TASK 25 ( Solar Assisted Air Conditioning of Buildings

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1 TASK 25 ( Solar Assisted Air Conditioning of Buildings Wolfgang Streicher, Technische Universität Graz Einleitung Technologie (Ab/Adsorption, DEC) Ausgeführte Beispiele Wirtschaftlichkeit

2 Einleitung: Wieso Koppeln von Solarthermische Anlage und Klimatisierung? Hohe Solarstrahlung und Kühllast treten sowohl kurzzeitig (passive Solargewinne) als auch über das Jahr gesehen oft gleichzeitig auf. Wird ein Sonnenkollektor nur für Brauchwasserbereitung und Heizung eingesetzt, so hat er entweder einen sehr geringen solaren Deckungsgrad oder im Sommer nicht nutzbare Überschüsse, was zu Kollektorstillständen führt. Wir der Kollektor zusätzlich an ein thermisch getriebenes Kühlsystem gekoppelt entsteht auch eine Sommerlast und der gesamte Deckungsgrad sowie die spezifischen Erträge der Solaranlage steigen.

3 Einleitung: Wieso Koppeln von Solarthermische Anlage und Klimatisierung? Variante Q kw Heizen Kühlen

4 Integration von Sonnenkollektoren in Klimatisierungssysteme Damit die Kühlung auch am Nachmittag und Abend gewährleistet ist, muss ein Wärmespeicher vorgesehen werden, der auch an die Nachheizung gekoppelt ist. Wenn kein Kühlbedarf vorhanden ist, so kann die Solaranlage zur Brauchwarmwasserbereitung herangezogen werden. In der Heizperiode kann die Solaranlage auch zur Heizungsunterstützung verwendet werden.

5 Quelle: ISE Freiburg, Henning, H.M., 2002

6 Absorptionswärmepumpe/kältemaschine abgegebene Nutzwärme M Lösungsmittelpumpe Thermischer Verdichter Absorber Austreiber Expansionsventil (arme Lösung) zugeführte Heizwärme von Wärmequelle Dampf Dampf zu Wärmenutzung Wärme (niedrige emperatur) Wärme (hohe Temperatur) zu Wärmequelle flüssig Verdampfer flüssig Kondensator von Wärmenutzung Expansionsventil (Arbeitsmittel) Quelle: Kaltschmitt, Wiese, Streicher Erneuernare Energien, Springer Verlag

7 Quelle: ISE Freiburg, Henning, H.M., 2002

8 Solarunterstütze Klimatisierung mit Ab/Adsorptions Kühlmaschine aux. heater cooling tower AbCh AdCh HF warm, humid cooling loads coad dry heat recovery cooler (summer) heater (winter)

9 Solarunterstütze Klimatisierung mit Desiccant Cooling und Wasser Kollektor aux. heater warm, humid heater (summer) humidifiers cooling loads coad dry dehumidifier heat recovery reheater (winter)

10 Solarunterstütze Klimatisierung mit Desiccant Cooling und Luft Kollektor Geschl. Luft Kollektor Kreis Offener Luft Kollektor Kreis ambient air warm, humid warm, humid humidifiers cooling loads humidifiers cooling loads coad dry coad dry dehumidifier heat recovery dehumidifier heat recovery

