IEA Solar Heating and Cooling Programm - NachhaltigWirtschaften.at
IEA Solar Heating and Cooling Programm - NachhaltigWirtschaften.at IEA Solar Heating and Cooling Programm - NachhaltigWirtschaften.at
Endbericht Solare Kühlung und Klimatisierung – IEA SHC Task 38, Phase II 8 3 Einleitung 3.1 Die Rahmenbedingungen Nach dem Jahrhundertsommer 2003 stellte sich zunächst die Frage, ob Wohn- und Verwaltungsgebäude auch in Mitteleuropa zukünftig aktiv gekühlt werden müssen. Anhand von Messungen, die von der AEE INTEC an einem optimal gedämmten Passiv- Verwaltungsbau (Christophorus Haus) durchgeführt wurden, konnte zunächst gezeigt werden, dass bei gut gedämmten Gebäuden und geringen internen Lasten bei passiver Nachtlüftung und „Direct Cooling“ von wasserdurchströmten Deckenpaneelen und Fußbodenelementen über Tiefensonden extreme Spitzen über 27°C nicht auftreten. Bei weniger optimierten Gebäuden, hohen internen Lasten oder hohen Komfortansprüchen werden weltweit jedoch zunehmend mehr Klimaanlagen eingebaut – und das nicht nur im Verwaltungsbau. Jährlich werden alleine etwa 43 Millionen Raumklimageräte verkauft mit den Hauptmärkten in China (12 Millionen) und den USA (11,8 Millionen). Die Marktdurchdringung in Europa ist geringer (2,8 Millionen Einheiten 2002), weist jedoch eine hohe Wachstumsrate auf. Gleichzeitig werden in China jährlich mehrere Millionen Quadratmeter Solarkollektorfläche installiert und Österreich ist in Europa führend auf dem Solarthermiemarkt. Wenn es gelingt, die elektrischen Kompressionskältemaschinen mit ihrer sommerlichen Stromnetzbelastung durch thermische Kälte zu ersetzen, dann eröffnet sich ein großes, weltweites Wachstumsfeld für die österreichische Solarindustrie. Sommerliche Gebäudeklimatisierung stellt sowohl in Wohngebäuden als auch in kommerziell genutzten Gebäuden einen weltweit wachsenden Markt dar. Hauptgründe hierfür sind steigende interne Kühllasten und wachsende Komfortansprüche sowie architektonische Trends, beispielsweise hin zu Gebäuden mit hohem Glasanteil in der Fassade. Für große, klimatechnische Anlagen mit Kälteleistungen oberhalb von rund 50 kW stehen verschiedene thermisch angetriebene Techniken zur Verfügung, die in Verbindung mit thermischen Solarkollektoren für die sommerliche Gebäudeklimatisierung verwendet werden können. Neben den erhöhten Investitionskosten ist das Haupthindernis für eine breite Nutzung dieser Technik der Mangel an praktischer Erfahrung in der Auslegung, der Regelung und dem Betrieb dieser Systeme. Für kleine Anlagen mit Leistungen unter 30 kW gibt es kaum marktverfügbare Komponenten. Deshalb ist die Entwicklung von thermisch angetriebenen Klimatisierungsverfahren im kleinen Leistungsbereich für die solar unterstützte Klimatisierung von besonderer Bedeutung. In den USA und Japan gab es in den 80er Jahren des vergangenen Jahrhunderts große F&E-Aktivitäten zur Entwicklung von Verfahren der solar unterstützten Klimatisierung, die allerdings wegen der ungünstigen Wirtschaftlichkeit eingestellt wurden. Mittlerweile hat sich jedoch der Markt für thermische Kollektoren erheblich entwickelt und es sind viele Systeme verschiedener Anbieter aus zunehmend industrieller Fertigung im Markt verfügbar. Vor diesem Hintergrund wurden in den vergangenen Jahren verschiedene Aktivitäten gestartet, um das Thema der solar unterstützten Klimatisierung erneut aufzugreifen. 3.2 Verfügbare Technologien Aus thermodynamischer Sicht gibt es etliche Verfahren zur Umwandlung von Solarstrahlung in Kälte bzw. gekühlte und entfeuchtete Luft. Eine Übersicht zeigt Abb. 1. Dabei wird hier die Umwandlung von Solarstrahlung in Elektrizität mit Solarzellen und die AEE - Institut für Nachhaltige Technologien
