Neuer Ansatz für Gebäudekühlung in heißen Regionen mit Wieland-Preis ausgezeichnet

Der diesjährige Preisträger ist Jakob Merk, B. Eng., der in seiner Bachelor-Arbeit ein Simulationsmodell für einen Lunarkollektor entwarf. 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.

Hintergrund für die Bachleor-Arbeit ist die Tatsache, dass das Kühlen von Gebäudeteilen in heißen Klimazonen weitgehend über herkömmliche Kompressionskältemaschinen erfolgt. Diese verbrauchen meist selbst viel Energie und stoßen große Mengen an CO2 aus. Eine Alternative bietet der Einsatz von Strahlungskühlung, indem ein Kollektor nachts Wärme an die Umgebung bzw. den Himmel abgibt.
Ein solcher „Lunarkollektor“ besteht aus einer Wasser (Fluid) durchströmtem Metallplatte. 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 Platte durch Konvektionsfolien, um die Oberfläche des Kollektors deutlich unter der Umgebungstemperatur zu halten.

Jakob Merk, Studiengang Energiesysteme, hat für das thermische Simulationsprogramm TRNSYS ein Modul entwickelt, das einen solches Strahlungskühlsystem mit und ohne Konvektionsschutz abbildet. Anhand von Temperaturmessungen an einem nichtdruckströmten Prototypen des Lunarkolletor sowie von modellbasierten Simulationsstudien konnte er die Wechselwirkungen zwischen Kühlsystem und Gebäude aufzeigen. Dabei wurde ersichtlich, dass das Kühlsystem besonders 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 würde, hätte das Kühlsystem zudem einen geringen Energiebedarf. Dieser ließe sich ohne weiteres über Photovoltaik-Strom decken. Zusätzlicher Wasserbedarf wie bei Kühlung über Verdunstungskälte wie zum Beispiel beim Einsatz eines Nasskühlturmes entfiele hier außerdem.

Das modellierte Kühlsystem bietet ein hohes Potential für den Einsatz zur Kühlung von Wohn- und Nutzgebäuden jeglicher Größe. 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. Verliehen wurde die Auszeichnung durch Dr. Matthias Pauly, Leiter des Personalbereichs der Wieland-Werke AG.