Einreichung. Name, Klasse und Adresse der HTL HTBLA- Weiz, 5BHMIU Dr.- Karl- Widdmannstraße Weiz

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1 Einreichung Name, Klasse und Adresse der HTL HTBLA- Weiz, 5BHMIU Dr.- Karl- Widdmannstraße Weiz Namen der Einreichenden Hackl Markus, Kohl Domenik, Knöbelreiter Klaus Name der betreuenden Professoren Dipl.- Ing. August Weingartner Dipl.- Ing. Dr. Andreas Fuchs Einreichendes Fachgebiet (Industrie-, Kraftfahrzeug- oder Gebrauchs- & Gebäudetechnik) Gebrauchs- & Gebäudetechnik Thema der Projektarbeit Solare Kühlung im Einfamilienhaus 1

2 Eidesstattliche Erklärung Ich erkläre eidesstattlich, dass ich die Arbeit selbständig angefertigt, keine anderen Hilfsmittel als die angegebenen Hilfsmittel benutzt und alle aus ungedruckten Quellen, gedruckter Literatur oder aus dem Internet im Wortlaut oder im wesentlichen Inhalt übernommenen Formulierungen und Konzepte gemäß den Richtlinien wissenschaftlicher Arbeiten zitiert, durch Fußnoten gekennzeichnet bzw. mit genauer Quellenangabe kenntlich gemacht habe. Durch meine Signatur berechtige ich die Bosch Gruppe, die Einreichung zeitlich und räumlich unbeschränkt entweder selbst oder durch von ihr beauftragte Dritte unter Nennung der Urheber in Druckwerken, Internet, auf elektronischen Datenträgern sowie in der darauf bezogenen Werbung zu veröffentlichen. Datum Unterschrift der Schüler 2

3 Projekt Kurzbeschreibung DEC (Desiccative and Evaporative Cooling Kühlung durch trocknen und befeuchten) Unsere Hauptaufgabe bestand darin, den ursprünglichen DEC- Prozess an einen herkömmlichen thermischen Solarkollektor anzupassen. Zu unseren Aufgabenbereichen gehörte die wärme- und strömungstechnische Auslegung der vorhandenen Komponenten wie Adsorber (Desorber), Befeuchter und den diversen Wärmetauschern. Weiters stellten wir eine photovoltaisch betriebene Elektro-Klimaanlage und den adaptierten DEC-Prozess aus umwelttechnischer Sicht gegenüber. Die wirtschaftliche Kalkulation und Investitionsrechnung führten wir an Hand unseres ausgewählten Modelfalles (Einfamilienhaus, 3kW Kühllast) durch. 3

4 Inhaltsverzeichnis Warum DEC- Prozess? Ursprünglicher DEC- Prozess Unterschiede zwischen ursprünglichem und adaptierten Prozess Adaptierter DEC- Prozess Vor- und Nachteile gegenüber ursprünglichen Prozess 4

5 Zielsetzung Ziel war es, den ursprünglichen DEC - Prozess so zu ändern, dass er 1. für ein Einfamilienhaus passend wird, 2. an eine herkömmliche thermische Solaranlage angebracht werden kann. 5

6 Projekt Warum genau DEC- Prozess? Alle Varianten zur Klimatisierung bieten ihre Vor- und Nachteile. Elektrisch betriebene Klimageräte: Kompressions- Kältemaschinen sind zwar kompakt, jedoch Stromfresser. Durch Solarenergie betriebene Klimageräte: Absorbtionsprozesse ermöglichen ein Kühlen bis unter den Gefrierpunkt, weisen jedoch ein Sicherheitsrisiko durch die verwendeten Kältemittel (z.b. Ammoniak) auf. Adsorbtionsverfahren benötigen ein Vakuum in den Wasserdampfleitungen. Ein Vakuum ist technisch gesehen schwer zu erhalten. 6

7 Projekt Warum genau DEC- Prozess? Der DEC- Prozess besteht aus folgenden Hauptkomponenten: Entfeuchter (Adsorber) Wärmetauscher Verdunstungskühler (Befeuchter) und Lufterhitzer Seine Vorteile liegen in der einfachen Konstruktion und in seiner Betriebsweise. Der DEC- Prozess ist ein Gleichdruckprozess. Es werden keine Druck- oder Vakuumleitungen benötigt. Weiters verwendet er als Betriebsmedium nur Luft und Wasser! 7

8 Projekt Fließschema des ursprüngliches DEC- Prozesses 8

9 Projekt Prozessablauf des DEC (Dessicative Evaporative Cooling) -Prozesses 1. Die Luft wird von einem Ventilator angesaugt und strömt in den Adsorber. 2. Im Adsorber befindet sich Silikagel, welches die Luft entfeuchtet, dadurch steigt die Temperatur (ca. 80 C). 3. Danach gelangt die entfeuchtete Luft in den Luft-Luft WT, wo sie Wärme an die aus dem Haus strömende Abluft abgibt. 4. Anschließend gelangt die Luft in einen Befeuchter, wo sie teilweise befeuchtet wird. Dabei kühlt die Luft auf ca. 15 C ab und wird danach in den zu kühlenden Raum eingeführt. 5. Im Raum durchmischt sich die kühle Luft mit der Raumluft und erwärmt sich dadurch. Nach einer gewissen Zeit wird die Luft wieder aus dem Haus abgeführt. 6. Der Ventilator transportier die Abluft in den Befeuchter, dort wird die Luft abermals befeuchtet 7. Die befeuchtete Abluft wird in den Luft-Luft WT geführt und nimmt Wärme von der warmen, entfeuchteten Außenluft auf. 8. Da man für die Regeneration des Silikagels im Adsorber mehr Wärme benötigt, muss die Abluft durch Solarkollektor auf Regenerationstemperatur (120 C) erhitzt werden. Danach ist die Luft ungesättigt und heiß. Die Luft strömt in den Desorber und nimmt das im Sorptionsmittel befindliche Wasser auf. Dadurch wird der Desorber regeneriert und die gesättigte Luft wird in die Umgebung ausgeblasen. 9. Nachdem der Adsorber völlig mit Wasser beladen ist und der Desorber zur Gänze regeneriert ist, findet. mittels Ventilen, ein umschalten zwischen Adsorber und Desorber statt. 10. Da die Adsorption und die Desorption in getrennten Schritten erfolgen kann de Prozess kontinuierlich betrieben werden. 9

10 Projekt Unterschiede zum ursprünglichen DEC- Prozess: Ein wesentlicher Unterschied zum ursprünglichen DEC- Prozess liegt darin, dass der adaptierte DEC- Prozess anstatt eines Luft- Solarkollektors (Lufterhitzer) einen thermischen Standard- Solarkollektor (Wasser- Glycol- Gemisch) als Wärmequelle benötigt. Die Komponente Lufterhitzer wird somit nicht mehr nötig. In Adsorber und Desorber wurden Wärmetauscher integriert, die eine bessere Wasseraufnahme bzw. bessere Entfeuchtung des Silikagels ermöglichen. Im weiteren Sinne wurden Befeuchter und Luft- Luft- Wärmetauscher zu einem Rieselkühler zusammengefasst. Grund dafür war eine bessere Ausnutzung der Verdunstungskälte zum Vorkühlen des Zuluftstromes. 10

11 Projekt 11

12 Projekt Prozessablauf des modifizierten DEC-Prozesses 1. Die Luft wird von einem Ventilator angesaugt und strömt in den Adsorber. 2. Im Adsorber befindet sich Silikagel, welches die Luft entfeuchtet (trocknet). 3. Des weiteren wird die Luft im Adsorber durch den eingebauten Wärmetauscher gekühlt und verlässt diesen in Richtung Rieselkühler. 4. Im Rieselkühler wird die Luft NUR gekühlt. 5. Im Befeuchter wird die trockene Luft auf die gewünschten Werte hin befeuchtet und somit gekühlt. 6. Die Luft verlässt den Raum/ das Haus und strömt erneut, jedoch von der anderen Seite, in den Rieselkühler 7. Im Rieselkühler wird die Luft relativ hoch befeuchtet, um die entstehende Verdunstungswärme, zur Kühlung der Luft von (3) nach (4), zu nutzen. 8. Die Luft strömt in den Desorber. Dort wird sie, durch die vom Solarkollektor über den Wärmetauscher kommende Wärme, erhitzt. Dabei nimmt die erhitzte, trockene Luft das verdampfte Wasser auf und verlässt den Desorber 9. Nach dem Desorber werden die Luftströme (Desorber- und Bypassstrom) wieder zusammengeführt und in die Umgebung abgelassen. 12

13 Projekt Vorteile Im Vergleich zum ursprünglichen DEC- Prozess: Nachteile Bessere Adsorbtion des Wassers im Adsorber (durch integrierte Kühlung) Vorkühlung im Rieselkühler (durch besseren Wärmeübergang) größer Regeneration des Silikagels im Prinzip besser, wenn Temperaturen über 120 C höhere Investitionskosten Regeneration des Silikagels schlechter, wenn Temperaturen unter 120 C große Solarkollektorfläche für die Regeneration notwendig kein teurer Luft- Solarkollektor Anbau an bestehende Solaranlage möglich Anlage hat fast gleichbleibenden Wirkungsgrad, unabhängig von den Dimensionen 13

14 Technische Beschreibung und Listung der Anlagen Listung der Anlagen 1. Wärmetauscher kühlt Adsorber, erhitzt Desorber 2. Adsorber trocknet die Luft mit Hilfe von Silikagel 3. Rieselkühler kühlt Zuluftstrom und erhitzt Abluftstrom 4. Befeuchter befeuchtet die getrocknete Zuluft und kühlt diese 5. Desorber Silikagel wird im Desorber wieder regeneriert 6. Solarkollektor liefert die nötige Energie (Wärme) zur Regenerierung 14

15 Zusammenfassung Zusammengefasst kamen wir zu dem Ergebnis, dass der DEC- Prozess in der modifizierten Version eine energetisch gesehen sinnvolle Ausnutzung der Solarenergie für eine Kühlung darstellt. Die wirtschaftliche Kalkulation kam zu dem Ergebnis, dass die DEC Anlage ca kosten soll, damit es sich in ca. 20 Jahren, im Vergleich zu herkömmlichen Klimageräten, rentiert. Aus rein wirtschaftlicher Sicht ist die DEC Anlage nur dann realisierbar, wenn man die Anschaffungskosten senkt. 15

16 Literarisches Verzeichnis Diplomarbeit Solare Kühlung Paul Staudinger und Manuel Tandl Energie und Klimatechnik Heinz Gabernig Technische Thermodynamik Günter Cerbe und Gernot Wilhelms Wärme und Stoffübertragung H.D. Baehr und K.Stephan Lüftungs und Klimatechnik Heinrich Rötscher VDI - Wärmeatlas