Endbericht Solare Kühlung und Klimatisierung – IEA SHC Task 38, Phase II 9 anschließende Kältebereitstellung auf der Basis von Kompressionskälteanlagen nicht weiter betrachtet. In aller Regel ergibt sich der größte Nutzen von Photovoltaik-Anlagen bei Einspeisung der gewonnenen elektrischen Energie in das Stromnetz. Dies gilt insbesondere, wenn eine Einspeisevergütung wie beispielsweise in Österreich gewährt wird. Insofern spielt die systemtechnische Betrachtung solar-elektrischer Verfahren für die Komfort-Klimatisierung – außer in Nischenanwendungen – in der Praxis nur eine untergeordnete Rolle. Von den Verfahren, die Solarkollektoren für den thermischen Antrieb verwenden können, sind alle sorptionstechnischen Verfahren am weitesten entwickelt. Solarstrahlung Elektrische Verfahren Photovoltaik Thermische Verfahren Solarkollektoren Wärmetransformation (Sorptionsverfahren) Thermo-mechanische Verfahren Offene Verfahren Flüssige Sorptionsmittel Kompressionkältemaschine Gegenstrom- Absorption Festes Sorptionsmittel Entfeuchter-Rotor Geschlossene Verfahren Flüssige Sorptionsmittel Wasser/ Lithiumbromid Ammoniak/ Wasser Festes Sorptionsmittel RankineProzess / Kompression Dampfstrahlverfahren Vuilleumier- Prozess Festbettverfahren Adsorption (z.B. Wasser/Silikagel) Trockenabsorption (z.B. Ammoniak-Salz) Abb. 1: Übersicht über physikalische Wege der Umwandlung von Solarstrahlung in Kälte bzw. konditionierte Luft. Dunkelgrau markierte Prozesse stellen marktverfügbare Technologien dar, die derzeit in der Praxis am häufigsten für solar unterstützte Klimatisierung Verwendung finden. Schwach grau markierte Verfahren befinden sich in einem Status von Pilotanlagen oder Systemtests. (Quelle: Henning, Hans-Martin (Hrsg.): Solar- Assisted Air-Conditioning in Buildings – A Handbook for Planners, Springer Verlag, 2004) Im Folgenden werden die heute am häufigsten eingesetzten Techniken sowie die Solarkollektoren, die für die Wärmebereitstellung eingesetzt werden können, kurz beschrieben. 3.2.1 Thermisch angetriebene Kaltwassererzeugung Die heute dominante Technik thermisch angetriebener Kaltwassererzeugung basiert auf Absorptionsverfahren. Absorptionskälteanlagen sind am Markt in einem großen Leistungsbereich verfügbar, wobei allerdings nur wenige Anlagen im Leistungsbereich unter 100 kW als marktreife Serienprodukte angeboten werden, die mit Heißwasser – beispielsweise von Solarkollektoren – betrieben werden können. Für Anwendungen der Komfortklimatisierung in Gebäuden werden hauptsächlich Absorptionskälteanlagen, die mit dem Stoffpaar Wasser-Lithiumbromid arbeiten, genutzt. Der COP (Coefficient of Performance), definiert als die nutzbare Kälte pro eingesetzter Wärmemenge, liegt bei einstufigen Anlagen – je nach aktuellen Betriebsbedingungen - im Bereich 0,65-0,8 und AEE - Institut für Nachhaltige Technologien
- Page 1 and 2: IEA Solar Heating and Cooling Progr
- Page 3: IEA Solar Heating and Cooling Progr
- Page 7 and 8: Endbericht Solare Kühlung und Klim
- Page 9 and 10: Endbericht Solare Kühlung und Klim
- Page 11: Endbericht Solare Kühlung und Klim
- Page 15 and 16: Endbericht Solare Kühlung und Klim
- Page 17 and 18: Endbericht Solare Kühlung und Klim
- Page 19 and 20: Endbericht Solare Kühlung und Klim
- Page 21 and 22: Endbericht Solare Kühlung und Klim
- Page 23 and 24: Endbericht Solare Kühlung und Klim
- Page 25 and 26: Endbericht Solare Kühlung und Klim
- Page 27 and 28: Endbericht Solare Kühlung und Klim
- Page 29 and 30: Endbericht Solare Kühlung und Klim
- Page 31 and 32: Endbericht Solare Kühlung und Klim
- Page 33 and 34: Endbericht Solare Kühlung und Klim
- Page 35 and 36: Endbericht Solare Kühlung und Klim
- Page 37 and 38: Task 38 Solar Air-Conditioning and
- Page 39 and 40: IEA SHC Task 38 Solar Air Condition
- Page 41 and 42: IEA SHC Task 38 Solar Air Condition
- Page 43 and 44: IEA SHC Task 38 Solar Air Condition
- Page 45 and 46: IEA SHC Task 38 Solar Air Condition
- Page 47 and 48: IEA SHC Task 38 Solar Air Condition
- Page 49 and 50: IEA SHC Task 38 Solar Air Condition
