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Solarkühlung

Kühle Häuser durch heiße Sonnenstrahlen

Durch eine Kombination von Fotovoltaik-Modulen mit Wärmepumpen können Häuser umweltfreundlich gekühlt werden.
Durch eine Kombination von Fotovoltaik-Modulen mit Wärmepumpen können Häuser umweltfreundlich gekühlt werden.Samyag Shah / Unsplash
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„Grüne“ Technologien zur Gebäudekühlung sollen herkömmliche, umweltschädigende Klimaanlagen ersetzen. Der Bedarf ist enorm und wird weiter wachsen: Schon heute verbrauchen Kühlgeräte mehr als doppelt so viel Strom wie der gesamte afrikanische Kontinent.

Auch wenn es paradox klingen mag: Die Hitze der Sonne zur Kühlung von Gebäuden zu nutzen, ist für viele Experten eine zukunftsweisende Idee. Auch Wissenschaftler des Austrian Institute of Technology (AIT) arbeiten daran, diesen Ansatz weiterzuentwickeln, und hüllen dafür Häuser in eine eigene Haut, die „Coolskin“. Langfristiges Ziel ist es, herkömmliche Klimaanlagen überflüssig zu machen, denn sie blasen Treibhausgase in die Atmosphäre und heizen damit den Klimawandel nur noch weiter an.

Der Kühlbedarf in Gebäuden wird den Heizbedarf weltweit in einigen Jahren übersteigen, sagen Experten voraus. Bereits jetzt verbrauchen die rund 1,6 Milliarden Klimaanlagen, die vor allem in den USA und in Fernost im Einsatz sind, mehr als doppelt so viel Strom wie der gesamte afrikanische Kontinent. Der globale Energieverbrauch hat sich in den letzten 30 Jahren verdreifacht.

Solarzellen versorgen Wärmepumpe

Auch in Wien wurden im vergangenen Sommer 38 Tropentage mit Temperaturen jenseits der 30 Grad verzeichnet, die globale Erwärmung lässt die Zahl in Zukunft wohl noch weiter steigen. Das Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie (BMK) fördert daher Forschungsprojekte zur Entwicklung klimaverträglicher Alternativen.

„Grüne“ Lösungen wie die „Coolskin“ bauen auf das Prinzip der Solarkühlung. „Die ,Haut‘ besteht aus Fassadenelementen, die Fotovoltaik-Module und Wärmepumpen miteinander kombinieren, wodurch die Sonnenenergie direkt die Kühlung für die dahinter liegenden Innenräume bereitstellt“, erklärt Gerhard Zucker, Koordinator für Heizung, Kühlung und Klimatechnik in Gebäuden am AIT. „Das System ist energietechnisch autark und braucht keine zusätzliche Energie aus externen Quellen.“

Am AIT-Standort Graz wurde die „Coolskin“ anhand von Laboraufbauten bereits getestet. „Der große Vorteil liegt darin, dass genau dann, wenn der größte Kühlbedarf herrscht, auch am meisten Kühlenergie zur Verfügung steht“, berichtet Zucker. Und: Die Energie wird dort verbraucht, wo sie produziert wird. Nächstes Forschungsziel ist die Optimierung der Module. Was man erreichen will, ist, dass das gesamte System für ein bestimmtes Gebäude industriell konfiguriert und vorgefertigt werden kann. „Damit unterscheidet sich diese Technologie wesentlich von konventionellen Kühlsystemen, bei denen nur die einzelnen Komponenten vorproduziert sind.“

Folie schickt Wärme ins Weltall

Wie man mit mehreren Komponenten unter Zuhilfenahme der Sonne Gebäude kühlen kann, zeigt unter anderem das Grazer Solartechnik-Unternehmen „Solid“. „Über Sonnenkollektoren wird Energie zum Antrieb einer Kältemaschine erzeugt, die das in der Flächenheizung zirkulierende Wasser kühlt“, erklärt „Solid“-Experte Christian Holter, der unter anderem die Grazer Universität mit dieser Technologie ausgestattet hat. Nun gelte es, das System vor allem hinsichtlich des Platzbedarfs zu optimieren, damit sich künftig die Nutzung auch durch private Hauseigentümer rentiert.

Die Praxistauglichkeit eines anderen Ansatzes wurde von Wissenschaftlern der Forschungsgesellschaft Joanneum Research im Rahmen eines BMK-Projekts getestet. Bei der „Photonenkühlung“ wird auf dem Haus eine Spiegelfolie angebracht, deren Aufgabe es ist, die Wärmestrahlung des Hauses vom Dach nach oben zu lenken.
„Das Weltall hat eine sehr tiefe Hintergrundtemperatur, die sich diese Technologie zunutze macht“, erklärt Christian Sommer, Leiter der Forschungsgruppe Licht und Optische Technologien am Joanneum-Standort in Weiz (Steiermark). Die durch die Hitze im Haus erwärmte Kühlflüssigkeit wird in die Folie geleitet, dort durch die Abstrahlung ins Weltall gekühlt und ins Haus zurückgeschickt, wo in der Folge die Raumtemperatur sinkt. Die Atmosphäre wird dabei nicht aufgeheizt, da sich die Strahlung darüber hinaus ausbreitet.

Bisherige Messungen unter Projektleitung von Gerhard Peharz ergaben, dass mit dieser Methode tatsächlich ein merkbarer Temperaturunterschied im Haus erzielt werden kann. Dennoch bedürfe es noch großer Forschungsanstrengungen, um das System kostengünstiger und serienreif zu machen, betont Sommer. Größtes Problem: Tagsüber ist der Wärmeeintrag durch die Sonne höher als die Abstrahlung, erst abends kann tatsächlich gekühlt werden. Zudem funktioniert das System nur bei wolkenlosem Himmel und niedriger Luftfeuchtigkeit optimal.
„In naher Zukunft ist diese Technologie nur als Ergänzung zu anderen Kühlsystemen denkbar“, fasst Sommer die bisherigen Forschungsergebnisse zusammen. „Diese müssten sich freilich, um umweltfreundlich zu sein, von den derzeitigen wesentlich unterscheiden.“