Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen www.ilkdresden.de 27.03.2017 Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen Moritz Kuhn, Mathias Safarik, Lutz Richter

Übersicht Vorstellung Institut Einleitung www.ilkdresden.de 27.03.2017 Übersicht Vorstellung Institut Einleitung Verfahren zur thermischen Kälteerzeugung Absorptionskälteanlage Wirkungsweise Marktangebot Klein AKA Wegracal SE 15 Einkopplung der Solarwärme Zur Übersicht, nach einer kurzen Einleitung werde ich allgemein etwas zu den Verfahren der thermischen Kälteerzeugung sagen und schließlich auf die AKA eingehen. Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

www.ilkdresden.de 27.03.2017 ILK – Zahlen Gegründet 1964 1980 Eingliederung ins Kombinat ILKA Luft- und Kältetechnik, Ausbau auf 500 Mitarbeiter Wiedergründung 20.12.1990 aus der ILKA Luft- und Kältetechnik GmbH Ab 1.10.1992 privatisiert mit dem Verein zur Förderung der Luft- und Kältetechnik e.V. als Gesellschafter 121 Festangestellte Mitarbeiter, 20 Professoren bzw. promovierte Mitarbeiter, 48 Dipl.- Ing. Universität/Hochschule, 22 Dipl.- Ing. Fachhoch-/Ingenieurfachschule, 31 Facharbeiter. Anlagenvermögen ca. 3,9 Mio. € Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

ILK – Auftragsstruktur www.ilkdresden.de 27.03.2017 ILK – Auftragsstruktur 7 Mio. € Umsatz; 1/2 FFA und 1/2 Öffentliche Hand AG im FFA-Bereich weltweit Öffentliche Hand: GEWIPLAN PROINNO SMWA BMWI / Projektträger Jülich BMBF / VDI / DESY EU FFA Frei finanzierte Aufträge Sächsisches Staatsministerium für Wirtschaft und Arbeit Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

Kälte- und Tieftemperaturtechnik Klima- und Energietechnik www.ilkdresden.de 27.03.2017 Institutsstruktur                                                                    Kälte- und Tieftemperaturtechnik Klima- und Energietechnik Angewandte Neue Technologien Kryotechnik Kältetechnik Klimatechnik Meerwasserent-salzung Luftreinhaltung Komponenten und Kälteanlagen mit natürlichen Kältemitteln wie Ammoniak, Wasser, Kohlendioxid und Kohlenwasserstoffe aber auch mit FKW und FKW Gemischen Absorptionskälteanlagen, Kraft-Wärme-Kopplung, Kaltgaskältemaschinen, Fahrzeugklimatisierung Faserverbundkunststoffen (FVK) Sensorik und Sondermessgeräte Speichersysteme für Stoff und Energie Größtes industrienahes Forschungsinstitut der Branche unabhängig und neutral fachübergreifende Zusammenarbeit Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

Institut für Luft- und Kältetechnik gemeinnützige GmbH Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

Hintergrund – Solare Kühlung www.ilkdresden.de 27.03.2017 Hintergrund – Solare Kühlung Wohlbefinden und Leistungsfähigkeit von Menschen hängen von sauberer frischer Luft, mit der richtigen Temperatur und Feuchte ab. Allein kleine Klimaanlagen unter 12 kW verbrauchten 1996 11.000 GWh an Primärenergie Laut EU-Studien wird sich dieser Wert bis 2020 vervierfachen Im Sommer extreme Spitzenlasten Vorwiegend Kompressionskältemaschinen mit hohem Elektroenergiebedarf Alternative: Nutzung von Solar- oder Abwärme durch thermische Kälteerzeugung 11 TWh, der geschätzte Standby-Stromverbrauch liegt bei 20 TWh welcher knapp 15% des gesamten Stromverbrauchs der privaten Haushalte ausmacht. Der höchste Kühlbedarf fällt zeitlich mit der Mittagsspitze im Lastprofil des Stromverbrauchs zusammen. Und ist damit mitverantwortlich für die Auslegung von Kraftwerken und Stromnetz. Spitzenlaststrom ist ökonomisch wie ökologisch besonders aufwändig. Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

