Wie man frisch bleibt

Warm, heiß, brennend

Seit Anbeginn der Zeit versuchen die Menschen, sich vor extremen Wetterbedingungen zu schützen, sowohl vor Hitze als auch vor Kälte. Es hat nicht lange gedauert, bis wir Lösungen gefunden haben, um richtig zu heizen, auch wenn die Effizienz immer noch ein Problem ist, aber die Kühlung ist ein schwer fassbares Problem geblieben. Und das wird auch in nächster Zeit nicht besser werden.

Durch die globale Erwärmung nimmt die Zahl der extremen Hitzeereignisse überall auf der Erde zu. Zwar ist die Erde derzeit nur um ein Grad wärmer als vor der industriellen Revolution, doch führt diese kleine Veränderung zu großen Schwankungen bei der Anzahl und Schwere der Hitzewellen. Große Hitzewellen, die als "einmal alle 50 Jahre"-Ereignisse galten, sind heute 4,8 Mal wahrscheinlicher als noch vor 150 Jahren.

Da wir die Netto-Null-Emissionen noch nicht erreicht haben, wird sich die Situation in den kommenden Jahrzehnten natürlich weiter verschlimmern. Wenn wir 2 Grad erreichen, wird die Wahrscheinlichkeit extremer Hitzewellen um das 13,9-fache steigen. Diese Zahl steigt auf 39,2, wenn wir im Jahr 2100 4 Grad erreichen. Insgesamt werden immer mehr Tage im Jahr als tödlich heiß eingestuft werden. In tropischen Regionen könnte es unter den Annahmen für hohe Emissionen bis zum Jahr 2100 mehr als 200 zusätzliche "Killertage" (Tage mit einem Hitzeindex von mehr als 41 Grad) geben.

500 000 Menschen sterben jedes Jahr an übermäßiger Hitze

Solche Tage sind für den Menschen extrem schädlich. Unser Körper kann nicht richtig funktionieren, wenn es mehr als ein paar Zehntel Grad wärmer ist als seine übliche Temperatur, daher hat er eine Reihe von Kühlmechanismen entwickelt. Bei extremer Hitze können diese Mechanismen jedoch versagen. Das Schwitzen zum Beispiel funktioniert nur, wenn die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit ausreichend niedrig sind. Extreme Hitze führt zu Dehydrierung, Hitzekrämpfen und sogar zu Hitzeschlägen, wenn der Körper eine Innentemperatur von über 40 Grad Celsius erreicht.

Insgesamt sterben jedes Jahr etwa 500 000 Menschen an den Folgen übermäßiger Hitze. In Europa ist die Sterblichkeitsrate bei Hitze in den letzten zwei Jahrzehnten um 30 % gestiegen. Erst im Juni dieses Jahres schätzten Forscher des Imperial College London, dass sich die Zahl der Todesfälle allein durch den Anstieg der Temperatur um 1,4 Grad verdreifacht hat und für 1500 Todesfälle in Europa verantwortlich ist. Hitze ist tödlich. Hitze ist tödlich.

Wie können wir uns kühlen?

Um uns vor extremer Hitze zu schützen, gibt es derzeit meist nur zwei Lösungen. Der Aufenthalt in geschlossenen Räumen (in einem gut isolierten Gebäude und unter Beachtung einiger Tipps, um die Hitze draußen zu halten) und die konventionelle Kühlung, auch bekannt als Dampfkompressionskühlung.

Dampfkompressionskühlung

Bei der Dampfkompressionskühlung werden Druck und eine spezielle Flüssigkeit, ein so genanntes Kältemittel, verwendet, um verschiedene Räume zu kühlen. Das Kältemittel hat seltene Eigenschaften, vor allem seine Fähigkeit, leicht zu verdampfen, aber so gut wie jede Flüssigkeit kann mit etwas komplexeren Systemen verwendet werden. Das Kältemittel durchläuft einen Kreislauf, in dem es die Wärme aus den kühlen Räumen" (innen) aufnimmt und an die heißen Räume" (außen) abgibt. Dieser Kreislauf besteht aus 4 Hauptschritten:

• Zunächst wird das Kältemittel zu einem unter hohem Druck stehenden Gas komprimiert, wodurch es sehr heiß wird. In diesem Schritt wird Energie von der Maschine in den Kreislauf eingespeist.

