Lunarkollektor: Neuer Ansatz für die Gebäudekühlung in heißen Regionen ausgezeichnet

(30.11.2012) Die in Ulm ansässige Wieland-Werke AG hatte 2012 einen Preis für Ab­schlussarbeiten an der Hochschule Ulm ausgeschrieben, deren Ergebnisse eine nach­haltighe Entwicklung unter Bezug auf Ökologie, Wirtschaft und/oder Soziales fördern. Der Preisträger ist Jakob Merk, Bachelor of Engineering (B. Eng.), der in seiner Bache­lor-Arbeit ein Simulationsmodell für einen Lunarkollektor entworfen hat. Auf dessen Basis lassen sich umweltschonende Strahlungskühlsysteme für die Gebäudekühlung in heißen Regionen entwickeln. Geehrt wurden außerdem die Professoren Dr.-Ing. Ger­hard Mengedoht und Dr.-Ing. Raimund Ruderich, die Merks Arbeit betreuten.

v.l.n.r.: Die Betreuer Prof. Dr.-Ing. Raimund Ruderich und Prof. Dr.-Ing. Gerhard Mengedoht, der Preisträger Jakob Merk, B. Eng., sowie Dr. Matthias Pauly, Personalchef der Wieland-Werke AG 

Hintergrund für die Bachleor-Arbeit ist die Tatsache, dass die Gebäudeklimatisierung in heißen Klimazonen weitgehend über herkömmliche energiefressende Kompressionskäl­temaschinen erfolgt. Eine Alternative bietet der Einsatz von Strahlungskühlung, indem ein Kollektor nachts Wärme aus dem Gebäude an die Umgebung bzw. den Himmel ab­gibt. Ein solcher „Lunarkollektor“ besteht aus einer Metallplatte, durch die ein Fluid (Wasser) strömt. Durch die Wärmeabstrahlung wird das Fluid abgekühlt und kann so über Rohrschleifen, die in Gebäudeteilen verlegt sind, dem Gebäude selbst wiederum Wärme entziehen. Zusätzlich bedarf es einer Abdeckung der Kollektorplatte durch Konvektionsfolien, um die Oberfläche des Kollektors deutlich unter der Umgebungstem­peratur zu halten.

Jakob Merk hat im Studiengang Energiesysteme für das thermische Simulationspro­gramm TRNSYS ein Modul entwickelt, das ein solches Strahlungskühlsystem mit und ohne Konvektionsschutz abbildet. Anhand von Temperaturmessungen an einem Proto­typen des Lunarkolletors sowie von modellbasierten Simulationsstudien konnte er die Wechselwirkungen zwischen Kühlsystem und Gebäude aufzeigen. Dabei wurde ersicht­lich, dass das Kühlsystem besonders dann effizient arbeitet, wenn es mit einem Kon­vektionsschutz ausgestattet ist. Als Referenz wurde ein Gebäude in Kairo gewählt und durch Simulation nachgewiesen, dass mit diesem Ansatz eine Gebäudetemperatur von unter 27 Grad Celsius ganzjährig möglich ist. Da lediglich eine Umwälzpumpe benötigt wird, hat das Kühlsystem zudem einen geringen Energiebedarf. Dieser sollte sich ohne weiteres über Photovoltaik-Strom decken lassen. Zusätzlicher Wasserbedarf - wie bei der Kühlung über Verdunstungskälte - entfällt außerdem.

Das modellierte Kühlsystem lässt ein hohes Potential für den Einsatz zur Kühlung von Wohn- und Nutzgebäuden jeglicher Größe erwarten. Das gilt aufgrund der einfachen und wartungsarmen Anlagentechnik insbesondere für Entwicklungs- und Schwellenlän­der, die dieses Produkt selbst herstellen könnten.

Der Wieland-Preis für Nachhaltigkeit in Technik und Wirtschaft ist der höchstdotierte Preis für studentische Arbeiten an der Hochschule Ulm und würdigt gleichzeitig die Leistung der betreuenden Hochschul-Professoren durch einen Geldbetrag für ihre wis­senschaftlichen Aktivitäten. Die diesjährige Preisverleihung fand im Rahmen der Ab­schlussfeier anlässlich der Verabschiedung der Absolventen des Sommersemesters 2012 statt.