Umweltverträglichkeit einiger Kältemittel www.ilkdresden.de 27.03.2017 Umweltverträglichkeit einiger Kältemittel ODP: Ozon Depletion Potential = Ozonzabbaupotential GWP: Globel Warming Potantial = Treibhauspotential, direkt TEWI: Totel Equivalent Warming Impact: Summe aus dem direkten und indirekten GWP Ein anderer Aspekt zum Klimaschutz, neben dem Stromverbrauch sind die chemischen Eigenschaften der Kältemittel. Zum einen das Ozonabbaupotential welches durch den ODP gekennzeichnet. Seit 1995 sind alle Ozonschädigen Kältemittel verboten, R22 durfte noch bis 1999 in Neuanalagen eingesetzt werden. Mit dem GWP wird der Beitrag zum Treibhauseffekt definiert. In dieser Tabelle ist der direkte Beitrag zum Treibhauseffekt aufgetragen, als wenn das Kältemittel aus der Anlage entweicht. Eine gesamt Bewertung der Anlage ist mit dem TEWI möglich, darin ist auch der Beitrag zum Treibhauseffekt durch den Stromverbrauch der Kälteanlage mit eingeschlossen. In Klimaanlagen werden heute vorwiegend FKW-Kältemittelgemische wie R404A, R407A, R407C eingesetzt, die alle ein ähnliches Treibhauspotential wie R134a besitzen Persistenz, Zeit bis etwa 2/3 der emittierten Menge wieder aus der Atmosphäre entfernt ist. Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

Verfahren zur thermischen Kälteerzeugung www.ilkdresden.de 27.03.2017 Verfahren zur thermischen Kälteerzeugung Thermische Systeme Wärme- trans- formation Thermo- mechanische Prozesse Thermo- kinetische Prozesse Offene Systeme Geschlossene Systeme Rankine cycle/ Kompressor Dampfstrahl- KM Feststoff- sorbentien Flüssige Sorptions- mittel Feststoff- sorbentien Flüssige Sorptions- mittel Die Verfahren zur thermischen Kälteerzeugung lassen sich grob in 3 Bereiche einteilen. In Kälteerzeugung durch Wärmetransformation, Thermomechanische und Thermokinetische Prozesse. Bei der Wärmetransformation wird zwischen offenen und geschlossenen Systemen unterschieden, wobei jeweils noch zwischen festen und flüssigen Sorptionsmittel unterschieden wird. Grün bedeutet marktreife, angewandte Systeme, leicht grün Einzelanwendungen. Adsorption Trocken- absorption Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

Schema eines Trocknung- und Verdunstungskühlungsprozesses (DEC) www.ilkdresden.de 27.03.2017 Schema eines Trocknung- und Verdunstungskühlungsprozesses (DEC) “desiccant evaporative cooling” Der DEC Prozess steht für den offenen Prozess mit Feststoffsorbentien, in diesem Fall Silicagel. Diagramm erklären 1-2 Die Außenluft wird in einem Entfeuchter über entladenes trockenes Sorptionsmittel geleitet. Dabei erfolgt eine Entfeuchtung, wobei die Temperatur deutlich ansteigt. 2-3 Die warme entfeuchtete Luft wird anschließend durch einen als Regenerator gestalteten Wärmeübertrager geleitet, indem sie sich bei konstanter Feuchte abkühlt. 3-4 Danach wird die Luft isenthalp befeuchtet, wobei die Temperatur weiter absinkt. Sie ist jetzt kühl und ausreichend trocken, um den Raum zugeführt zu werden, den sie kühlt und entfeuchtet. 5-6 Währenddessen wir laufend Raumluft entnommen, befeuchtet und damit abgekühlt 6-7 Diese Luft passiert anschließend einen Wärmeübertrager, in dem sie sich erwärmt und dabei der entfeuchteten Außenluft Wärme entzieht. 7-8 Anschließend wird die Luft weiter erwärmt. 8-9 Danach dient die Luft der Regeneration des Sorptionsmittels im Entfeuchter, wobei sie sich abkühlt und feuchter wird, um letzlich nach außen abgegeben zu werden. Produktunterlagen der Fa. Klingenburg, Gladbeck Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