• Das Kältemittel ist nun heißer als die Außenluft. Beide kommen miteinander in Kontakt, und die Wärme wandert auf natürliche Weise vom Kältemittel nach außen.

• Nachdem das Kältemittel einen Teil seiner Wärme verloren, aber seinen Druck beibehalten hat, kann es sich ausdehnen und verliert dadurch seinen Druck und seine Temperatur. Da es jedoch einen Teil seiner Wärme nach außen abgegeben hat, ist es bei der Rückkehr zu seinem ursprünglichen Druck viel kälter als zuvor.

• Das kalte Kältemittel kommt mit den Innenräumen in Kontakt, wo es auf natürliche Weise Wärme aufnimmt, bis es in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehrt.

• Nach erfolgreichem Abschluss des Zyklus hat das Kältemittel Energie von innen aufgenommen und nach außen abgegeben.

Wand mit mehreren AC-Geräten

Das Problem ist natürlich, dass der Strom für den Betrieb dieser Geräte oft aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe stammt, was das Problem, vor dem sie uns schützen, noch verstärkt. Dies ist ein Teufelskreis: Je mehr sich der Planet aufheizt, desto mehr müssen wir uns abkühlen, desto mehr tragen wir zur Erwärmung des Planeten bei. Klimaanlagen stoßen bereits über 1 Milliarde Tonnen CO2 pro Jahr aus und sind die am schnellsten wachsende Quelle von CO2-Emissionen im Zusammenhang mit Gebäuden.

Klimaanlagen sind für 3 % unserer Emissionen und 7 % unseres Stromverbrauchs verantwortlich.

Wie können wir es besser machen?

Es gibt derzeit viele Start-ups und Unternehmen, die sich um die Verbesserung unserer Kühlmethoden bemühen, um sie effizienter und weniger umweltschädlich zu machen.

Neue Kühltechniken

Die Dampfkompressionskühlung ist nicht die einzige Technik, die es gibt. Werfen wir einen genaueren Blick auf drei neue Arten der Kühlung, die derzeit entwickelt werden.

Die erste ist eine sehr einfache Verbesserung der Dampfkühlung: das Ersetzen des Kältemittels, das oft eine sehr umweltschädliche Flüssigkeit ist (in der Regel mehr als 1000 Mal klimaschädlicher als CO2), durch einfache Flüssigkeiten wie Wasser oder CO2. Unternehmen wie Enersion oder Green-Y finden kreative Verfahren, um diese umweltfreundlichen Kältemittel zu verwenden, ohne die Effizienz des Geräts zu beeinträchtigen.

Die zweite Technik ist wesentlich komplexer und wird als magnetokalorische Kühlung bezeichnet. Sie nutzt den magnetokalorischen Effekt, bei dem sich bestimmte Feststoffe erwärmen oder abkühlen, wenn ein Magnetfeld an sie angelegt wird. Magnetokalorische Systeme funktionieren ganz ähnlich wie Dampfkompressionssysteme: Sie ersetzen lediglich das Kältemittel durch ein Stück Metall und den Kompressor durch ein Magnetfeld. Obwohl dieser Effekt bereits vor mehr als hundert Jahren entdeckt wurde (der Großvater unseres Gründers, Auguste Piccard, war einer der ersten, der diesen Effekt beobachtete), befindet sich die Technologie noch in der Anfangsphase. Obwohl sie theoretisch nicht effizienter sein kann als der Carnot-Kreislauf, kann sie insgesamt effizienter sein, da weniger Energie für bewegliche Teile aufgewendet wird. Unternehmen wie Magnoric, Camfridge und Polaris arbeiten aktiv daran, kommerzielle Anwendungen dieser Technologie auf den Markt zu bringen.

