Thermal driven cooling for energy efficient processes and building DRAFT!! for Translator

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1 Thermal driven cooling for energy efficient processes and building DRAFT!! for Translator Carsten Hindenburg // Presentation for Energy Efficiency - Made in Germany Madrid, 20th of October 2009

2 Energy efficiency in Buildings Solarstrahlung Licht und Wärme Frischluft Klimatisierung? Photovoltaik Solarkollektor interne Lasten Kaltwasser? Abluft Strom Wärme Wasser Wärme Strom Black Box

3 Energy efficient air conditioning 60 H-x-Diagram Temperature [ C], H [kj/kg] Cooling power with chiller reheating Cooling power with Desiccant cooling and dehumidification by condensation of humidity 30% 50% 70% 100% absolute humidity [g/kg]

4 Project: solar Aircon of a canteen at Munich Airport Solar air conditioning of a canteen at Munich Airport liquid desiccant cooling / Menerga m 3 /h nominal flowrate 65 kw cooling capacity 75m 2 flat plat collector, flat roof 3 m 3 buffer storage Driving temperature C Dehumidification for 2 hours without heat supply surplus heat management Solar DHW via fresh water HX Backup: district heat commissioning end of February 09 concept, planning, control: Hindenburg Consulting pictures: Flughafen München

5 Airport Munich : motivation Ventilation system: yes, constant flowrate Cooling: no => much too hot: >30 C Dehumidification: no => to humid pictures: Flughafen München

6 Airport Munich : planning Original idea of airport Munich due to an offer from a company: Keeping the existing ventilation system Enlarging the ventilation system with an air cooler Dehumidification by condensation at air cooler Solar Cooling with Absorption chiller m 2 of vacuum tube collectors m 3 of bufferstorage No improvements at the building

7 Airport Munich : planning New concept Hindenburg Consulting: ventilation system: new, with variable flowrate Technology: Liquid desiccant cooling with m 3 /h Improvement at the building: about 100 m 2 external shading 75 m 2 of flat plate collectors 3 m 3 of bufferstorage controlled removal of surplus heat from collector field Integration of fresh water pre-heating New concept led to investment reduction of >80.000!!

8 Airport Munich : external shading

9 Airport Munich: hydraulic scheme

10 Beispiel solare SGK mit Flüssigsorption Frachtkantine Flughafen München

11 Airport Munich: installation of collector field

12 Airport Munich: installation of AHU

13 Airport Munich: commissioning

14 Airport Munich: details Shading lamella Heat rejection for surplus heat

15 canteen at Munich Airport: external shading

16 Airport Munich: the whole system

17 Airport Munich: Monitoring/Optimization Monitoring and optimisation until 2010 by Hindenburg Consulting

18 Airport Munich: Monitoring/Optimization f e l i lf e c Ex ily a d ick u q or k c e h c e c n a rm o f r pe

19 Airport Munich: comfort conditions from June to August

20 Airport Munich : Energy flows June to August 2009 Backup heat Irradiation Collector AHU Regeneration Collector to Bufferstorage Bufferstorage to AHU AHU supply air heater COPth=1,21 Bufferstorage to fresh water Heat losses heating circuit Surplus heat removal < 1% Cooling energy AHU Heat losses Bufferstorage Quite high!

21 Airport Munich : electricity consumption June/July 2009 Consumption of electricity in June and July 2009 pump backup heat 15 kwh 0.27% pump absorber pump evaporative cooler pump salt solution fan regenerator 1456 kwh 25.81% pump air heater pump regenerator 43 kwh 0.76% pump fresh water station 6 kwh 0.11% pump heating circuit 17 kwh 0.30% pump primary solar circuit pump secundary solar circuit pump excess heat fan excess heat 49 kwh 0.87% air conditioning unit 5553 kwh 98% fan supply air fan exhaust air 4055 kwh 71.90%

22 Canteen Munich Airport: collector yield Solar fraction: June: July: June: 54% 61% 78% Average: 65 % (June to August)

23 Canteen Munich Airport: collector yield Specific collector yield: June: July: June: 51 kwh/m2 63 kwh/m2 71 kwh/m2 Sum: 185 kwh/m2 Expected yearly value: 420 to 500 kwh/m2

24 Canteen Munich Airport: optimization Important optimizations in Summer 2009: Adjustment of volume flows in heating circuit Increase of setpoint for dehumidification Increase of setpoint for temperature Increase of liquid desiccant filling by 10%

25 Canteen Munich Airport: economics Complete system: Specific price: Collector field (incl. recooler for surplus heat) Specific price: Subsidies about 4000 /KW, / kw, none!!