Verfahren zur thermischen Kälteerzeugung – DEC www.ilkdresden.de 27.03.2017 Verfahren zur thermischen Kälteerzeugung – DEC Bewertung von DEC-Systemen Vorteile Trennung von Kühlung und Entfeuchtung möglich niedrige Regenerationstemperaturen  preiswerte Kollektoren (auch Luftkollektoren) einsetzbar Nachteile Größe der Anlagen Strombedarf für Ventilatoren Kühlung nur über Luftwechsel realisierbar (Kaltluftzufuhr) nicht funktionsfähig bei hohen Außenluftfeuchten nur für Klimakälte geeignet © Produktunterlagen der Fa. Robatherm, Burgau Statt Abluft kann auch Außenluft verwendet werden (Hygienevorschriften). Niedrige Heiztemperatur, etwa 70°C Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

Verfahren zur thermischen Kälteerzeugung – Adsorption www.ilkdresden.de 27.03.2017 Verfahren zur thermischen Kälteerzeugung – Adsorption Schema einer Adsorptionskältemaschine Die Adsorptionsanlage steht für das geschlossene System mit festen Sorptionsmittel, in diesem Fall ebenfalls Silicagel. Das an das Silicagel angelagerte Wasser wird im linken Wärmeübertrager unter Wärmezufuhr ausgetrieben. 2. Das Wasser wird im Kondensator verflüssigt und Wärme an das Kühlwasser abgeführt. 3. Das Kondensat wird in den Verdampfer eingesprüht und bei starkem Unterdruck verdampft. Dabei wird Wärme aus dem Kaltwasser entnommen und dieses dabei auf die für die Klimaanlage erforderliche Temperatur abgekühlt. 4. Im rechten Wärmeübertrager wird der Wasserdampf adsorbiert und die entstehende Wärme an das Kühlwasser abgeführt. Danach wird der Prozess umgekehrt Je nach Hersteller und Regelung dauert ein Zyklus 7, 10 oder 21 Minuten. Unter günstigen Rahmenbedingungen setzt die Desorption bereits bei 55 °C ein. Allerdings sind die Kälteverhältnisse mit 0,4 bis 0,65 auch niedriger als bei Absorptionskältemaschinen, so dass sich der Einsatz auf temperaturbegrenzte Heizenergiequellen, wie Abwärme, Solarenergie und Fernwärme beschränkt. Quelle: www.gbunet.de Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

Verfahren zur thermischen Kälteerzeugung – Adsorption www.ilkdresden.de 27.03.2017 Verfahren zur thermischen Kälteerzeugung – Adsorption Bewertung von Adsorptionskältemaschinen Vorteile vergleichsweise niedrige Antriebstemperaturen Erzeugung von Kaltwasser Nachteile Preis, Bauvolumen und Gewicht der Anlagen Leistungsstufen: kleinste, bisher verfügbare Anlage 50 kW erhöhter regelungstechnischer Aufwand Adsorptionskältemaschine NAK 70 Fa. Nishiyodo, Japan Ca. 20 Anlagen in Deutschland, mehr als 200 in Japan, Kostenpunkt dieser Anlage 72 TEUR, Antrieb Solar, Fernwärme. (Pumpenleistung etwa 3,4 % der Kälteleistung, vergleichbare KKM 1 %) Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

www.ilkdresden.de 27.03.2017 Verfahren zur thermischen Kälteerzeugung – Absorption Prinzip und Schema einer Absorptionskältemaschine Kompressionskälteprozess im log p - -1/T - Diagramm Absorptionskälteprozess im log p - -1/T - Diagramm 4 WÜ gegenüber 2 WÜ 3 Temperaturniveaus gegenüber 2 Temperaturniveaus Thermischer statt mechanischer Verdichter Unterschiedliche Konzentrationen Das vom Verdampfer kommende Kältemittel wird im Absorber vom Lösungsmittel absorbiert und mittels Lösungspumpe auf Kondensationsdruck in den Austreiber gebracht. Dort wird unter Wärmezufuhr das Kältemittel wieder ausgetrieben. Das Kältemittel wird im Kondensator verflüssigt anschließend entspannt und wieder dem Verdampfer zugeführt. Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

www.ilkdresden.de 27.03.2017 Vergleich der Arbeitsstoffpaare NH3/H2O und H2O/LiBr in Absorptionskälteanlagen Kältemittel – Lösungsmittel 5 bar – 13 bar Überdruckgebiet 8 – 50 mbar Vakuumgebiet. Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

www.ilkdresden.de 27.03.2017 Abhängigkeit der Heizmedienaustrittstemperatur von der Kälteträgeraustrittstemperatur für SE- Absorptionskreisprozesse mit Ammoniak / Wasser Dieses Diagramm stellt die Abhängigkeit der Heizwasseraustrittstemperatur zur Kälteträgeraustrittstemperatur für das Stoffpaar Ammoniak/Wasser dar. Ebenfalls dargestellt ist das Wärmeverhältnis der Anlage, welches mit Kälteleistung durch Heizleistung definiert ist. Betrachten wir z.B. eine Kälteträgeraustrittstemperatur von -5 °C ist eine Heizwasseraustrittstemperatur von 100°C notwendig, das Wärmeverhältnis beträgt 0,55. Brauch ich nur eine Kühlwasseraustrittstemperatur von 5 °C, ist eine Heizwasseraustrittstemperatur von 84°C ausreichend, das Wärmeverhältnis ist mit 0,57 etwas besser. Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

www.ilkdresden.de 27.03.2017 Abhängigkeit der Heizmedienaustrittstemperatur von der Kälteträgeraustrittstemperatur für SE- Absorptionskreisprozesse mit Wasser/LiBr Betrachtet man den gleichen Prozess mit Wasser/LiBr wäre für eine Kälteträgeraustrittstemperatur von 5°C eine Heizmedienaustrittstemperatur von 91 °C notwendig. Das Wärmeverhältnis ist mit 0,72 um einiges besser. Erhöhe ich den Lösungsmittelumlauf, würden auch die 84 °C ausreichen, das Wärmeverhältnis verschlechtert sich auf 0,69 Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

Aufbau klassischer H2O/LiBr - Absorptionskältemaschinen www.ilkdresden.de 27.03.2017 Aufbau klassischer H2O/LiBr - Absorptionskältemaschinen Klassische Bauweise, zwischen 400 und 5000 kW, Kälteleistung, überfluteter Austreiber  Fa. York Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

Heizwasser-ausführung www.ilkdresden.de 27.03.2017 Marktangebot Hersteller Heizwasser-ausführung Kälteleistung [kW] H2O/LiBr NH3/H2O Carrier X 150...8.800 Axima 200...6.000 Broad 174...11.630 17,5...106 Weir-Entropie 100...1.000 York 200...4.800 Trane 350...7.000 Cogenie x 35...281 Phönix 10 EAW 15...200 Robur 17...88 ILK/Partner 20...500 Colibri 100...3.000 Mattes/Siemens (?) 80...3.000 Industrielle Produktion mit Kältebedarf in der Chemie, Petrochemie und Lebensmitteltechnik, oft Prozesse wo gleichzeitig viel Wärme anfällt und gleichzeitig Kälte benötigt wird. Klassisches Beispiel Ammoniak und Menthol-Synthese. Bei der Klimatisierung haben in den USA und Japan mit Gas befeuerte Absorptionskältemaschinen große Marktanteile. Durch die Nutzung von freien Kapazitäten des Gasnetzes im Sommer reduzieren sie somit die Spitzenlasten des Stromnetzes Wie in der Tabelle ersichtlich ist, fehlen AKA kleiner Leistung Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

Schema einer Single-Effect-Absorptionskältemaschine, Fa. EAW www.ilkdresden.de 27.03.2017 Schema einer Single-Effect-Absorptionskältemaschine, Fa. EAW Daher hat das ILK Dresden in Zusammenarbeit mit der Firma Energieanlagenbau Westenfels eine neue Wasser/LiBr Absorptionskälteanlage mit berieselten Austreiber in Zweibehälterbauweise entwickelt. Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

Spiralrohrwärmeübertrager www.ilkdresden.de 27.03.2017 Spiralrohrwärmeübertrager Besonderer Wärmeübertrager in kompakter Bauweise Mit der Entwicklung eines Spiralrohrwärmeübertragers wurde der Wärmeübergang entscheidend verbessert. Austreibungsendtemperaturen über der Heizwasseraustrittstemperatur sind möglich. Verbesserung des Wärmeübergangs Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

www.ilkdresden.de 27.03.2017 Entwicklungen des ILK – Produktspektrum SE-Absorptionskältemaschinen der Fa. EAW Dabei sind die Anlagen mit einer Kälteleistung über 50 kW bereits am Markt etabliert, wie folgende Tabelle mit einigen Referenzen zeigt. Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

