Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Das Experimentiergeb\u00e4ude des ZAE Bayern in W\u00fcrzburg enth\u00e4lt einen K\u00fchlwasserkreislauf (Prim\u00e4rkreislauf) zur K\u00fchlung von Apparaturen und Laborr\u00e4ume mittels K\u00fchldecken. Die K\u00e4lteerzeugung erfolgte bisher konventionell mit einer Kompressionsk\u00e4ltemaschine mit entsprechend hohem Prim\u00e4renergieverbrauch. In diesem Projekt wurde das Konzept der passiven K\u00e4lteerzeugung durch Strahlungsk\u00fchlung getestet: Eine Zisterne dient als K\u00fchlwasserspeicher. Zur R\u00fcckk\u00fchlung wird das Zisternenwasser nachts \u00fcber das Dach geleitet, wo \u00fcber W\u00e4rmestrahlung, Verdunstung und Konvektion eine passive Abk\u00fchlung erfolgt. Die energieaufw\u00e4ndige K\u00e4ltemaschine kann entfallen. Das Zisternenwasser kann auch als Brauchwasser (z. B. f\u00fcr WC-Sp\u00fclung) verwendet werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas passive K\u00fchlsystem, bestehend aus Zisterne, Sekund\u00e4rkreislauf (einschlie\u00dflich W\u00e4rmetauscher zum Prim\u00e4rkreislauf) sowie R\u00fcckk\u00fchlkreislauf mit Dachberieselung wurde geplant und aufgebaut. Messtechnik (Temperatursensoren, Volumenstromz\u00e4hler, usw.) wurde installiert. Nach Probel\u00e4ufen zur \u00dcber-pr\u00fcfung der einwandfreien Funktion und Datenerfassung wurde das System zwei Jahre lang vermessen, ausgewertet und optimiert.
\nZur effizienten Nutzung von Vorlauftemperaturen um 20\u00b0C wurden K\u00fchldecken durch Einbau von Ventilatoren (erzwungene Konvektion) modifiziert (Fa. ZENT-FRENGER) und vermessen.
\nUm Aussagen zu den Einsatzm\u00f6glichkeiten der K\u00e4lteerzeugung durch Strahlungsk\u00fchlung machen zu k\u00f6nnen, wurde ein physikalisches Modell entwickelt und theoretische Studien zur Optimierung der passiven K\u00fchlung durchgef\u00fchrt. Weiterhin wurde ein TRNSYS-Modul erstellt (Fa. DS-Plan). Damit kann das passive K\u00fchlsystem in Geb\u00e4udesimulationen integriert und die \u00dcbertragbarkeit auf andere Geb\u00e4ude und Anwendungszwecke untersucht werden.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die passive K\u00fchlanlage im ZAE-Geb\u00e4ude ist seit Juli 2000 in Betrieb. Die Auswertung der Messdaten ergab: Durchschnittliche gemessene Werte f\u00fcr die spezifische K\u00fchlleistung liegen zwischen 70 – 100 W\/m\u00b2 im Sommer und \u00fcber 200 W\/m\u00b2 im Winter. Das wichtigste Ergebnis im Hinblick auf die Umweltrelevanz der Anlage ist das Erreichen von G\u00fcteziffern von 20 und gr\u00f6\u00dfer. Damit k\u00f6nnen passive K\u00fchlanlagen deutlich effektiver arbeiten als z. B. herk\u00f6mmliche Kompressionsk\u00e4ltemaschinen. Allerdings muss die Anlage richtig ausgelegt und vor allem effektive Umw\u00e4lzpumpen eingesetzt werden.
\nDie Umw\u00e4lzpumpen wurden in Sch\u00e4chten neben der Zisterne installiert, um zu vermeiden, dass die Pumpenabw\u00e4rme ebenfalls als K\u00fchllast in die Zisterne eingetragen wird, was bei Verwendung von Tauchpumpen der Fall w\u00e4re. Dies f\u00fchrte jedoch mehrfach zu Wassersch\u00e4den (aufgrund schlechter Ver-bindungsleitungen) und l\u00e4ngeren Betriebsunterbrechungen, hat sich also nicht bew\u00e4hrt. Es ist daher unbedingt darauf zu achten, die Anlagentechnik absolut wasserfest auszuf\u00fchren.
