SolarCooling Monitor Projektüberblick und Erfahrungen zur solaren Adsorptionskälteanlage der Magistratsabteilung 34, Wien

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1 SolarCooling Monitor Projektüberblick und Erfahrungen zur solaren Adsorptionskälteanlage der Magistratsabteilung 34, Wien Anita Preisler AIT- Austrian Institute of Technology Seminar: Solares Heizen und Kühlen, Ergebnisse Nationaler und Internationaler Projekte Graz, am 15. Dezember

2 Inhalt Projektbeschreibung: Arbeits- und Zeitplan Erwartete Ergebnisse Projektpartner Solarthermische Kühlanlagen Evaluierungsmethode Ergebnisse Montoring Auswertungen Stärken und Schwächen nach 1. Monitoring Auswertung Erzielte Optimierungen Beispiel MA34, Wien: Adsorptionskälteanlage Zusammenfassung 2

3 Projektbeschreibung Arbeits- und Zeitplan Finanzierung: BMVIT/FFG, Haus der Zukunft Plus Projektlaufzeit: Monitoring Auswertung Simulation solarthermischer Kühlanlagen Vergleich Simulation/ Monitoringdaten 2. Monitoring Auswertungen Simulation Referenzanlagen Simulation Optimierungsvarianten Optimierungsstrategien Monitoring Auswertungen Zusammenfassung Erkenntnisse 2011 Projektende 3

4 Projektbeschreibung Erwartete Ergebnisse Ziele des Projektes: Überblick über die derzeitige Ausführungsqualität von solarthermischen Kühlanlagen in Österreich Know-how Gewinn vom Anlagenverhalten tatsächlich installierter solarthermischer Kühlanlagen in Österreich Entwicklung von theoretischen Anlagenmodellen zur Simulation von solarthermischen Kühlsystemen in Gebäuden Abgleich von Simulationsergebnissen mit tatsächlich gemessenem Anlagenverhalten von unterschiedlichen Anlagenkonzepten und Technologien der solarthermischen Kühlung von Gebäuden. Bestimmung von Referenzwerten konventioneller Kühltechnologien zur Bewertung der solarthermischen Kühlung hinsichtlich Primärenergie- und CO2-Einsparung 4

5 Projektbeschreibung - Solarthermische Kühlanlagen Standort Kühltechnologien Back-up Solartherm. Kollektoren Rückkühlung Energieverteilung Österreich x x x x x x x x x x Südeuropa x Klein-Absorptionskälteanlagen (<20 kw) x x Absorptionskälte mittlerer Leistung x x x x x Groß-Absorptionskälteanlagen (>400 kw) x Klein-Adsorptionskälteanlagen (<20 kw) x x DEC-Anlagen x x Kompressionskälteanlagen (gemessen) x 100% solare Kühlung ausgelegt x x x x x x Wärmeseitiges Back-up x x Kälteseitiges Back-up x x x Flachkollektoren x x x x x x x x x Hocheffizienz-Flachkollektoren x x Fassaden-/Dachintegration x x x x x Nasse Rückkühler x x x x x x Hybridrückkühler x x x x Erdreich x Zentrale Lüftungsanlage x x x x x Kühldecke x x x Bauteilaktivierung/Fußbodenheizung x x x x Fan-Coils x x x x x Deckenlüfter x 1 = ENERGYbase Wien; 2 = MA34 Wien; 3 = BH-Rohrbach; 4 = Fa. Sunmaster, Eberstalzell; 5 = Fa. Kreuzroither, Schörfling; 6 = Fa. Gasokol, Saxen; 7 = Rathaus Gleisdorf; 8 = Feistritzwerke, Gleisdorf; 9 = Fa. SOLID, Graz; 10 = Fa. Bachler, Gröbming; 11 = Bankgebäude Lissabon 5

6 Projektbeschreibung - Evaluierungsmethode Monitoring Auswertung der installierten solarthermischen Kühlanlagen anhand des Monitoring Evaluierungsprozedere laut IEA SHC Task 38 (2010) Solarthermische Kühlanlage (linke Abbildung) Referenzanlage (rechte Abbildung) 6