Die dritte Technik ist der Einsatz von thermoakustischen Motoren. Sie machen sich die Tatsache zunutze, dass Schall durch die Bewegung von Partikeln in Festkörpern Reibung und damit Wärme erzeugt. Dieser Effekt kann umgekehrt werden, und die Wärme kann wiederum in Schall umgewandelt werden. Das ist natürlich viel komplizierter, als es sich anhört (Wortspiel beabsichtigt), aber Sie können hier mehr darüber erfahren, wie es funktioniert, oder Sie können einen Blick auf einige unserer ausgezeichneten Lösungen werfen, die versuchen, funktionale und finanziell tragfähige industrielle Systeme zu schaffen, wie Equium oder Blue Heart Energy.

Darüber hinaus ist die Kühlung von Anlagen, die weit vom Stromnetz entfernt sind, manchmal unmöglich zu erreichen. Dies führt dazu, dass die Menschen in abgelegenen Gebieten keine Lösungen haben, um ihre Lebensmittel frisch zu halten und sich vor Hitze zu schützen. Es wurden neue Technologien entwickelt, die eine netzunabhängige Kühlung ermöglichen, wie z. B. die Cool Box von Solar Polar, die die Energie der Sonne für eine emissionsfreie Kühlung ohne bewegliche Teile nutzt, oder Helio Cooling von HelioClim, das konzentrierte Sonnenstrahlen zum Betrieb einer Wärmepumpe nutzt.

Neue Speichertechniken

Kühlen ist großartig, aber um wirklich effizient zu sein, müssen wir in der Lage sein, Wärme und Kälte auf effiziente Weise zu speichern. Auf diese Weise können wir Kälte erzeugen, wenn die Bedingungen am besten sind, und sie nutzen, wenn sie gebraucht wird.

Der Boden ist ein hervorragender Ort, um Wärme und Kälte zu speichern. Das liegt daran, dass die thermische Trägheit des Bodens beträchtlich ist, was bedeutet, dass sich seine Temperatur nur sehr wenig ändert, wenn er Temperaturschwankungen oder Energieströmen aus seiner Umgebung ausgesetzt ist. Das bedeutet, dass der Boden in einer Tiefe von mehr als 4 Metern das ganze Jahr über eine konstante Temperatur hat, unabhängig davon, was über ihm geschieht. Daraus lassen sich zwei Schlussfolgerungen ziehen:

• Wir können den Boden das ganze Jahr über als Quelle konstanter Wärme oder Kälte nutzen. Wenn der Boden unter Ihrem Haus eine Temperatur von 16° hat, können Sie Wasser durch ihn zirkulieren lassen und erhalten so eine Wärmequelle für den Winter oder eine Kältequelle für den Sommer. Das ist das Konzept hinter der GeoTerre Geothermie-Wand.

• Wir können den Boden nutzen, um im Sommer einen Teil unserer überschüssigen Wärme zu speichern und damit unser Haus zu kühlen, und diese zusätzliche Wärme im Winter nutzen, um uns selbst zu heizen, ein Prozess, der als Geostorage bezeichnet wird. Das ist es, woran das Team von Accenta arbeitet.

Geothermische Installation in Island

Wenn der Boden nicht in Frage kommt, gibt es kreative Alternativen. Soprema zum Beispiel hat festgestellt, dass einige bereits vorhandene Strukturen zur Speicherung von Wärme oder Kälte genutzt werden können. Sie änderten den obligatorischen Feuertank an ihrem Gebäude, um ihn als Wärme- oder Kältespeicher zu nutzen. Boreales erkannte, dass Eis eine große Kältespeicherkapazität hat, so dass sie in der Lage sind, Kälte zu erzeugen, wenn Energie im Überfluss vorhanden ist, sie in Form von Eis zu speichern und sie bei Bedarf wieder abzugeben. HeatTank hingegen geht den Hightech-Weg und verwendet Biomaterialien, so genannte Phase Change Materials, um Kälte auf kompakte Weise zu speichern und so das für die Wärmespeicherung benötigte Volumen um 90 % zu reduzieren.

Verbesserung der Gebäudeeffizienz.

Es ist erstaunlich, dass wir Kälte erzeugen können, wann und wo immer wir wollen, aber der wichtigste Schritt in Richtung Energieeffizienz besteht darin, die Kälte zu bewahren, die wir bereits haben. Hier ist ein Überblick über all das, was wir zu diesem Zweck tun können.