- Page 51 and 52: IEA SHC Task 38 Solar Air Condition
- Page 53 and 54: 3.1 Adsorption Systems Table 1: Ads
- Page 55 and 56: IEA SHC Task 38 Solar Air Condition
- Page 57 and 58: IEA SHC Task 38 Solar Air Condition
- Page 59 and 60: IEA SHC Task 38 Solar Air Condition
- Page 61 and 62: 4 Heat Rejection There is a number
Endbericht <strong>Solar</strong>e Kühlung und Klim<strong>at</strong>isierung – <strong>IEA</strong> SHC Task 38, Phase II 9<br />
anschließende Kältebereitstellung auf der Basis von Kompressionskälteanlagen nicht<br />
weiter betrachtet. In aller Regel ergibt sich der größte Nutzen von Photovoltaik-Anlagen<br />
bei Einspeisung der gewonnenen elektrischen Energie in das Stromnetz. Dies gilt<br />
insbesondere, wenn eine Einspeisevergütung wie beispielsweise in Österreich gewährt<br />
wird. Insofern spielt die systemtechnische Betrachtung solar-elektrischer Verfahren für<br />
die Komfort-Klim<strong>at</strong>isierung – außer in Nischenanwendungen – in der Praxis nur eine<br />
untergeordnete Rolle.<br />
Von den Verfahren, die <strong>Solar</strong>kollektoren für den thermischen Antrieb verwenden können,<br />
sind alle sorptionstechnischen Verfahren am weitesten entwickelt.<br />
<strong>Solar</strong>strahlung<br />
Elektrische Verfahren<br />
Photovoltaik<br />
Thermische Verfahren<br />
<strong>Solar</strong>kollektoren<br />
Wärmetransform<strong>at</strong>ion<br />
(Sorptionsverfahren)<br />
Thermo-mechanische<br />
Verfahren<br />
Offene Verfahren<br />
Flüssige<br />
Sorptionsmittel<br />
Kompressionkältemaschine<br />
Gegenstrom-<br />
Absorption<br />
Festes<br />
Sorptionsmittel<br />
Entfeuchter-Rotor<br />
Geschlossene Verfahren<br />
Flüssige<br />
Sorptionsmittel<br />
Wasser/<br />
Lithiumbromid<br />
Ammoniak/<br />
Wasser<br />
Festes<br />
Sorptionsmittel<br />
RankineProzess /<br />
Kompression<br />
Dampfstrahlverfahren<br />
Vuilleumier-<br />
Prozess<br />
Festbettverfahren<br />
Adsorption (z.B.<br />
Wasser/Silikagel)<br />
Trockenabsorption<br />
(z.B. Ammoniak-Salz)<br />
Abb. 1: Übersicht über physikalische Wege der Umw<strong>and</strong>lung von <strong>Solar</strong>strahlung in Kälte<br />
bzw. konditionierte Luft.<br />
Dunkelgrau markierte Prozesse stellen marktverfügbare Technologien dar, die derzeit in der Praxis am<br />
häufigsten für solar unterstützte Klim<strong>at</strong>isierung Verwendung finden. Schwach grau markierte Verfahren<br />
befinden sich in einem St<strong>at</strong>us von Pilotanlagen oder Systemtests. (Quelle: Henning, Hans-Martin (Hrsg.): <strong>Solar</strong>-<br />
Assisted Air-Conditioning in Buildings – A H<strong>and</strong>book for Planners, Springer Verlag, 2004)<br />
Im Folgenden werden die heute am häufigsten eingesetzten Techniken sowie die <strong>Solar</strong>kollektoren,<br />
die für die Wärmebereitstellung eingesetzt werden können, kurz<br />
beschrieben.<br />
3.2.1 Thermisch angetriebene Kaltwassererzeugung<br />
Die heute dominante Technik thermisch angetriebener Kaltwassererzeugung basiert auf<br />
Absorptionsverfahren. Absorptionskälteanlagen sind am Markt in einem großen<br />
Leistungsbereich verfügbar, wobei allerdings nur wenige Anlagen im Leistungsbereich<br />
unter 100 kW als marktreife Serienprodukte angeboten werden, die mit Heißwasser –<br />
beispielsweise von <strong>Solar</strong>kollektoren – betrieben werden können. Für Anwendungen der<br />
Komfortklim<strong>at</strong>isierung in Gebäuden werden hauptsächlich Absorptionskälteanlagen, die<br />
mit dem Stoffpaar Wasser-Lithiumbromid arbeiten, genutzt. Der COP (Coefficient of<br />
Performance), definiert als die nutzbare Kälte pro eingesetzter Wärmemenge, liegt bei<br />
einstufigen Anlagen – je nach aktuellen Betriebsbedingungen - im Bereich 0,65-0,8 und<br />
AEE - Institut für Nachhaltige Technologien
Change language