7 Projektbeschreibung - Projektpartner Projektpartner: AIT Austrian Institute of Technology / Energy Department, Vienna (project lead) ASIC Austria Solar Innovation Center, Wels AEE INTEC, Gleisdorf Technische Universität Graz Institut für Wärmetechnik, Graz S.O.L.I.D. Gesellschaft für Solarinstallationen und Design mbh, Graz Universität Innsbruck, Institut für Konstruktion und Materialwissen-schaften, Arbeitsbereich Energieeffizientes Bauen, Innsbruck HDZplus website: 7

8 Ergebnisse Monitoring Auswertungen Stärken und Schwächen nach 1. Monitoring Auswertungen Stärken: Eine kompetente Ansprechperson COPthermisch (entsprechend Herstellerangaben) COPelektrisch (> 5,0) Volumenstromregulierung Betriebsverhalten der solarthermischen Kühlanlage Schwächen: Viele Ansprechpersonen COPthermisch (15 30 % unter Herstellerangaben) COPelektrisch (< 3,0) Speichermanagement Sommer/Winter Geringe Temperaturdifferenzen in Kaltwasserkreis Hoher Strombedarf für Rückkühlung 8

9 Ergebnisse Monitoring Auswertungen Schwächen: Hoher Energiebedarf für wärmeseitiges Back-up Schlechtes Teillastverhalten Unnötige Nachlaufzeiten Strombedarf für permanent laufenden Komponenten: Regler, Regeneration nur an/aus + Befeuchter, Sicherheitsventil Auskristallisation Absorptionskältemaschine (LiBr) Komponente in Solaranlage zerstört durch Überhitzung Komplette oder teilweise Fehlfunktion durch mangelhafte Inbetriebnahme und Regelung Keine Abstimmung Regelung Kälte mit Regelung Anlage Nachvollziehbarkeit Regelung 9

10 Ergebnisse Monitoring Auswertungen Beispiele an erzielte Optimierungen : Antriebstemperaturen für Ab-/Adsorptionskältemaschinen wurden mittels Regelungsanpassung optimiert (> 80 C für Absorption ; > 70 C für Adsorptions) COPelektrisch wurde in 5 der 10 Anlagen auf > 6 optimiert; für die übrigen Anlagen wurde mittels Simulationen die erforderlichen Anlagenoptimierungen evaluiert Für eine Anlage wurde der Betrieb der Sorptionskältemaschine mit der Kälteabnahme im Raum mittels Regelungsanpassung gekoppelt Nach erfolgter Adaption der Programmierung für die Wasseraufbereitung konnte der Wasserverbrauch für eine der DEC-Anlagen wesentlich reduziert werden (93% des Wasserund 98% des Stromverbrauchs) Ineffiziente Taktbetrieb einer der Absorptionskältemaschine wurde durch Umprogrammieren behoben Die Ursache für den permanenten Stromverbrauch von etwa 130 Watt wurde beim Rückkühler einer der überwachten Anlagen identifizieren und beseitigt Kälteabnahme war in einer der Anlagen sehr gering Grund war Luft im Verteilsystem; wurde vor Kühlbeginn der nächsten Periode entlüftet 10

11 Beispiel MA34, Wien: Adsorptionskälteanlage Solare Adsorptionskälteanlage: Standort: Magistratsabteilung 34 in Wien 7,5 kw Adsorptionskältemaschine 32,4 m² Flachkollektoren 2000 l Solarspeicher / 800 l Kaltwasserspeicher Hybridrückkühler Verteilsystem: Fan-Coils Start Betrieb: Mai 2009 Tätigkeiten AIT: Monitoring Auswertung und Betriebsoptimierung Ersteller: AIT 11

12 Beispiel MA34, Wien: Adsorptionskälteanlage 12

13 Beispiel MA34, Wien: Adsorptionskälteanlage Anlagenperformance: Anteil der einzelnen Anlagenteile am Strombedarf Abhängigkeit COPel und COPth von Außentemperatur 3% 1% Rückkühler 4% 4% Pumpe Rückkühlkreis Regelung 16% Solar Primärkreispumpe 52% Pumpe Heißwasserkreis 20% Pumpe Kaltwasserkreis Solar Sekundärkreispumpe COP elekrisch [kwhth/kwhel] 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 1,00 0,30 0,00 0,20 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 Außentemperatur während Betrieb [ C] COP thermisch [1] COPelektrisch COPthermisch Sommer 2011 Juni 2011 Ersteller: AIT 13