Die offensichtlichste Idee, um mehr Kälte im Haus zu halten, ist eine bessere Isolierung. Isolierung ist das A und O, um die Wärme draußen zu halten. Es ist erwiesen, dass eine schlechte Isolierung dazu führen kann, dass Häuser im Winter ein Drittel ihrer Wärme verlieren. Eine gute Isolierung spart Geld und CO2 und erhöht den Komfort eines Hauses. Die Dämmung hängt von den verwendeten Materialien und der Art des Wandaufbaus ab. Der beste Dämmstoff ist das Vakuum, da es keine Wärme durchlässt, aber es ist sehr schwierig, dies in Wänden zu erreichen. Es gibt Unternehmen, die versuchen, vakuumisolierte Wände zu schaffen, wie z. B. die WALLRUS Isolierpaneele, aber es gibt auch andere Möglichkeiten, eine gute Isolierung zu erreichen:

• Airium ist ein einzigartiges Material, das eine hervorragende Dämmung für wenig Geld bietet. Es ist einfach zu verwenden und leicht zu recyceln.

• Tl-Skin ist ein neues Material, das Phasenwechselmaterialien verwendet (genau wie HeatTank), um eindringende Wärme zu speichern und zu verhindern, dass sie durchgelassen wird.

• Neue Strukturblöcke wie Caleosol ECO+ oder der EPIC-Block machen es einfach, gut isolierte Strukturen mit modularen Blöcken zu bauen, die überall passen und leicht zu montieren sind.

• Structure Cooling ist ein kreativer Ansatz, um Gebäude kühl zu halten, indem kühles Abwasser durch die Wände zirkuliert wird.

Eine andere Möglichkeit, Gebäude vor der Hitze von außen zu schützen, besteht darin, sie mit einer Schutzschicht zu überziehen. Es gibt zwei Hauptalternativen, die beide effizient, aber nicht miteinander vereinbar sind:

• Der Anstrich von Gebäuden mit superweißer Farbe, wie SolarCoat oder CoolRoof, die nahezu 100 % des Sonnenlichts reflektieren und dafür sorgen, dass nichts davon vom Dach aufgefangen und in Wärme umgewandelt wird.

• Begrünung von Gebäuden mit Pflanzen, Dachgärten und grünen Wänden. Pflanzen sind unglaublich gut darin, Wärme draußen oder drinnen zu halten: Sie können die Energierechnung eines Gebäudes um 22 % verbessern. Dies ist der Weg, den Lösungen wie Vertiscape oder Sky Water Roof beschreiten.

Fernkühlung, umgesetzt von Engie

Ein weiteres Instrument zur Steuerung der Gebäudetemperatur ist die Bündelung der Ressourcen für mehr Effizienz und Flexibilität. Fernkältesysteme funktionieren genau wie Zentralheizungssysteme: Sie versorgen die Gebäude, die Kälte benötigen, von einer zentralen Anlage aus. Auf diese Weise erhalten die Gebäude genau die Kälte, die sie brauchen, wenn sie sie brauchen, ohne sich um kostspielige Kühlsysteme kümmern zu müssen. Systeme der letzten Generation können verschiedene Gebäude sowohl mit Wärme als auch mit Kälte versorgen und die Abwärme aus dem Kühlprozess wieder in das Heizsystem einspeisen. Dies ist die Idee hinter Lösungen wie CAAS oder Boostherm.

Was ist noch zu tun?

Wie wir gesehen haben, gibt es eine Fülle von Lösungen zum effektiven Heizen und Kühlen. Doch sie nützen nichts, wenn sie nicht umgesetzt werden. Heutzutage kaufen die meisten Verbraucher die billigsten Klimaanlagen auf dem Markt, die manchmal fünfmal weniger effizient sind als die besten verfügbaren Klimaanlagen. Dies führt zu höheren Energierechnungen, kürzeren Lebensdauern und mehr Emissionen. Es geht also nicht so sehr darum, welche Technologien zur Verfügung stehen, sondern darum, mit welchen Vorschriften und Anreizen wir diese Technologien auf breiter Basis durchsetzen können.