" (Dass Salz die Eigenart hat, Feuchtigkeit anzuziehen, kennen wir ebenfalls aus der Küche: Man braucht Salz nur eine Weile offen stehen zu lassen, schon beginnt es zu klumpen). Die Salzlösung ist flüssig, und kann daher mit wesentlich kleinerem Aufwand auf Druck gepumpt werden als der Dampf. Auf dem hohen Druckniveau angekommen, muss man den Dampf allerdings wieder aus der Salzlösung herausbekommen: Das funktioniert, indem man die Lösung erhitzt. Der Wasserdampf wird „ausgetrieben", übrig bleibt die konzentrierte Salzlösung, die neuerlich Dampf aufnehmen kann. Anstatt elektrischer Energie für den Verdichter braucht die Absorptionswärmepumpe also Wärmeenergie für den Dampf- Austreiber, denn Perpetuum mobile ist sie natürlich keines. Vorteilhaft ist sie dann, wenn Wärme als Abwärme vorhanden ist, z.B. in der Industrie oder auch bei der Erzeugung von elektrischer Energie. Aber auch dann, wenn man die Wärme aus der Sonne gewinnt.
ALEXANDRA TROI
Europäische Akademie Bozen Alpine Umwelt
alexandra.troi@eurac.edu
Quando è il sole a donare refrigerio
Parlando di sfruttamento dell'energia solare ci vengono subito in mente i collettori solari utilizzati per il riscaldamento dell'acqua. È improbabile invece che ci venga in mente che il sole può anche servire a donare refrigerio. E invece è proprio così: con l'ausilio di un termorefrigeratore ad assorbimento si può ricavare dal sole l'energia necessaria per far funzionare un impianto di aria condizionata.
La nuova sede dell'Accademia ha puntato non solo sull'estetica, ma anche e soprattutto sull'innovazione tecnologica e sul risparmio di energia. Installando un termorefrigeratore ad assorbimento, si potrà utilizzare energia pulita per garantire temperature piacevoli agli ambienti e menti lucide ai ricercatori anche durante i mesi estivi.
Quanto più intensa sarà la radiazione solare, tanto più calore verrà raccolto dai collettori posti sul tetto e tanta più energia gratuita sarà a disposizione per l'impianto di climatizzazione. Finalmente un utilizzo dell'energia solare in grado di mettere d'accordo domanda e offerta!
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