26 Canteen Munich Airport: summary Results of first summer: very good comfort conditions in the room System efficiency and solar fraction were improved by adjustments in the control High yearly collector yield is expected COP_th: 1,21 PER: 1,54 COP_el: 6,5 Airport Munich is very satisfied with the system

27 ThermCoolProfit TOP 30 Projekt: Edeka Weinkellerei, Bingen Carsten Hindenburg //

28 P14 EDEKA: Projekteindruck

29 P14 EDEKA: Projektbeschreibung Besonderheit des Projektes: Weinkellerei mit sehr grossem Weinlager: ca. 45 Mio. Liter Wein Weinkühlung auf 5-8 C +/-1K sehr hoher Energiebedarf für Prozesskühlung, Flaschenspülung, Dampf (WW: notwendig C) derzeit: sowohl Direktkühlung (eingetauchte Platten), als auch Kühlung über Raumluft Es wurde bisher keine Kühllastberechnung durchgeführt (Schätzung Nennkühllast ca. 200kW) Vorhandene Systeme: BHKW (hoher WW-bedarf 20-30m3/Tag und Stromverbrauch 2100 MWh/a), 2 Dampferzeuger (zur WW-Erzeugung) Interessante Systeme: zweites BHKW in Planung; eher kein Interesse an Solarkollektoren; evtl. Photovoltaik (600m2 Dachfläche); Dampferzeuger notwendig - oder reicht WW? Heizkessel überflüssig (?) Es besteht der Wunsch nach Energieoptimierung

30 P14 EDEKA: Zusammenfassung Projekt Stromspitze durch Kühlung? Ja, Leistungspreis jährlich Betriebszeiten Kühlung? Ganzjährig, erhöhter Kühlbedarf im Herbst Prozesskälte? Ja, ca. 200 kw + Herbst 500 kw Lüftungsanlage? (3Monate) Entfeuchtung erwünscht? Nein BHKW vorhanden/geplant? Nein Ja 2St. vorhanden, ca. 200 kwth bei ca. 88 C 3. in Planung Fernwärme/ Abwärme verfügbar? Solarkollektoren geplant? Abw, ca. 100 kw Nein, eher nicht. Evtl. Photovoltaik

31 P14 EDEKA: Energieerzeugung Istzustand Wärmebereitstellung Kaltwasserbereitstellung Strombereitstellung Pelletkessel Kaltwassersätze el. Stromnetz Gas/Ölkessel Kaltwassersatz th. BHKW Fernwärme Solarthermie BHKW Gebäudebeheizung Prozesswärme Radiatorenheizung Verschattung Fan coils Fussbodenheizung Warmwasse r Heisswasser Lüftungsanlage Kühldecken Prozesse Bauteilaktivierung Dampf Elektr. Klimaanlage Fussbodenkühlun g Bauteilaktivierung Gebäude/ Büros TWW-Verbrauch Gebäudeklimatisierung Sorptive Klimaanlage Bestand Konzept/ Planung Gebäudekühlung Prozesskühlung Nicht vorhanden Wärmeübertrager Stromverbraucher Maschinen Klima/Kälte el.

32 P14 EDEKA: Energieerzeugung Konzeptidee nach Erstberatung Wärmebereitstellung Kaltwasserbereitstellung Strombereitstellung Pelletkessel Kaltwassersätze el. Stromnetz Gas/Ölkessel Kaltwassersatz th. BHKW (2tes) Fernwärme Solarthermie BHKW (2tes) Gebäudebeheizung Prozesswärme Radiatorenheizung Verschattung Fan coils Fussbodenheizung Warmwasse r Heisswasser Lüftungsanlage Kühldecken Prozesse Bauteilaktivierung Dampf Elektr. Klimaanlage Fussbodenkühlun g Bauteilaktivierung Gebäude/ Büros TWW-Verbrauch Gebäudeklimatisierung Sorptive Klimaanlage Bestand Konzept/ Planung Gebäudekühlung Prozesskühlung Nicht vorhanden Wärmeübertrager Stromverbraucher Maschinen Klima/Kälte el.

33 P14 EDEKA: Konzept nach TOP5 Beratung Wärmebereitstellung Kaltwasserbereitstellung Strombereitstellung Pelletkessel Kaltwassersätze el. Stromnetz Gas/Ölkessel Kaltwassersatz th. BHKW Fernwärme Solarthermie BHKW Gebäudebeheizung Prozesswärme Radiatorenheizung Verschattung Fan coils Wärmeübertrager Maschinen Fussbodenheizung Warmwasse r Heisswasser Lüftungsanlage Kühldecken Prozesse Bauteilaktivierung Dampf Elektr. Klimaanlage Fussbodenkühlun g Bauteilaktivierung Regenerativ über Frischwasser TWW-Verbrauch Gebäudeklimatisierung Sorptive Klimaanlage Bestand Konzept/ Planung Gebäudekühlung Prozesskühlung Nicht vorhanden Stromverbraucher Gebäude/ Büros Klima/Kälte el.

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35 A way of cooling without technique at all Thank you for your attention