Luftkollektor

Luftkollektor (Warmluftkollektor)

Luftkollektoren sind eine Art von Solarkollektoren, bei der Luft statt Wasser als Wärmeträger benutzt wird. Der Aufbau eines Warmluftkollektors ist ähnlich: In der Regel sind in eine Metallwanne die Wärmesammler (sog. Absorber) eingelegt, die die durch die Sonne eingestrahlte Wärmeenergie an die darunter strömende Luft weitergeben. Die Oberseite bildet eine Glasabdeckung, die den Kollektor vor Umwelteinflüssen (Regen, Hagel etc.) schützt.

Moderne Luftkollektoren erreichen in Bezug auf die Wärmeübertragung Wirkungsgrade von 50 bis 70 %. Der Kollektor kann überall dort montiert werden, wo er der Sonne im Laufe des Tages zugewandt ist. Meist bietet sich die Montage auf dem Hausdach an. Da Luft an sich so gut wie keine Energie (über längere Zeit) speichern kann, gibt es zwei Verfahren, die Wärme nutzbar zu machen:

Nutzungsart von Luftkollektoren

a) Die im Warmluftkollektor erwärmte Luft kann mithilfe eines Ventilators direkt in das Gebäude eingeblasen werden. Dies ist eine einfache und unkomplizierte Variante zum Heizen und Lüften mit der Sonne für die unterschiedlichsten Gebäude (Ferienhäuser, Wohnhäuser, Hallengebäude…). Auch eine Kombination von Luftkollektoren mit Luftheizanlagen ist möglich. In Hallengebäuden sind Luftheizungen hierzulande sehr verbreitet, weshalb gerade hier eine Einbindung von Luftkollektoren sehr interessant ist.

b) Alternativ gibt die stark erhitze Luft zunächst nicht benötige Wärme über einen Wärmetauscher an ein Speichermedium ab. Hier bietet sich wegen der hohen Speicherkapazität zunächst ein gedämmter Wasserspeicher an. Danach wird die abgekühlte Luft wie bei (a) in die Räume geblasen.

Statt eines Wasserspeichers kann auch ein gedämmter Steinspeicher genutzt werden. Auch hier wird die Luft nach der Abgabe eines Teils der Wärme anschließend in die Gebäude geblasen. Eine weitere Möglichkeit stellen sogenannte Hypokausten- & Murokausten dar, die bei optimaler Auslegung ein Speichervolumen von 1 bis 3 Tagen bieten können.

Im Vergleich zu Wasserkollektoren sind Luftkollektoren derzeit noch nicht sehr verbreitet. Luftkollektoren werden aber auch in Deutschland zunehmen interessanter, da sie eine einfache und unkomplizierte Heizmöglichkeit ohne Verbrauch fossiler Energieträger darstellen. Zusätzlich bringen die Kollektoren frische gefilterte Luft ins Gebäude und ermöglichen so eine Lüftung mit Energiegewinn.
In Landwirtschaft und Industrie werden Luftkollektoren schon seit mehreren Jahren erfolgreich zur Trocknung von Heu, Getreide, Kräutern oder anderer Biomasse eingesetzt. Auch hier wird der Heiz- und Lüftungseffekt der Anlage ausgenutzt. Der Deutsche Alpenverein (DAV) setzt beispielsweise SolarLuft-Kollektoren zum Heizen und Lüften von Berghütten, aber auch zum Trocknen und Kompostieren von Reststoffen aus dem Hüttenbetrieb ein. In dem Forschungsprojekt „Reststoffbehandlung im Hochgebirge“, das von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) gefördert wurde, sind SolarLuft-Kollektoren als Solar-Schlammtrockner und Solar-Komposter ausführlich untersucht worden.

Nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) wird die Installation einer solarthermischen Anlage in Deutschland staatlich gefördert. Diese Förderung kann jeder Privatanwender auch bei Inbetriebnahme einer Luftkollektoranlage in Anspruch nehmen.

 

Vorteile – Nachteile von Luftkollektoren

Nachteilig ist, dass keine dünnen Wasserrohre, sondern dickere Luftkanäle in den Häusern eingebaut werden müssen. Dies kann in Neubauten bereits bei der Konstruktion berücksichtigt werden, bei Altbauten sind jedoch individuelle Lösungen gefragt.

Von Vorteil ist, dass Luft nicht kochen und die Kollektoren beschädigen kann. Außerdem können Luftkollektoren und -leitungen nicht einfrieren. Leckagen im Lüftungsrohrsystem sind weniger schädigend als Wasserschäden. Im Winter, wenn von der Sonne weniger Wärme eingefangen wird, kann die Luft – sobald sie Zimmertemperatur hat – direkt in die Räume geleitet werden. Luftkollektoren fangen schon geringe Sonnenwärme ein und sind deshalb reaktionsschneller als Wasserkollektoren, die mehr Sonneneinstrahlung benötigen und deshalb nicht so schnell reagieren können.

 

Erweiterte Nutzung durch Energiekaskade

Eine weitere Möglichkeit besteht bei sehr hohen Temperaturen (Wärmeüberschuss im Sommer, klare Wintertage mit viel Sonnenstrahlung). Durch einen zweiten Wärmeträger (Wasser, Alkohol oder andere leicht siedende Flüssigkeiten) kann mittels der erhitzten Luft durch eine Dampfmaschine, -turbine zunächst mechanische Energie für die Stromgewinnung bereitstellt werden. Diese sogenannte Energiekaskade erzeugt zuerst Strom und versorgt dann Verbraucher, die einen niedrigeren Wärmebedarf haben. Weiterhin lässt sich mit der stark erhitzten Luft auch Kälte erzeugen, indem eine Absorptionskältemaschine in Form eines Kühlschranks oder Klimaanlagebetrieben wird. Durch den Klimawandel wird ein steigender Kältebedarf während des Sommers in den nächsten Jahrzehnten erwartet. Bei Überdimensionierung der Kollektorfläche und Speicherung in einem großen Steinspeicher kann auch in der Nacht noch Energie aus der Kollektoranlage gewonnen werden.

 

Autarke Luftkollektoren

Für Lauben, Hütten und Ferienhäuser existiert ein Modell, das aus einem normalen Luftkollektor besteht, zusätzlich jedoch ein integriertes Photovoltaikmodul besitzt. Der im Photovoltaikmodul erzeugte Strom treibt einen Ventilator an, der sich ebenfalls im Kollektor befindet. Erwärmte Luft wird in die Wohnräume geblasen und temperiert den Innenraum. Die Regelung erfolgt über eine einfache Thermostatsteuerung. Als Einsatzbereich bieten sich Gebäude an, die nur zeitweise genutzt werden. Durch die autarke Luftkollektoranlage wird der Innenraum gelüftet (und somit trocken gehalten) und temperiert. Muffiger Geruch wird verhindert. Folgende autarke Luftkollektoren sind erhältlich: