Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Konventionelle Klimaanlagen weisen einen relativ hohen Prim\u00e4renergiebedarf auf. Im Sommer ist die Nachfrage nach Gas bzw. thermischer Energie sehr gering, so dass vorhandene dezentrale Kraft-W\u00e4rme-Kopplungsanlagen (Blockheizkraftwerke, BHKW) nicht optimal eingesetzt werden k\u00f6nnen. An der TU Hamburg-Harburg wurde ein Klimatisierungsprozess entwickelt, der die Abw\u00e4rme von BHKW im Sommer nutzen kann und einen geringeren Prim\u00e4renergiebedarf als konventionelle Anlagen aufweist.
\nZiel des Projektes war es, durch den Betrieb einer Demonstrationsanlage die Praxisrelevanz des entwickelten gasbetriebenen Hybridprozesses unter realen Bedingungen nachzuweisen und die Aussagen des bereits durchgef\u00fchrten Laborbetriebs und der theoretischen Untersuchungen bez\u00fcglich Prim\u00e4renergiebedarf und Wirtschaftlichkeit zu untermauern. Parallele Laboruntersuchungen und rechnergest\u00fctzte Simulationen dienten der Optimierung der Anlagenkonfiguration sowie der Untersuchung zur Einbindung anderer W\u00e4rme – aber auch K\u00e4ltequellen. Die gewonnenen Erkenntnisse wurden zur Erstellung ausf\u00fchrlicher Planungsunterlagen genutzt.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Planung der Demonstrationsanlage erfolgte in enger Zusammenarbeit mit einem Betreiber auf der Basis der bisher gewonnenen Laborergebnisse. Die Demonstrationsanlage wurde mit umfassender Messdatenerfassung (zur Temperatur-, Feuchte-, und Volumenstrommessung) ausgestattet, um eine kontinuierliche \u00dcberwachung des Betriebs \u00fcber eine ganze Sommer- und Winterperiode (24 Monate) zu erm\u00f6glichen und das Wechselspiel mit Geb\u00e4udelast und Klimazustand zu untersuchen. Aus den ge-wonnenen Daten lie\u00dfen sich eindeutige Aussagen \u00fcber Prim\u00e4renergiebedarf und Wirtschaftlichkeit ableiten. Die Messdaten sowie erg\u00e4nzende Laboruntersuchungen dienten zur Kalibrierung und Anpassung des vorhandenen numerischen Modells.
\nDas numerische Modell wurde weiterentwickelt, um andere Konfigurationsm\u00f6glichkeiten theoretisch zu untersuchen und zu bewerten. Die Untersuchungen zur Einbindung weiterer W\u00e4rmequellen, insbesondere von Brennstoffzellen, sollten theoretisch anhand von Simulationen erfolgen und – soweit m\u00f6glich – durch Labormessungen validiert werden<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die Demonstrationsanlage wurde in das Geb\u00e4ude der Firma Hoppe Bordmesstechnik in Hamburg-Stellingen eingebaut. In der Anlage wird das Konzept der sorptionsgest\u00fctzten Klimatisierung mit einer Fu\u00dfbodenk\u00fchlung kombiniert. Die daf\u00fcr notwendige K\u00fchlleistung wird regenerativ mittels Erdk\u00e4ltesonden zur Verf\u00fcgung gestellt. Die Heizleistung wird von einem Mini-Blockheizkraftwerk gedeckt. Diese Kombination hat eine umweltfreundliche Klimatisierung ohne K\u00e4ltemaschine erm\u00f6glicht. Die Anlage wurde mit entsprechender Messtechnik ausgestattet und der Sommer- und Winterbetrieb begleitet.
