Bei dem Vorgang „Kühlen mit Wärme“ wird mit Hilfe von Wärme als Energiequelle Kälte erzeugt. Dafür werden spezielle thermische Kältemaschinen eingesetzt. Die so erzeugte Kälte wird bei der Raumklimatisierung zur Kühlung verwendet.  

Generell machen Kältemaschinen Verdunstungskälte nutzbar, die entsteht, wenn eine Flüssigkeit verdampft. Dieser physikalische Vorgang entzieht der Umgebung Wärme und senkt so die Temperatur. Übertragen auf die Trägermedien Wasser und Luft wird diese Kältewirkung zur Kühlung eingesetzt.

Neben einer angenehmen Raumtemperatur ist die Luftfeuchtigkeit ein wichtiger Faktor. Deshalb ist in vielen warmen Regionen der Erde die Luftentfeuchtung eine zentrale Aufgabe klimatechnischer Anlagen. Grundsätzlich lässt sich das Verfahren der thermischen Kühlung in ein geschlossenes und ein offenes Verfahren unterteilen.

Das geschlossene sorptionsgestützte Verfahren

Das mittels Wärme erzeugte Kaltwasser wird als Medium benutzt. Dieses Kaltwasser wird zur Kühlung der Raumluft in Klimaanlage verwendet oder über ein Kaltwassernetz zu dezentralen Kälteaggregaten in einzelnen Räumen geleitet. Das Grundprinzip  aller thermischen Kältemaschinen ist die Sorption, also die Bindung des Kältemittels in einer chemischen Lösung (Absorption) oder an der Oberfläche eines Festkörpers (Adsorption).

Absorptionskältemaschine

Der Begriff Absorption stammt ursprünglich von dem lateinischen Begriff absorptio und heißt soviel wie saugen, absaugen oder auch aufsaugen. In der Chemie steht er für die Aufnahme eines Stoffes durch einen anderen. Damit die Absorptionsstoffe wieder Feuchtigkeit speichern können, werden diese durch Wärme getrocknet.

Absorptionskältemaschinen sind die weltweit am häufigsten verbreiteten Kältemaschinen. Als Träger werden ein flüssiges Kältemittel und ein flüssiges Lösungsmittel verwendet. Die Antriebswärme ersetzt die elektrische Energie eines mechanischen Kompressors.

Für Kaltwasser über 0°C, das üblicherweise zur Klimatisierung verwendet wird, wird eine Wasser-/Lithiumbromid-Lösung eingesetzt, wobei Wasser als Kältemittel dient. Die Kühlwirkung basiert auf der Verdampfung des Kältemittels Wasser im Verdampfer. Durch ein niedriges Druckniveau verdampft das Wasser bereits bei 4 bis 7°C und erzeugt dabei die nutzbare Kälteenergie. Man spricht in diesem Zusammenhang von Verdunstungskälte. Der Absorber absorbiert den Kältemitteldampf und es entsteht eine konzentrierte Lösung. Die Lösung wird auf ein höheres Druckniveau in einen Generator gepumpt. Hier wird durch Zufuhr von Wärme das Kältemittel ausgedampft und in den Kondensator geleitet. Das Kondensat fließt über ein Ventil zurück in den Verdampfer und wird erneut aufgeheizt. Die typische Leistung für Absorptionskältemaschinen liegt zwischen 30 bis 100 kW.

Adsorptionskältemaschinen

Adsorption bedeutet Anlagerung. Bei diesem Verfahren bindet sich eine Flüssigkeit bzw. Dampf, in der Regel Wasser, an einen Feststoff. Dieser Feststoff wird als Sorbent, der flüssige oder gasförmige Stoff als Sorbat bezeichnet. Das Kältemittel Wasser wird bei der Adsorption durch ein poröses Material, beispielsweise Silikagel adsorbiert.

Während in einer ersten Kammer (Nr.1) heißes Wasser erzeugt und so der Dampf aus dem Sorbent ausgetrieben wird, adsorbiert die zweite Kammer (Nr. 2) den Wasserdampf, der aus dem Verdampfer in die Kammer strömt. Dabei entsteht die nutzbare Kälte. Ist alle Feuchtigkeit verdampft, wird der Prozess umgekehrt. Das bedeutet, dass die Adsorberkammern zwischen Beladung und Regeneration wechseln, damit der Prozess aufrecht erhalten werden kann.

Ein großer Vorteil bei diesem Verfahren ist die einfache und robuste Konstruktion. Nachteilig ist der große Umfang der Anlage. Daher eignen sich diese Anlagen eher für Bürogebäude oder Fabrikhallen.

 

Offene sorptionsgestützte Verfahren

„Offen“ bedeutet, dass das Kältemittel, nachdem es seine Kühlwirkung erfüllt hat, nicht in das System zurückfließt, sondern von einem frischen Kältemittel ersetzt wird. Dieser Kreislauf ist eine Kombination von Verdunstungskühlung und Luftentfeuchtung durch ein Trockenmittel, das Feuchtigkeit an sich zieht. Da ein direkter Kontakt mit der Atmosphäre besteht, kann nur Wasser als Kältemittel eingesetzt werden. Bei Anlagen dieser Art wird generell die Luft behandelt, deshalb sind diese Anlagen auch immer Lüftungsanlagen.