\nDer Geotex-Filter zwischen Dachrinnen-R\u00fccklauf und Zisterne hat sich bew\u00e4hrt, er war allerdings regelm\u00e4\u00dfig im Fr\u00fchsommer durch Bl\u00fctenpollen und -staub verstopft, und musste gereinigt werden. Dies konnte durch Waschen in einer Reinigungsfirma geschehen. Es ist zu empfehlen, den Filter etwa ein bis zweimal im Jahr zur reinigen (Wartungsma\u00dfnahme). Hier k\u00f6nnte untersucht werden, ob andere Filter-techniken (besser) geeignet sind.
\nDurch die recht gute Filterwirkung (Partikel bis 50\u00b5m werden gefiltert) und die Erneuerung des gesamten Zisterneninhalts ca. alle 2-3 Monate (aufgrund von Niederschlag) wurde auf eine mikrobiologische Untersuchung des Zisternenwassers verzichtet, zumal auch keine Grauwassernutzung (WC-Sp\u00fclung) realisiert wurde. Das Zisternenwasser ist glasklar und geruchsneutral.
\nMit dem physikalischen Modell k\u00f6nnen die K\u00fchleffekte gut simuliert werden. Damit k\u00f6nnen auch Auss-gen zur Optimierung der Anlage getroffen werden. Auf der Grundlage dieses Modells wurde ein TRNSYS-Modul entwickelt. Damit kann die passive K\u00fchlanlage mit beliebigen Geb\u00e4udekonzepten kom-biniert und simuliert werden. Es wurde gezeigt, dass der K\u00fchlbedarf eines B\u00fcrogeb\u00e4udes mit Bauteilk\u00fchlung (Betonkerntemperierung) zu \u00fcber 95 % gedeckt werden kann.
\nZur Verbesserung der K\u00fchlleistung von K\u00fchldecken wurden von ZENT-FRENGER neuentwickelte modifizierte K\u00fchldeckenmodule geliefert und eingebaut. Dabei wird zus\u00e4tzlich aktiv Luft von oben durch die K\u00fchlbleche geblasen wird, um die konvektive W\u00e4rme\u00fcbertragung zu erh\u00f6hen. Die K\u00fchlleistung der K\u00fchl-decke lie\u00df sich mit diesem modifizierten System um ca. 70 % steigern, allerdings sank dadurch die G\u00fcteziffer von ca. 30 auf ca. 4. Vorteil des Systems ist aber, dass man gro\u00dffl\u00e4chig und damit zugfrei k\u00fchle Luft in den Raum einbringen kann.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
\u00b7\tMatthias Sch\u00e4fer, Dietrich B\u00fcttner, Jochen Fricke, Passiver K\u00fchlkreislauf mit K\u00e4lteerzeugung durch Strahlungsk\u00fchlung, Arbeitskreis Energie (AKE), DPG-Fr\u00fchjahrstagung 2002, Leipzig
\n\u00b7\tMatthias Sch\u00e4fer, Dietrich B\u00fcttner, Andreas Beck, Jochen Fricke, Rainwater Storage For Passive Cooling Of Water By Radiation, World Renewable Energy Congress VII, (WREC VII) 29.06. – 05.07.2002, K\u00f6ln, Posterpr\u00e4sentation
\n\u00b7\tT\u00e4tigkeitsberichte ZAE Bayern, Jahre 2000 – 2002<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Das Konzept der passiven K\u00fchlung durch Strahlung, Konvektion und Verdunstung hat sich bew\u00e4hrt. Es sollte in weiteren Anlagen getestet werden. Dabei sollte auf kosteng\u00fcnstige, aber solide Anlagentechnik geachtet werden. Zur Optimierung der G\u00fcteziffer sollten Pumpen mit gutem Wirkungsgrad eingesetzt werden. Zu untersuchen w\u00e4re, welche G\u00fcteziffern mit Tauchpumpen in der Zisterne zu erreichen sind.
\nUm die Investitionskosten zu senken, sollten Synergieeffekte genutzt werden: z. B. Nutzung der Zisterne als K\u00e4ltespeicher und als Grauwasserspeicher, Nutzung von vorhandenen Wasserspeichern (Feuerl\u00f6schteiche, Sprinkleranlagen,…). Die passive K\u00fchlung ist um so effizienter, je h\u00f6her die Temperatur des K\u00fchlwassers sein darf. Daher sollte nicht nur an (B\u00fcro-)Geb\u00e4udek\u00fchlung gedacht werden. Technische Anlagen und Maschinen, bei denen Abw\u00e4rme weggek\u00fchlt werden muss, die Temperatur aber deutlich \u00fcber 20 \u00b0C sein darf, k\u00f6nnten sehr effektiv gek\u00fchlt werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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