\nAus dem gemessenen Energiebedarf der Anlage konnte der Jahresprim\u00e4renergiebedarf bestimmt werden. Es wurden auch Vergleiche hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit und des Prim\u00e4renergiebedarfs mit vergleichbaren Systemen gef\u00fchrt. Die sorptionsgest\u00fctzte Klimatisierung f\u00fchrt zur Einsparung von Prim\u00e4renergie. Aus der Betrachtung der Sommerperiode 2002 ergab sich dabei eine Reduzierung des Prim\u00e4renergiebedarfs zur Klimatisierung gegen\u00fcber einem konventionellen, rein elektrischem System von 60%. In der Jahresbetrachtung wurde festgestellt, dass ein vergleichbares konventionelles System einen um 14% h\u00f6heren Prim\u00e4renergiebedarf aufweist. Die Verwendung der Fu\u00dfbodenheizung zur K\u00fchlung und die Reduzierung der installierten K\u00fchlleistung durch den Einsatz der Sorptionstechnik erfordern viel kleinere Ger\u00e4te und wirken sich sehr positiv auf die Investitionskosten aus, so dass die Anlage insgesamt in der Anschaffung mit einer konventionellen Klimaanlage vergleichbar ist. Die Gas- und Stromkosten der Anlage sind jedoch minimal, hier fallen nur die Gaskosten f\u00fcr den Betrieb des Mini-BHKW an, wobei der erzeugte elektrische Strom f\u00fcr den Eigenbedarf des Geb\u00e4udes zur Verf\u00fcgung steht, Strom aus dem Netz verdr\u00e4ngt und somit zur Kosteneinsparung beitr\u00e4gt. Gegen\u00fcber dem Referenzfall einer elektrisch betriebenen Nur-Luft-Klimaanlage ist die Demonstratrionsanlage wegen der vergleichbaren Investition und der erheblich niedrigeren Betriebskosten von Anfang an wirtschaftlich. Selbst im Fall einer sorptionsgest\u00fctzten Klimaanlage mit einer elektrisch betriebenen K\u00e4ltemaschine (ohne Erdk\u00e4lte) kann mit erheblichen Kosteneinsparungen gerechnet werden, da die Stromkosten zu Gunsten des Gasbedarfs auf die H\u00e4lfte reduziert werden k\u00f6nnten.
\nDie Untersuchung zur Fu\u00dfbodenk\u00fchlung hat gezeigt, dass es hier keineswegs zu Unbehaglichkeit durch die W\u00e4rmeabfuhr \u00fcber den Fu\u00dfboden kommt und der maximale zul\u00e4ssige Temperaturunterschied zwischen Kopf- und Fu\u00dfh\u00f6he eingehalten wird.
\nMessungen der Erdreichtemperaturen ergaben, dass zumindest nach einer Sommerperiode keine bleibende Erw\u00e4rmung des Erdreichs aufgetreten ist. Mit den Erdk\u00e4ltesonden werden Vorlauftemperaturen von 18\u00b0C erzielt. Diese Temperatur liegt ca. 3 Grad h\u00f6her als urspr\u00fcnglich geplant. Bei hohen Au\u00dfenlufttemperaturen musste so eine \u00dcberschreitung der Behaglichkeitsgrenze in einigen stark belasteten R\u00e4umen in Kauf genommen werden. Dieses Ergebnis muss bei zuk\u00fcnftigen Planungen ber\u00fccksichtigt wer-den, unter Umst\u00e4nden erfordert dies eine andere Aufteilung der K\u00fchllast auf L\u00fcftung und Fu\u00dfbodenk\u00fchlung.
\nIm Rahmen des Projektes wurden mathematische Modelle zur Simulation der Anlage erstellt, die vor allem bei der Erstellung der Vergleiche herangezogen wurden. Damit wurde auch die Grundlage f\u00fcr den Aufbau einer Modellbibliothek zur Modellierung von Klimaanlagen gelegt. Die Modelle wurden mit Hilfe von umfangreichen Laboruntersuchungen validiert. Um die Planung zuk\u00fcnftiger Anlagen zu erleichtern, wurden auf Grund der Erfahrungen mit der Demonstrationsanlage Hinweise f\u00fcr eine optimale Auslegung und Anwendung von thermisch betriebenen, sorptionsgest\u00fctzten Klimatisierungssystemen zusammengestellt.
\nAuf Grund eines Besuches eines chinesischen Gastwissenschaftlers (Dr. Chaokui Qin) im Sommer 2001 in Hamburg wird in Shanghai zur Zeit eine Testanlage aufgebaut.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
\u00dcber den Fortschritt des Projektes wurde auf der VDI Tagung Fortschrittliche Energiewandlung und -anwendung in Stuttgart, M\u00e4rz 2003, vorgetragen. Das Tagungsband ist als VDI Berichte 1746 erh\u00e4ltlich. Ver\u00f6ffentlichungen in deutsche Branchenzeitschriften sind in der Vorbereitung, sowie die Ver\u00f6ffentlichung in einem internationalen Journal (Energy and Buildings).<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Dieses Forschungsvorhaben hat die Anwendbarkeit der thermisch betriebenen, sorptionsgest\u00fctzten Klimatisierung gezeigt. Im Rahmen der Forschungsarbeit wurde eine Anlage konzipiert, die eine umweltfreundliche und wirtschaftliche Klimatisierung ohne K\u00e4ltemaschine erm\u00f6glicht.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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