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Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung

Die heutige Energieversorgung mit Strom, Wärme und Kälte erfolgt in der Regel auf getrennten Wegen: Strom aus dem öffentlichen Netz - überwiegend gespeist aus Großkraftwerken -, Wärme durch öl-, gas- oder biomassebefeuerten Kesseln, Kälte durch elektrische Kältemaschinen.

 

Das Umweltministerium beziffert, in einer in Auftrag gegebenen Studie aus dem Jahr 2014, Zuwachsraten von 3,5%/a und 5%/a für die installierte Klimakälteleistung. Dieser Trend, die Gebäudenutzfläche zu kühlen, wird sich wohl auch in den nächsten Jahren fortsetzen. Der Energiebedarf für die Kälteerzeugung in Deutschland wird mit einem Anteil von rd. 14 % an der Endenergie (Strom) bzw. rd. 6 % Anteil an der Primärenergie eingeschätzt. Der Bedarf entsteht im Wesentlichen in der Nahrungsmittelbranche mit rd. 67 %, im Bereich der Klimatisierung mit rd. 22 % und zu rd. 9 % im Bereich der Industriekälte. Zu erwarten ist ein weiterer Anstieg des Energiebedarfs für Klimatisierung und Kühlung auch in den kommenden Jahren.

 

Die Gründe dafür sind vielfältig: wesentliche Einflussfaktoren sind zum einen die konstruktive Bauweise der Gebäude, die Gebäudenutzung, steigende interne Lasten sowie gestiegene Komfortansprüche bei gleichzeitig sich verändernden klimatischen Bedingungen. Zum anderen führt auch der quantitative Zubau von Büro- und Dienstleistungsgebäuden zu einem Bedarfsanstieg.

 

Eine Steigerung des Kühlbedarfs und dessen Deckung durch elektrisch betriebene Kompressionskältemaschinen (im kleinen Leistungsbereich sog. Split-Geräte) lässt eine Verschärfung der bereits bestehender Probleme in der Energieversorgung wie z. B. hohe Spitzenlasten im Sommer - die bereits zu Überlasten in europäischen Stromnetzen geführt haben -, Importabhängigkeit beim Brennstoff und höhere CO2 -Emissionen erwarten.

 

Konstruktive Maßnahmen, passive Kühlung oder andere Niedrigenergie-Kühlkonzepte wie Erdsonden, können diesem Trend entgegen wirken und zusätzlichen Bedarf vermeiden bzw. senken. Wer allerdings hohe Komfortansprüche an das sommerliche Raumklima stellt, benötigt auch unter deutschen Klimabedingungen eine aktive Klimatisierung.

 

Kälteanlagen, die mit thermischer Energie aus KWK-Anlagen wie Blockheizkraftwerke (BHKW), Mikrogasturbinen (MGT) oder ggf. Hochtemperatur-Brennstoffzellen (BZ) angetrieben werden, können der prognostizierten Entwicklung ebenfalls entgegenwirken. Die Nutzung der im Sommer im Allgemeinen vorhandenen Wärmeerzeugungskapazitäten zur Kälteerzeugung trägt zu einer Steigerung der Energieeffizienz bei und kann zu einer verbesserten Wirtschaftlichkeit der eingesetzten Erzeugungsanlage führen. Im Vergleich zu konventionellen Kompressions-Kältemaschinen kann der Einsatz thermisch betriebener Kälteanlagen die CO2 -Emissionen mindern.

 

Ein Marktpotential für die Technologie der KWKK-Anlagen findet sich sowohl bei vorwiegend heizungsorientierten Anwendungen mit einer Verbesserung der Wirtschaftlichkeit der KWK-Anlage durch die Zusatzoption Kühlung im Sommer, als auch bei primär der Kühlung dienenden Anlagen wie zum Beispiel in Rechenzentren. Anwendungsgebiete können weiterhin Objekte wie Hotels, Bürogebäude sowie Dienstleistungs- und Gewerbebetriebe, Krankenhäuser und Labore mit größeren Leistungen ab einigen 100 kW Kälteleistung sein, aber auch Anwendungen kleinerer Leistungen, bei denen allerdings noch erheblicher Entwicklungsbedarf besteht.

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