Energieeinsparung durch Einbeziehung der solargestützten Kälteerzeugung in zukünftige Planungsprozesse

Die Adsorptionskältemaschine - solare Kälteerzeugung Im Bereich der Labors wird Kälte benötigt. Um Solarenergie auch für die Kälteerzeugung nutzen zu können, hat man eine Adsorptionskältemaschine gewählt. Diese hat die Vorteile, daß sie mit relativ niedrigen Temperaturen betrieben werden kann und keine FCKW-haltigen Kältemittel beinhaltet. Beim Adsorptionsprozeß wird Kieselgel (auch Silikagel) und Wasser als Kältemittel verwendet. Das Kieselgel hat aufgrund starker elektrostatischer Kräfte in seinem Kristallgitter die Eigenschaft Wasserdampfmoleküle zu adsorbieren (anzusaugen) und unter Wärmeabgabe zu binden. Die Beladung des Adsorbers mit Wasser ist abhängig von der Wasserdampfkonzentration der Luft und der Temperatur. Die Erdkanäle Die Außenluftansaugung der Lüftungsanlagen des Laborgebäudes erfolgt über Erdkanäle mit einer Gesamtlänge von ca. 500 m. Die Erdkanäle sorgen für eine Luftvorwärmung im Winter und eine Luftkühlung im Sommer. Bei Außentemperaturen zwischen 14 Grad und 21 Grad wird die Außenluft nicht mehr über die Erdkanäle sondern direkt aus dem Freien angesaugt. Heizungs- und Lüftungskonzept im Verwaltungsgebäude Im Verwaltungsgebäude wurde ein mechanisches Lüftungssystem mit Wärmerückgewinnung realisiert. Die erwärmte Außenluft wird über das Kanalsystem den einzelnen Räumen zugeführt. Die Lüftungszentralen liegen direkt über den zu lüftenden Bereichen, so daß nur kurze Wege für die Luftkanäle notwendig sind. Das Lüftungssystem wird auch genutzt, um das Gebäude im Sommer nachts auszukühlen. Tagsüber eingespeicherte Wärme wird nachts abtransportiert. Für die nächtliche Auskühlung des Gebäudes wird nur das Zuluftsystem genutzt. Die Abluft gelangt über Lüftungsklappen in der Schrägverglasung direkt ins Freie. Als Heizsystem für die zentralen Bereiche Eingangshalle mit Vortragssaal, Bibliothek und Kantine ist eine Fußbodenheizung realisiert worden, die als Flächenheizung mit niedrigen Heizwassertemperaturen betrieben werden kann. Dadurch kann im Winter die im Aquiferspeicher enthaltene Restenergie sowie die von der Solaranlage gewonnene Energie optimal genutzt werden. Die Fußbodenheizung dient als Grundlastheizung. Wärmespitzenleistungen im Winter werden über Heizkörper abgedeckt [...]

Solaranlage/ Aufstellung: Die Röhrenkollektoren sind auf dem Flachdach parallel zum Dach aufgestellt und nach Südwesten ausgerichtet. Die gewonnene Erfahrung aus dem Betrieb hat gezeigt, daß durch die gewählte Südwestausrichtung in den Sommermonaten die Energie aus den Kollektoren erst ab ca. 10:00 Uhr zur Verfügung steht. Das Wärmeangebot in den Abendstunden kann meistens nicht mehr optimal genutzt werden, weil normalerweise ab ca. 17:00 Uhr keine Kälte mehr benötigt wird und die Speicherung der Wärme für den nächsten Tag mit Verlusten verbunden ist. Eine Ausrichtung der Sonnenkollektoren nach Südosten wäre daher sinnvoller. BHKW Das eingebaute BHKW hat eine thermische Leistung von 19,5 kW und eine elektrische Leistung von 8,5 kW. Bei einer optimalen Auslegung nach dem Strombedarf, wäre eine elektrische Leistung von 6 kW sinnvoll, die sich daraus ergebende thermische Leistung allerdings zu gering. Brennwertkessel Der Einbau eines Kessels zur Abdeckung der Energiespitzen bzw. um die Energielieferung bei Ausfall des doch technisch komplizierten und daher anfälligen BHKW's zu gewährleisten, ist unerlässlich. Regelanlage Nach der Planungskonzeption war als Parameter für eine Einschaltung der Kühlung: Sommerprogramm; Außentemperatur ≥ 24 ° C; Raumtemperat r in mind. 2 Räumen ≥ 23 ° C u Diese Einstellung mußte geändert werden, weil bei Anforderung von Kälte die Wärmelieferung von BHKW und der Solaranlage ohne gepufferte Wärme im Speicher nicht ausreichte und der Gaskessel die Energieversorgung übernehmen mußte. Geänderte Parameter für das Einschalten der Kühlung: Unabhängig von der Außentemperatur erfolgt über eine Zeitschaltuhr (sinnvollerweise mit Arbeitsbeginn im Büro) die Einschaltung des BHKW. Die Wärme wird in dem Speicher gepuffert und mit ihr Kälte erzeugt, unabhängig davon ob im Moment ein Bedarf an Kälte vorhanden ist. (Vorratshaltung) Wird nun von den Räumen über die Zonenregelung Kälte gefordert, so steht diese bereits im "Pufferspeicher-Kälte" zur Verfügung. Wärmepufferspeicher Der Wärmespeicher mit einem Inhalt von 2.000 Liter ist an der unteren Bemessungsgrenze. Bei einer Isolierstärke von 10 cm kühlt der Speicher in der Zeit von 18:00 Uhr bis 8:00 Uhr von 77 ° C auf 73 ° C ab (Verlust ca. 9 kWh). Bei höheren Speicherte mperaturen sind die Verluste noch höher. Lt. Diagr. 7,8 K in 15h-Wärmeverlust 18,1 kWh. Mit dieser Wärme könnten bei einem Wirkungsgrad von 0,434 ca. 7,85 kWh Kälte erzeugt werden. [...]

Die zu dem heutigen Zeitpunkt marktverfügbaren Techniken für die solarunterstützte Klimatisierung wurden überwiegend in geförderten Demonstrationsvorhaben realisiert. Um ein besseres Verständnis und Erfahrungen über diese neue Technik zu verschaffen, sind die Pilotanlagen mit einer Meßtechnik ausgestattet, um die thermische Behaglichkeit und die Energieströme im Gebäude und das Nutzerverhalten zu untersuchen. Im Rahmen der langfristigen Überwachung der Pilotanlagen werden die Unsicherheiten der getroffenen Annahmen in der Planungsphase gesichtet und beseitigt. Die nachstehende Auflistung und Beschreibung der umgesetzten KlimatisierungsTechnologien, deren Antriebsenergie zum Teil solarthermisch erzeugt wird, könnte als eine Planungshilfe bei der Abwicklung der neuen Projekten dienen. Es muß allerdings beachtet werden, daß nicht alle Erkenntnisse, die bei den realisierten Anlagenkonzepten gemacht wurden, direkt übertragbar sind. Da die Optimierung der Leistungsparameter für das jeweilige Anlagenkonzept unter unterschiedlichen Gesichtspunkten erfolgen kann. Für eine Anlageoptimierung können wirtschaftliche oder energetische Aspekte zu Grunde gelegt werden. Lfd Nr. Ort Betreiber Kälteleistung AKoll. Abnahme [kW] [m2] [...]