11 Auslegung von Solaren Klimatisierungsanlagen in Deutschland 2000 Anlage Anwendung Technik install. Leistung Kollektortyp Kollektorfläche, m 2 Projektstand Wolfferts, Köln Büro Absorption;Kühldecke 92 kw VRK 176 in Betrieb seit 1995 Ott & Spies, Langenau Bundespresseamt, Berlin Bundesverkehrministe rium, Berlin Büro Absorption; Kühldecke + Quelllüftung 36 kw VRK 30 in Betrieb seit 3 Jahren Büro Absorption 92 kw VRK 229 geht 2000 in Betrieb Einspeisung in Kältenetz Absorption 92 kw Hochleistungsflachkollektor 209 geht 2000 in Betrieb ZAE Bayern,Garching Büro, Labor Absorption; Kühlbaffles 7 kw VRK 20 in Betrieb seit 1 Jahr Stadtwerke Remscheid Technologiezentrum Köthen Bautzener Str, Dresden. Büros Adsorption; stille Kühlung 105 kw Flachkollektor 150 in Betrieb seit 1999 Büros Absorption (Ammoniak- Wasser); Lüftung 15 kw VRK 100 in Betrieb seit 2 Jahren Büro Adsorption; Kühldecke 70 kw Flachkollektor 156 in Betrieb seit 4 Jahren Götz, Würzburg Büro, Verwaltung Adsorption; Kühldecke 70 kw Flachkollektor 70 in Betrieb seit 1996 Landesamt für Umweltschutz, Augsburg Stadtwerke Bückeburg Universitätsklinikum Freiburg Rechnerraum, Seminarraum, Labors Konferenzraum, Foyer Adsorption; Kühlbaffles + Prozesskälte 247 kw Flachkollektor (solar roof) 2000 geht 2000 in Betrieb DEC; Lüftung 30 kw Solarluftkollektor 100 in Betrieb seit 1998 Laborräume Adsorption; Lüftung 70 kw VRK 90 in Betrieb seit 1999 Ecotec, Bremen Büro Adsorption + DEC; Lüftung ILK Dresden Technologieorientiert es Gründerzentrum, Riesa Versammlungsraum Versammlungsraum DEC (LiCl) mit Wärmepumpe 70 kw (Adsorption ) VRK 120 geht 2000 in Betrieb 18 kw Flachkollektor mit vol. Absorber 20 in Betrieb DEC, Lüftung 18 kw Flachkollektor 20 in Betrieb seit 1997

12 COP Kaltwasserleistung = Antriebswärme ( Termische Maschinen) COP = Kaltwasserleistung ( Kompressionskältem.) elektr. Antriebsleistung Quelle: ISE Freiburg, Henning, H.M., 2002

13 Realer COP von Ad- und Absorptionsmaschinen Quelle: IEA SHC Task 25

14 Quelle: ISE Freiburg, Henning, H.M., 2002

15 Quelle: ISE Freiburg, Henning, H.M., 2002

16 Quelle: ISE Freiburg, Henning, H.M., 2002

17 Quelle: ISE Freiburg, Henning, H.M., 2002

18 Spezifische Anwendung von Sonnenkollektoren für Klimatisierung Kollektorwirkungsgrad Deccicant Cooling Adsorption Absorption 1-stufig Selektiv beschichteter Flachkollektor Vakuum-Röhren-Kollektor Solar-Luft-Kollektor Absorption 2-stufig Mittlere Kollektortemperatur, C Quelle: ISE Freiburg, Henning, H.M., 2002

19 Monatliche Einstrahlung auf verschieden ausgerichtete Flächen monatliche Einstrahlung [kwh/m²,monat] achsig mitgeführt Horizontal Süd 45 Ost West Süd Nord JAN FEB MAR APR MAI JUN JUL AUG SEP OKT NOV DEZ

20 Gemessene Jahreskältearbeitszahl Quelle: SACE EU-Projekt, 54 Anlagen, 2003

21 Durchschnittliche Austreibertemperatur Quelle: SACE EU-Projekt, 54 Anlagen, 2003

22 Durchschnittliche spezifische Kollektorfläche Quelle: SACE EU-Projekt, 54 Anlagen, 2003

23 Quelle: ISE Freiburg, Henning, H.M., 2002

24 Quelle: ISE Freiburg, Henning, H.M., 2002

25 Primärenergetischer Vergleich zwischen konventioneller Kälteerzeugung und solar unterstützter thermisch angetriebener Kälteerzeugung (KKM = Kompressionskältemaschine) COP = 0,7 COP = 1,1 0,34 kwh Primärenergie / kwh Strom Quelle: ISE Freiburg, Henning, H.M., 2004

26 Schlussfolgerungen (aus Task 25) Solarunterstützte Klimatisierung lässt sich technisch umsetzen Die Investitionskosten sind höher als bei der konventionellen Kühlung Daher sind hohe Volllastbetriebsstunden erforderlich Die Regelung bedarf oft noch Verbesserungen Auch zukünftige Anlagen müssen vorläufig als Versuchsanlagen gesehen werden

27 Simulationswerkzeug ILK Dresden Weitere Informationen Handbuch (Springer) Hrsg: Henning

28 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit Tagung: Solar Air Conditioning of Buildings Kloster Banz, Staffelstein, Deutschland Oktober 2005