H2O/LiBr-Absorptionskältemaschinen – Anwendungen und Referenzen Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

Fazit Anlagen etablieren sich zunehmend erfolgreich am Markt weitere Verbreitung auch von energiepolitischen Rahmenbedingungen sowie der Entwicklung anderer Technologien abhängig, u.a.:  KWK – Gesetz  Liberalisierung des Strommarktes, Strompreisentwicklung  Kältemitteldiskussion  Verbreitung Biogasanlagen  Marktreife Brennstoffzellen Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

Klein-Absorptionskältemaschine WEGRACAL SE 15 www.ilkdresden.de 27.03.2017 Klein-Absorptionskältemaschine WEGRACAL SE 15 Wasser/Lithiumbromid – Absorptionskältemaschine mit einer Nenn-Kälteleistung von 15 kW Kaltwassererzeugung Wärmequellen: Solarwärme; BHKW-Abwärme; Fernwärme Nutzung einer speziellen, bereits in größeren Anlagen bewährten Wärmeübertragergestaltung Erster Prototyp seit 2003 in Betrieb Auslegungsbedingungen : Heizwasser: 90 / 80 °C Kühlwasser: 32 / 38 °C Kaltwasser: 17 / 11 °C → Betrieb über weiten Bereich externer Temperaturen möglich Zur Zeit wird an der Entwicklung einer Klein AKM mit einer Kälteleistung von 15 kW gearbeitet, die auf bereits die in größeren Anlagen bewährte Wärmeübertragergestaltung aufbaut. Inzwischen wurden zirka 30 Anlagen dieses Typs gebaut. Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

Wissenschaftlich begleitete Anlagen www.ilkdresden.de 27.03.2017 Wissenschaftlich begleitete Anlagen Moosburg, Bayern - Flachkollektoren 42 m² - offener Verdunstungskühler - Warm- (1.5 m3) und Kaltwasserspeicher (0,8 m3) - Gebläsekonvektoren - Ersatzwärmequelle: Holzpelletkessel -> CO2-neutral! Hamburg - Wärmequelle BHKW - offener Verdunstungskühler - Warm- und Kaltwasserspeicher - Heizung und Kühlung eines Verkaufsraumes über Fußbodentemperierung Dresden, Sachsen - Vakuumröhrenkollektoren 45 m² - Trockenrückkühler - keine Wärme-/Kältespeicherung im Kühlbetrieb - Gebläsekonvektor zur Kühlung einer Versuchshalle Dabei werden 3 Anlagen vom ILK wissenschaftlich begleitet. Wobei ich jetzt nocheinmal auf die Solarwärme und die Rückkühlung eingehe. Dresden: (Schott ETC 16 with internal reflector) Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

Rückkühlkonzepte für Absorptionskältemaschinen www.ilkdresden.de 27.03.2017 Rückkühlkonzepte für Absorptionskältemaschinen Verdunstungskühlung + Kühlgrenze: Feuchtkugeltemperatur Bsp: 29,9°C; 31 % RH → 17,9 °C + geringer Energiebedarf für Ventilatoren – Wasserbedarf – Wartungsaufwand Trockenrückkühler – Kühlgrenze: Lufttemperatur Bsp: 29,9°C – höherer Energiebedarf für Ventilatoren + kaum Wartungsaufwand + kein Wasserbedarf Quelle: Dierks Frostgefahr Feuchtkugeltemperatur in Deutschland immer unter 21°C Wasserbedarf 3 -7 l/kWh0 EC gesteuerte Ventilatoren Quelle: Dierks Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

Solare Wärmeerzeugung für Absorptionskälte www.ilkdresden.de 27.03.2017 Solare Wärmeerzeugung für Absorptionskälte Bei den Kollektoren wird zwischen Flachkollektoren und Vakuumröhrenkollektoren unterschieden. Dabei ist der Wirkungsgrad der Vakuumröhrenkollektoren vor allem bei höheren Betriebstemperaturen, wie sie für den Antrieb einer AKA benötigt werden, besser. Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

Kälteleistung und externe Bedingungen www.ilkdresden.de 27.03.2017 Kälteleistung und externe Bedingungen Dieses Diagramm zeigt noch einmal die Einflüsse der externen Bedingungen, wie Kühl- und Heizwassertemperatur auf die Kälteleistung Bsp: 12 kW bei 29 KüWa mit 80°C HeWa; 32 KüWa (+3K) mit 86°C HeWa (+6K); 36 KüWa (+7K) mit 96°C HeWa (+15K) (-> je K KüWa ca. 2 K HeWa) Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

Einflussgrößen Kühllast – Ausrichtung und Sonnenschutz www.ilkdresden.de 27.03.2017 Einflussgrößen Kühllast – Ausrichtung und Sonnenschutz Raumtemperatur in Abhängigkeit der Fassadenorientierung und des Sonnenschutzes ohne innen außen Berechnungsmonat Juli, Glasanteil Fassade 50 %, Sonnenschutz bei direkter Strahlung gezogen Sonnenschutz: 20 30 40 50 60 Süden Raumlufttemperatur in °C wärmster Raum nicht auf Südseite, sondern West; auch Ost wärmer, was am Einstrahlwinkel der Sonne liegt Ein Aufheizen der Räume ist hier nicht berücksichtigt - großer Einfluss Sonnenschutz! Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

Einflussgrößen Kühllast – Sonnenschutz www.ilkdresden.de 27.03.2017 Einflussgrößen Kühllast – Sonnenschutz Wärmeschutz im Winter = Wärmeschutz im Sommer ??? = Kommen wir zu den Fenstern, bedeutet Wärmeschutz im Winter = Wärmeschutz im Sommer. Bei einem Wärmedurchgangskoeffizient von 1.8 aller Fenster im Gebäude, beträgt der Jahresheizwärmebedarf nach Wärmeschutzverordnung 73,71 kWh/m2 a, bei einem Wärmedurchgangskoeffizienten von 1.3 nur noch 67,3 kWh/m2 a. Dabei führen die besseren Fenster immer Sommer zu einer leicht höheren Raumtemperatur. Allerdings kann die Raumtemperatur durch Beschattung der Südfenster um 5 K gesenkt werden, werden auch alle übrigen Fenster beschattet kann die Raumtemperatur sogar um fast 10 Kelvin reduziert werden. Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

Einflussgrößen Kühllast – Gebäudenutzung www.ilkdresden.de 27.03.2017 Einflussgrößen Kühllast – Gebäudenutzung Kühllastverlauf eines Hotels und eines Bürogebäudes in Palermo Einflussgrößen auf Kühllast -> Nutzungsprofil; Anwesenheit, Nutzerverhalten, innere Lasten -> deutlicher Unterschied zwischen den beiden Nutzungsarten Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

Solare Kühlung – Vergleich Kühllast und Solarertrag www.ilkdresden.de 27.03.2017 Solare Kühlung – Vergleich Kühllast und Solarertrag Kühllast eines Bürogebäudes in Freiburg und Einstrahlung (4.Juli; Wochentag) Kühllast eines Bürogebäudes in Freiburg Einstrahlung auf südl. ausgerichtete Fläche am Morgen schlechte Übereinstimmung Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

Solare Kühlung – Vergleich Kühllast und Solarertrag www.ilkdresden.de 27.03.2017 Solare Kühlung – Vergleich Kühllast und Solarertrag Kühllast eines Bürogebäudes in Freiburg und Einstrahlung (4.Juli; Wochentag) wenn Kollektorfläche nach Südosten ausgerichtet, bessere Übereinstimmung und “Überschuß am frühen Nachmittag -> Speicherung -> Abend Verläufe bei Hotels deutlich ungünstiger -> Back-up notwendig! Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

Solare Kühlung – Simulation www.ilkdresden.de 27.03.2017 Solare Kühlung – Simulation Simulationsprogramme ermöglichen Abstimmung der einzelnen Komponenten komplexer Systeme SolAC TRNSYS Daher wurde in Task 25 “Solar Assisted Air Conditioning of Buildings” einem internationalen Projekt unter der Federführung des ILK Dresden ein Simulationsprogramm entwickelt, das den vollständigen Entwurfs und Entscheidungsprozess der solaren Klimatisierung umfasst Design Tool SolAC; von ILK u.a. im Rahmen Task 25 Experten-System für “Nichtexperten”; Zielgruppe: TGA-Planer-meist wenig Kenntnis Solarthermie; 640 Varianten hinterlegt; Hinweise zur Auslegung u. Plausibilitätsprüfung; Rückrechnung Zuluftzustände bei begrenzter Leistung TRNSYS-modulares Simulationsprogramm; vielfältigste Möglichkeiten, größerer Aufwand für Einarbeitung; gekoppelte Simulation des therm. Gebäudeverhaltens und der techn. Anlagen möglich -> Rückwirkungen! Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