14 Beispiel MA34, Wien: Adsorptionskälteanlage Status 2010: Drehzahlregelung Ventilatoren Rückkühlung Verringerung Strombedarf für Rückkühler COPel wird trotzdem schlechter: Nassbetrieb schaltet bei Drehzahlregelung Rückkühlung aus Adsorptionskältebetrieb nur auf bestimmte Kaltwassersolltemp. geregelt (undabhängig von Abnahme) 800 Drehzahlregelung ein Nassbetrieb aus 8 Drehzahlregelung ein Nassbetrieb aus 7, , ,00 4,00 3,00 2, :56 12:16 12:36 12:56 13:16 13:36 13:56 14:16 14:36 14:56 15:16 15:36 15:56 16:16 16:36 16:56 17:16 17:36 17:56 18:16 18:36 18:56 19:16 19:36 Leistung [W] Kälteleistung [kw] COPelektrisch 1 1,00 Uhrzeit 0 0,00 11:56 12:16 12:36 12:56 13:16 13:36 13:56 14:16 14:36 14:56 15:16 15:36 15:56 16:16 16:36 16:56 17:16 17:36 17:56 18:16 18:36 18:56 19:16 19:36 Kälteleistung [kw] COPel Uhrzeit Ersteller: AIT 14

15 Beispiel MA34, Wien: Adsorptionskälteanlage Status 2010: Temperaturen um Adsorptionskältemaschine Sehr geringes T auf Kaltwasserseite (ohne Auswirkungen auf Regelung) Rückkühltemperaturen steigen bis 38 C (ohne Auswirk ungen auf Regelung) Ausschaltkriterium ist erst bei Unterschreitung von 60 C zur Desorption erreicht 80 Drehzahlregelung ein Nassbetrieb aus 70 Temperatur [ C] Solar VL Solar RL Rückkühlung VL Rückkühlung RL Kaltwasser VL Kaltwasser RL Umgebungstemperatur :56 12:16 12:36 12:56 13:16 13:36 13:56 14:16 14:36 14:56 15:16 15:36 15:56 16:16 16:36 16:56 17:16 17:36 17:56 18:16 18:36 18:56 19:16 19:36 Uhrzeit Ersteller: AIT 15

16 Beispiel MA34, Wien: Adsorptionskälteanlage Neue Regelkriterien seit Juni 2011: Temperatur Kaltwasserspeicher oben (aus/ein) T Kaltwasserkreis (aus) COPel: 6,0 Aus Ein Verzögerung Regelkriterien C C min KW-Speicher oben 12,0 17,0 02:00 T Kaltwasser 2,0 2,1 02: :08 13:24 13:40 13:56 14:12 14:28 14:44 15:00 15:16 15:32 15:48 16:04 16:20 16:36 16:52 17:08 17:24 17:40 17:56 18:12 18:28 18:44 Temperatur [ C] Solar VL Solar RL Rückkühlung VL Rückkühlung RL Kaltwasser VL Kaltwasser RL 6 5,5 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0, :08 13:24 13:40 13:56 14:12 14:28 14:44 15:00 15:16 15:32 15:48 16:04 16:20 16:36 16:52 17:08 17:24 17:40 17:56 18:12 18:28 18:44 ΔT [K] Temperatur [ C] ΔT Kaltwasser KW-Speicher oben Ersteller: AIT 16

17 Zusammenfassung Status solarthermische Kühlanlagen in Österreich Strombedarf war in fast allen überwachten Anlagen zu Beginn höher als erwartet Gründe dafür waren zumeist nicht auf die Technologie solarthermische Kühlung zurückzuführen Augenmerk auf Einsatz effizienter Rückkühlung und effizienter Pumpen ist wichtig um energetische Vorteile von solarthermischer Kühlung zu Kompressionskältetechnik zu nutzen Im Bereich Inbetriebnahme und Regelungsstrategien wurden wesentliche Mängel festgestellt Erkenntnisse für zukünftige solarthermische Kühlanlagen in Österreich Bei einer fachgerechten Planung, Inbetriebnahme und Betriebsüberwachung werden die zu erwartenden Energieeinsparungen erreicht DEC-Anlagen bieten vor allem im Winter große energetische Vorteile im Vergleich zu Standardlüftungsanlagen durch die Feuchterückgewinnung über den Sorptionsrotor Nur über Mehrfachnutzung der solarthermischen Anlage zu Kühlung, Heizung und Warmwasserbereitung können hohe CO2-Einsparungen im Vergleich zu Referenzanlagen erzielt werden 17

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