Strahlungsangebot – Standort und jahreszeitliche Verteilung www.ilkdresden.de 27.03.2017 Strahlungsangebot – Standort und jahreszeitliche Verteilung Verteilung der solaren Wärmeerträge an den Standorten Potsdam (S, 45°) und Murcia (S, 30°) größte Tagessumme Einstrahlung Potsdam (Süd, 30°): 8,59 kWh/m2 Murcia (Süd, 20°): 8,52 kWh/m2 - Vgl. Postdam (Mitteleuropa) und Murcia dargestellt sind die solaren Wärmeerträge der gleichen Anlage in Potsdam (rote Balken) und Murcia/Spanien (grüne Balken) - Zahlen über den Balken geben den prozentualen Anteil des Monats am jeweiligen Jahresertrag an - in Spanien höhere Erträge und vor allem Verteilung über Jahreszeitraum gleichmäßiger, d.h. wesentliche Verbesserung der Wirtschaft-lichkeit kann insbesondere durch ganzjährige Wärmenutzung erreicht werden! Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

Solares Heizen und Kühlen (solar combi-system plus) Anlagenprinzip und Vorteile Ganzjährige Nutzung der Kollektorfläche zum Heizen und Kühlen Hohe Versorgungssicherheit durch die Verwendung eines Backup-Systems Verwendung der gleichen Systeme zum Heizen und Kühlen Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

Kühllast – Solarertrag, Fazit Komplexer Zusammenhang zwischen Kühllast und Solarertrag Beträchtliche Reduzierung der Kühllast durch richtige Beschattung, dadurch auch ein Einsparpotential bei Kompressionskälteanlagen Berechnung der Heiz- und Kühllast für konkretes Projekt erforderlich sorgfältige Auslegung spart Investkosten, sichert Anlagenwirkungsgrad ganzjährige Nutzung der Solarerträge steigert Wirtschaftlichkeit Simulationsprogramme erleichtern bzw. ermöglichen Dimensionierung komplexer Systeme Anlagen etablieren sich zunehmend erfolgreich am Markt Wirtschaftlichkeit solarthermischer Kälteanlagen ist noch nicht gegeben weitere Verbreitung auch von energiepolitischen Rahmenbedingungen sowie der Entwicklung anderer Technologien abhängig Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

Ende der Präsentation Institut für Luft- und Kältetechnik www.ilkdresden.de 27.03.2017 Ende der Präsentation Institut für Luft- und Kältetechnik Gemeinnützige Gesellschaft mbH Bertolt-Brecht-Allee 20 01309 Dresden Dipl. – Ing. Moritz Kuhn Kälte- und Tieftemperaturtechnik ________________________________________ Tel.: +49 351 / 4081-686 Fax: +49 351 / 4081-635 E-Mail: moritz.kuhn@ilkdresden.de www: www.ilkdresden.de ____________________________________

Primärenergetische Betrachtung © Fraunhofer Institut für solare Energiesysteme Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

Bsp. Zustandspunkte Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

Anlage 1 – Citrin Solar Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

Anlage 1 – Citrin Solar Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

Aufbau der solarthermischen Klimakälteanlage am ILK Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

Aufbau der solarthermischen Klimakälteanlage am ILK Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

Solare Kühlung – Simulation von Kollektorvarianten Typischer Tagesverlauf ausgewählter Größen (klarer Sonnentag im Juli am Standort Huelva (E), 55 m2 - Vakuumröhrenkollektoren, Meerwasserkühlung) Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

Solare Kühlung – Simulation von Kollektorvarianten Typischer Tagesverlauf ausgewählter Größen (klarer Sonnentag im Juli am Standort Huelva (E), 55 m2 - Parabolrinnenkollektoren, Verdunstungskühler) Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn

Kälte aus der Sonne – solarthermische Kälteanlagen - Moritz Kuhn